第一篇：增材制造技術(shù)在高職鑄造教學(xué)中的應(yīng)用探索與實踐

增材制造技術(shù)在高職鑄造教學(xué)中的應(yīng)用探索與實踐

摘 要：3D打印技術(shù)（又名增材制造技術(shù)）是一項日趨成熟的數(shù)字化成型技術(shù)，許多行業(yè)積極發(fā)展3D打印技術(shù)的結(jié)合利用。本文概述了3D打印技術(shù)及其在教育教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了鑄造專業(yè)特點和3D打印技術(shù)應(yīng)用于鑄造教學(xué)的作用，以教學(xué)實例的方式探索了3D打印技術(shù)融入鑄造實踐教學(xué)的方式方法。

關(guān)鍵詞：3D打??；鑄造實訓(xùn)；識圖；教學(xué)

《教育部黨組關(guān)于教育系統(tǒng)學(xué)習(xí)貫徹總書記教師節(jié)重要講話精神的通知》中指出，引導(dǎo)支持廣大教師“善于運用新技術(shù)提高教學(xué)設(shè)計、教學(xué)實施、教學(xué)評價的專業(yè)能力”、“始終為學(xué)生提供最有效的指導(dǎo)和最好的教育”。筆者在高職鑄造教學(xué)中進行了增材制造技術(shù)的應(yīng)用探索與實踐，有效解決了高職鑄造學(xué)生在校學(xué)習(xí)積極性不高、教師教學(xué)效果不好的問題。

一、研究意義和背景

鑄造是一門工程性很強的專業(yè)。在學(xué)習(xí)機械制圖、材料成型原理等理論先修課程時，需要很多實體的教具（如機械零部件或模型）來進行演示，而實際上很多學(xué)校由于經(jīng)費的原因，教具數(shù)量極為有限且更新慢，使教師在講解知識時有無米之炊的尷尬。在進行砂型鑄造生產(chǎn)實訓(xùn)、特種鑄造生產(chǎn)實訓(xùn)等實踐課程時，鑄造實訓(xùn)車間工作環(huán)境較差，使鑄造專業(yè)的學(xué)生產(chǎn)生一種失落感，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性受挫。通過豐富教具和教學(xué)形式，可以有效解決上述環(huán)節(jié)的困境。

3D打印技術(shù)起源于上世紀八十年代，經(jīng)過三十年的發(fā)展，這項快速成形技術(shù)取得了長足的發(fā)展，能夠利用多種材料打印出精度較高的產(chǎn)品，開始在各個行業(yè)發(fā)揮作用。近年來，3D打印已成為一項熱門的技術(shù)，在全世界范圍內(nèi)掀起了一場3D打印的學(xué)習(xí)和應(yīng)用熱潮[1]。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的積極性，增強學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新思維，許多發(fā)達國家已經(jīng)進行了3D打印技術(shù)應(yīng)用于教育事業(yè)的探索，歐美一些學(xué)校設(shè)立了3D打印相關(guān)教育基金，購買3D打印設(shè)備開展教學(xué)試點。在我國，3D打印技術(shù)也于近幾年走進了校園，部分學(xué)校開始有了3D打印相關(guān)課程[2]。隨著3D打印技術(shù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用熱潮日漸升溫，該技術(shù)必將得到不斷提升，其設(shè)備與打印材料的價格必然呈逐漸降低的趨勢，為3D打印機走進越來越多的校園，走向課堂創(chuàng)造了現(xiàn)實條件。

二、探索與實踐

3D打印區(qū)別于傳統(tǒng)的“模具―毛坯―機加工”等模式的“減材制造”技術(shù)，通過材料的逐層堆積方式來構(gòu)造物體，又被稱作“增材制造”技術(shù)，它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)、粉末狀金屬或塑料等可粘合材料為打印原料，具有節(jié)約材料、高效率和自由化設(shè)計等優(yōu)點，被稱作是一項革命性技術(shù)，是“第三次工業(yè)革命”到來的重要標志[3]。

目前，主流的3D打印技術(shù)有：熔融沉積造型技術(shù)（FDM）、光固化立體造型技術(shù)（SLA）、薄材疊層成型技術(shù)（LOM）、選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（SLS）、三維噴涂粘成型技術(shù)（3DP）等，其中FDM技術(shù)，操作簡便，生產(chǎn)成本低，應(yīng)用最為廣泛。[4]

1.3D打印在機械制圖中的應(yīng)用

機械制圖作為鑄造專業(yè)的先修課程，目的是使學(xué)生增強識圖制圖能力。識圖制圖能力的增強依賴于多看、多想以建立空間思維，這就要求學(xué)校擁有足夠數(shù)量的教具，如各類金屬零部件、塑料模型等，而許多學(xué)校由于教學(xué)經(jīng)費的限制，擁有的教學(xué)用模型數(shù)量有限，特別是復(fù)雜零部件模型（價格較貴）很缺乏，且很少更新。教師只能利用少量的簡單模型進行講解，大大限制了學(xué)生識圖能力的提升。在工作后遇到的零部件圖紙各式各樣，有很多會比較復(fù)雜，鑄造專業(yè)的學(xué)生往往難以很快適應(yīng)。

3D打印的一大優(yōu)勢就是可以快速地打印出形狀與結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模型，若選擇合適的材料，打印成本也較低。如果將3D打印機引入課堂，可以在低成本的條件下，大大豐富教具的種類和數(shù)量，并且可以隨時增補新式零部件模型，可極大提升學(xué)生的見識和空間想象力，使學(xué)生將來進入工作崗位后能夠快速適應(yīng)，同時也使教師講課時有更多的、更復(fù)雜的教具輔助，事半功倍。

2.3D打印在特種鑄造生產(chǎn)實訓(xùn)中的應(yīng)用

無論是砂型鑄造生產(chǎn)實訓(xùn)、特種鑄造生產(chǎn)實訓(xùn)，為了驗證學(xué)生工藝設(shè)計質(zhì)量，都應(yīng)該先制造出學(xué)生工藝設(shè)計的模樣，然后才能進行造型、澆注。但這無論是從時間還是經(jīng)濟上講都是難以實現(xiàn)的。以下是結(jié)合了3D打印進行的新型特種鑄造生產(chǎn)實訓(xùn)流程圖。

如圖1所示，當(dāng)學(xué)生進入鑄造生產(chǎn)實訓(xùn)階段后，首先由教師布置生產(chǎn)任務(wù)，向?qū)W生講解任務(wù)大致流程，學(xué)生自由組合成立研究小組，分析任務(wù)產(chǎn)品特點，完成鑄造工藝方案的制定。學(xué)生在教師的輔助下完成3D打印機軟、硬件學(xué)習(xí)，開始產(chǎn)品試制，通過三維建模導(dǎo)出STL格式文件輸入3D打印機，打印出3D模型，以三維模型的尺寸為基準對3D打印模型進行尺寸檢測，若合格則進入熔模鑄造后續(xù)流程，若不合格，分析尺寸超差的原因，返回上一步，對三維模型進行檢查、對3D打印參數(shù)進行調(diào)整，再次打印模型。利用合格的3D打印模型進行熔模鑄造生產(chǎn)，得到鑄件，對鑄件進行尺寸和缺陷檢測，合格則得到鑄件成品，不合格則利用檢測數(shù)據(jù)對鑄件結(jié)構(gòu)和鑄造工藝進行優(yōu)化，用優(yōu)化后的方案返回到三維建模步驟進行產(chǎn)品再試制。

以上流程中通過3D打印技術(shù)的引入免去了模樣的加工周期，進行該試生產(chǎn)的時間可縮短為2至4周，與高職院校鑄造生產(chǎn)實訓(xùn)周期較為吻合；又省去了制作模樣的費用，節(jié)約了成本。

3.3D打印技術(shù)融入鑄造教學(xué)的其他積極作用

3D打印技術(shù)給鑄造領(lǐng)域注入了創(chuàng)新動力，各地、各院?？梢岳描T造與3D打印技術(shù)相結(jié)合開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動，如基于3D打印技術(shù)的新型鑄造工藝方法設(shè)計比賽和鑄造工藝品創(chuàng)意制作比賽等，為學(xué)生積極創(chuàng)造實戰(zhàn)機會，提高學(xué)生理論聯(lián)系實際及開拓創(chuàng)新的能力，同時通過競賽與獎勵的方式提升鑄造專業(yè)學(xué)生的行業(yè)榮譽感。

三、結(jié)束語

在理論教學(xué)中引入3D打印，實現(xiàn)了教師教具的極大豐富，教學(xué)效果得到改善，學(xué)生識圖水平顯著提高；在鑄造生產(chǎn)實訓(xùn)中引入3D打印，加強了學(xué)生在實訓(xùn)教學(xué)中的主動參與度，挖掘了學(xué)生自主分析、專研的能力和興趣。學(xué)生成立了研究小組，進行了產(chǎn)品試生產(chǎn)，不僅使其切身體會了鑄造生產(chǎn)的真實流程，得到了“崗前培訓(xùn)”，而且培養(yǎng)了團隊協(xié)作精神。迎著3D打印技術(shù)的發(fā)展熱潮，各教育機構(gòu)應(yīng)該積極研究并擴展3D打印在多學(xué)科教學(xué)上的應(yīng)用范圍，利用此類人工智能化技術(shù)為教育教學(xué)帶來更多革新性的變化。

參考文獻：

[1]傅駿，王澤忠，方輝.3D打印技術(shù)及其在鑄造中應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展展望[J].中小企業(yè)管理與科技，2014（9）：299-300.[2]朱閣，莫蔚靖.3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用與探索[J].價值工程，2015（32）：178-181.[3]童宇陽.3D打印技術(shù)在中小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2013，23（12）：16-19.[4]王嘉.3D打印技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀[J].包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2015，16（2）：18-20.（作者單位：曾舟：四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川大學(xué)；傅駿：四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川大學(xué)；吳代?。核拇üこ搪殬I(yè)技術(shù)學(xué)院；藺虹賓：四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

第二篇：逆向設(shè)計在高職“模具設(shè)計與制造”教學(xué)設(shè)計中的應(yīng)用

逆向設(shè)計在高職“模具設(shè)計與制造”教學(xué)設(shè)計中的應(yīng)用

摘要：對“模具設(shè)計與制造”課程，可以結(jié)合模具相關(guān)職業(yè)崗位需要，運用逆向思維進行教學(xué)設(shè)計，在具體項目的引導(dǎo)下，建立以典型模具設(shè)計與制造過程為導(dǎo)向的項目化教學(xué)體系，將項目的內(nèi)容設(shè)置成任務(wù)，通過項目任務(wù)的“教學(xué)做”調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、獨立分析問題和解決問題的能力，突出實踐教學(xué)的重要性，并為本課程進一步的教學(xué)改革提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：逆向設(shè)計；高職；模具設(shè)計與制造；教學(xué)設(shè)計

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5727（2014）05-0108-02

“逆向設(shè)計”（Backward Design）也叫“逆向教學(xué)設(shè)計”，指一種運用倒推思維、逆向思維來設(shè)計課程的教學(xué)活動。美國著名課程與教育專家格蘭特（Grant Wiggins）提出了課程的“逆向設(shè)計”模式，其目的是使課程教學(xué)設(shè)計成為培養(yǎng)學(xué)生實際應(yīng)用能力的工具。課程的逆向設(shè)計實質(zhì)就是在明確人才培養(yǎng)目標的基礎(chǔ)上，根據(jù)人才培養(yǎng)目標進行課程的應(yīng)用技能設(shè)計。它的整個設(shè)計過程分為：確定達到的技能目標和創(chuàng)造能力目標，確定如何證明學(xué)生實現(xiàn)了預(yù)期的目標，安排各種教學(xué)實踐的機會進行具體的實施。

“模具設(shè)計與制造”課程的逆向設(shè)計實質(zhì)就是在明確人才培養(yǎng)目標的基礎(chǔ)上進行課程的應(yīng)用技能設(shè)計。應(yīng)通過工學(xué)結(jié)合，建立“教學(xué)做”合一的一體化課程，構(gòu)建基于工作過程的高職模具專業(yè)逆向設(shè)計，從企業(yè)實際工作任務(wù)出發(fā)，在模仿真實工作環(huán)境的實習(xí)基地的支持下，使學(xué)生循序漸進地學(xué)習(xí)各門課程的過程成為符合或接近企業(yè)工作過程的過程。

課程內(nèi)容的優(yōu)化

我院“模具設(shè)計與制造”課程的教學(xué)設(shè)計堅持以服務(wù)“三農(nóng)”為宗旨，面向長三角經(jīng)濟區(qū)域，依托江蘇沃得集團等大型現(xiàn)代加工制造業(yè)，積極開展校企合作，從企業(yè)工作崗位中提取工作任務(wù)，再轉(zhuǎn)換成學(xué)習(xí)任務(wù)，最后設(shè)計成整合的工作任務(wù)作為項目課程的內(nèi)容，將課堂引到車間、工廠，積極引導(dǎo)教師將教學(xué)與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，倡導(dǎo)職業(yè)教育在做中學(xué)，在學(xué)中做，從而讓學(xué)生能多動手，多實踐。

因此，課程的核心內(nèi)容必須體現(xiàn)職業(yè)崗位的需要，應(yīng)以模具相關(guān)職業(yè)崗位技能要求進行科學(xué)設(shè)計，并充分體現(xiàn)企業(yè)真實的工作情景。通過對模具企業(yè)的調(diào)研，高職畢業(yè)生從過去的以模具設(shè)計為主轉(zhuǎn)變?yōu)橹挥猩贁?shù)人在模具設(shè)計崗位上，而更多的是在模具制造及生產(chǎn)一線崗位、模具管理等崗位上。結(jié)合就業(yè)崗位的需要，把“模具設(shè)計與制造”課程內(nèi)容項目化。下頁表1為依據(jù)的4個模具工作崗位分析得到的對應(yīng)崗位主要工作任務(wù)、能力素質(zhì)目標、教學(xué)項目。由于課時的限制，可以根據(jù)實際情況靈活確定具體教學(xué)項目的內(nèi)容和數(shù)量。

逆向設(shè)計教學(xué)法的實施

我院“模具設(shè)計與制造”課程的教學(xué)設(shè)計研究小組以完成崗位任務(wù)應(yīng)具備的綜合能力作為進行課程教學(xué)設(shè)計和界定課程教學(xué)內(nèi)容的依據(jù)。課程教學(xué)設(shè)計以能力培養(yǎng)為主線，以能力訓(xùn)練為軸心，將相應(yīng)的實訓(xùn)課程部分和理論課程部分進行重新整合；建立新的崗位能力目標考核評價體系和相應(yīng)支撐課程教學(xué)設(shè)計，并以崗位能力的需要作為考核內(nèi)容，在總結(jié)實際教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上重新設(shè)計了課程的教學(xué)過程。這一教學(xué)過程的特點是：首先，明確學(xué)習(xí)目標（熟悉模具結(jié)構(gòu)，模具加工與設(shè)備操作）；其次，企業(yè)的專業(yè)人士和校內(nèi)專任教師，在企業(yè)或?qū)嵱?xùn)工廠通過情境教學(xué)和獨立操作，讓學(xué)生現(xiàn)場觀摩、操作，在課堂上利用現(xiàn)代教學(xué)手段（多媒體課件、專題錄像等）進行教學(xué)，讓學(xué)生了解模具的結(jié)構(gòu)與基本裝配關(guān)系，對模具形成深刻的感知認識；第三，在機房將學(xué)生分成幾個小組，每個小組6人左右，利用教師提供的正確模具圖紙，用UG等三維軟件畫出模具裝配圖，并編寫主要模具零件的加工工藝，每組合作完成一套模具的制作；第四，教師補充模具設(shè)計的相關(guān)知識并輔導(dǎo)每組學(xué)生設(shè)計一套模具；第五，在實訓(xùn)基地，由教師進行以具體模具加工為目標的生產(chǎn)性實訓(xùn)教學(xué)，使專業(yè)知識學(xué)習(xí)與崗位職業(yè)技能訓(xùn)練一體化，學(xué)習(xí)空間與工作現(xiàn)場一體化。

課程團隊從模具設(shè)計與制造領(lǐng)域高職學(xué)生的認知規(guī)律出發(fā)，讓學(xué)生在具體的情境中積極主動地完成具體的學(xué)習(xí)任務(wù)。在教學(xué)方法運用上始終堅持以學(xué)生為主體，通過與課程內(nèi)容緊密配合的教學(xué)活動（討論、實際操作等），豐富教學(xué)內(nèi)容，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情和互動交流意識。

教學(xué)資源

本課程的教學(xué)設(shè)計研究小組成員由支持專業(yè)建設(shè)和課程改革的系部領(lǐng)導(dǎo)，具有豐富理論和實踐經(jīng)驗的專業(yè)骨干教師，以及專業(yè)理論扎實、勇于探索的青年教師組成。教師團隊年齡結(jié)構(gòu)、學(xué)歷結(jié)構(gòu)和知識結(jié)構(gòu)均合理。目前，學(xué)院已建成了能夠滿足本專業(yè)綜合實訓(xùn)的真實或仿真職業(yè)環(huán)境的實訓(xùn)室：模具拆裝實訓(xùn)室、數(shù)控加工實訓(xùn)室、機械加工實訓(xùn)中心、模具鉗工實訓(xùn)車間、CAD/CAM中心。我們的模具制造實驗室設(shè)備包括數(shù)控銑床、數(shù)控車床、加工中心、平面磨床、外圓磨床、搖臂鉆床等普通加工機床，還包括電火花成型加工機床、電火花線切割機床等特種加工機床。

本課程擁有南京聚隆工程塑料有限公司、南京聚鋒新材料有限公司、南京湘寶鈦白制品有限公司、上海日之升新材料有限公司和南京金浦集團金陵塑膠有限公司等16個校外實訓(xùn)基地，擬建南京金城塑膠有限公司、江蘇瓊花集團、南京菲時特管業(yè)有限公司等3個校外實訓(xùn)基地。

“模具設(shè)計與制造”課程逆向設(shè)計改革，以崗位能力考核為目標，操作實施在真實的崗位上，激發(fā)學(xué)生職業(yè)意識，從而初步完成學(xué)生→學(xué)徒→職業(yè)人角色轉(zhuǎn)化，為進一步實現(xiàn)高技能人才的培養(yǎng)打下基礎(chǔ)。課程教學(xué)的改革應(yīng)體現(xiàn)職業(yè)崗位的能力要求，課程教學(xué)的“逆向設(shè)計”理論緊密結(jié)合崗位職業(yè)群定位和崗位能力，讓學(xué)生通過觀察、思考去發(fā)現(xiàn)問題，繼而產(chǎn)生解決問題的欲望，并通過自己的動手操作，完成任務(wù)，解決問題，從而獲得成功的喜悅，樹立自信心，促進學(xué)生之間相互交流，培養(yǎng)和增進合作能力，改進和完善專業(yè)課程設(shè)置、教學(xué)形式和專業(yè)人才培養(yǎng)模式，并為課程教學(xué)總體設(shè)計的進一步改革提供理論依據(jù)。

參考文獻：

[1]唐田秋，張蓉.任務(wù)驅(qū)動在“模具制造工藝學(xué)”實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國電力教育，2012（31）：105-106.[2]肖平，肖軍民，黃智.“級進模制作與設(shè)計”課程的項目化教改探索[J].機械職業(yè)教育，2013（1）：53-55.[3]黃曉燕《.模具CAD/CAM》精品課程的建設(shè)與實踐[J].成都電子機械高等專科學(xué)校學(xué)報，2007（1）：31-33.（責(zé)任編輯：謝良才）

第三篇：多媒體技術(shù)在課堂教學(xué)中應(yīng)用的實踐探索

多媒體技術(shù)在課堂教學(xué)中應(yīng)用的實踐探索

龍泉中學(xué) 毛濤

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，不斷沖擊和推動教育事業(yè)的改革，21世紀的科學(xué)技術(shù)和教育技術(shù)的發(fā)展，使人們認識到現(xiàn)代教育技術(shù)的應(yīng)用與推廣，在現(xiàn)代化的人才培養(yǎng)中起著越來越重要的作用。教育手段和方法的更新是教學(xué)改革中的一項重點工程。而多媒體的應(yīng)用突破了傳統(tǒng)教育手段和方法的束縛，整個教學(xué)活動呈現(xiàn)出全新的面貌。因而，能否恰當(dāng)靈活的運用多媒體進行教學(xué)已成為衡量教學(xué)成敗的一個重要指標，所以如何使用多媒體來提高教學(xué)效果就成了教學(xué)改革的研究熱點。

我們知道，傳統(tǒng)的教學(xué)方法是黑板、粉筆和教師不厭其煩的灌輸，學(xué)生和教師之間的交流的媒體簡單，學(xué)生學(xué)習(xí)起來吃力，教學(xué)活動也顯得枯燥乏味。現(xiàn)在的電化教學(xué)打破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，它采用多媒體語音設(shè)備將錄音、錄像、投影、DVD、教學(xué)軟件播放機甚至包括計算機等多種教學(xué)媒體集中于一體，由教師根據(jù)不同課型的要求，靈活機動地運用相關(guān)的媒體進行教學(xué)實踐活動。多媒體教學(xué)充分利用聲像信號，使教學(xué)活動更加富有樂趣，在教學(xué)中學(xué)生們有身臨其境之感，學(xué)習(xí)興奮點得到多方面的刺激，這樣既增強了他們的學(xué)習(xí)興趣和積極性，又大大提高了教學(xué)質(zhì)量。

一、多媒體的應(yīng)用對我們課堂教學(xué)的意義

1、提高教學(xué)效率。

一方面，多媒體的使用可以大大提高作為重要教育資源的教師的價值。例如在英語課上，我們可使用錄像、VCD等視聽媒體將教師從重復(fù)講授的環(huán)節(jié)中解脫出來，這樣教師就可將寶貴的時間、精力和智慧分配到解決問題和創(chuàng)新研究上來。

另一方面，多媒體可以減少學(xué)生的被動等待，增加了學(xué)習(xí)機會，并可將被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動學(xué)習(xí)。如政治課與物理、化學(xué)等其他課程相比沒有實驗，因而學(xué)生直接參與教學(xué)過程的機會不多，僅有的課堂學(xué)生發(fā)言也只是少數(shù)同學(xué)的事，多數(shù)同學(xué)上課習(xí)慣于被動地聽老師講授，學(xué)生的主體作用難以發(fā)揮，而多媒體課件具有較強的人—機—人的交互作用，這種交互作用可以使學(xué)生充分地參與教學(xué)活動過程，使學(xué)生由被動變?yōu)橹鲃?，學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人，這樣就可以大大提高學(xué)生的價值，這正是現(xiàn)代素質(zhì)教育的要求。

2、提高教學(xué)效果

運用多媒體課件組織教學(xué)，可以優(yōu)化課堂教學(xué)過程，增強課堂教學(xué)效果。例如，在數(shù)學(xué)課“平行四邊形的面積”一節(jié)中，如果教師單純用語言描述平行四邊形的面積同矩形的面積相同，從而得出S平=底X高，學(xué)生可能要問為什么，而且對于這個公式也只能去死記硬背，這樣達不到很好的教學(xué)效果。而運用多媒體課件來讓學(xué)生觀察平行四邊形通過分割、添補的動畫效果最終成為矩形的全過程，那么學(xué)生就很容易的理解為什么S平=S矩，這樣學(xué)生對平行四邊形面積的公式也會記得扎實牢固，從而提高了教學(xué)效果。

二、多媒體在教學(xué)中應(yīng)用的幾種形式

1、教學(xué)演示多媒體

在傳統(tǒng)的以教為中心的教學(xué)模式中，多媒體主要用于教學(xué)內(nèi)容的演示。所謂教學(xué)演示是指根據(jù)教學(xué)計劃和大綱要求，采用多媒體的表現(xiàn)方式，將教學(xué)的主要內(nèi)容、材料、數(shù)據(jù)、示例等呈現(xiàn)在特定的顯示設(shè)備上，以輔助教師的講解，從而達到知識的高質(zhì)量的傳播。在一機多人的多媒體教室里，教師通過多媒體和電子投影儀的結(jié)合，將教學(xué)內(nèi)容的重點、難點以圖片、活動圖像或自制動畫的方式表現(xiàn)出來，有利于學(xué)生的理解和接受，從而達到知識的有效傳播。

2、交互式教學(xué)

于計算機多媒體技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和進一步融合，學(xué)生既可以通過多媒體課件進行個人自主學(xué)習(xí)，也可以借助于網(wǎng)絡(luò)資源進行協(xié)作式自主學(xué)習(xí)。這兩種學(xué)習(xí)方式具有共同的特點──都是一種雙向的交互式學(xué)習(xí)方式。

多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)由于能夠提供圖文聲并茂的多種感官的綜合刺激機，非常有利于情境的創(chuàng)設(shè)和保持，界面友好、形象直觀，而且還按照超文本、超鏈接方式組織管理學(xué)科知識和各種教學(xué)信息，提供豐富多彩的人機交互方式，學(xué)生可以得到立即反饋，了解自己學(xué)習(xí)的結(jié)果，從而調(diào)整以后的學(xué)習(xí)方法或?qū)W習(xí)程序。這種交互式學(xué)習(xí)有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生的認知主體作用。

3、現(xiàn)代遠程教學(xué)

所謂現(xiàn)代遠程教學(xué)主要指基于計算機網(wǎng)絡(luò)的開放式教學(xué)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)傳播模式的出現(xiàn)，使得用于單個計算機的多媒體課件可以發(fā)布到廣闊的網(wǎng)絡(luò)空間，形成網(wǎng)絡(luò)課程。通過網(wǎng)絡(luò)課程的開設(shè)，學(xué)生可以不分年齡大小，不拘泥于固定的時間、空間按需進行學(xué)習(xí)，即根據(jù)自己的需要和當(dāng)前水平選擇不同學(xué)校、不同的教師，在自己合適的時間內(nèi)進行學(xué)習(xí)。所以，基于計算機網(wǎng)絡(luò)的傳播方式，將成為教師和學(xué)生之間的更為便利、更為廣闊的學(xué)習(xí)交流方式。同時，也是實現(xiàn)知識經(jīng)濟中的終身學(xué)習(xí)的一種重要方式。綜上所述，我們可以看到應(yīng)用多媒體進行教學(xué)是非常必要的，那么我們?nèi)绾螌⒍嗝襟w應(yīng)用到教學(xué)中呢？

由于所教學(xué)科不同，所以在多媒體的選擇和應(yīng)用上也有所不同，不是所有的學(xué)科都能通過運用多媒體來達到教學(xué)效果，同一門學(xué)科也不是每節(jié)課都必須用多媒體課件進行講授。多媒體只是一種教學(xué)輔助工具，所以我們也應(yīng)在適時、必要時才使用它。那么，在教學(xué)活動中如何適當(dāng)應(yīng)用多媒體才能取得最佳效果呢？我總結(jié)了以下幾點：

1、用于導(dǎo)入新課，喚起學(xué)生求知方面的好奇心。

在教學(xué)中，往往所學(xué)新課的內(nèi)容同上節(jié)課的知識毫無聯(lián)系，這就給我們在導(dǎo)入新課這一環(huán)節(jié)上帶來了不便。如在微機課教學(xué)中，由于每一節(jié)課的內(nèi)容都是一些操作問題，而且各個操作問題之間都沒有聯(lián)系，這樣我們就無法用上一個問題來引出下一個問題。這時我們就可以將用相關(guān)的新知識制作好的多媒體課件展示給同學(xué)們，讓他們通過觀察課件來發(fā)現(xiàn)新知識、新內(nèi)容，從而引出新課。

2、用于顯示過程，使抽象知識具體化、形象化。

有些學(xué)科的概念比較抽象，不易理解，而且有些知識又無法用語言敘述清楚，又不能提供真實事例展示在學(xué)生面前。例如，在高中化學(xué)第一冊“原子核外電子的排布”一節(jié)中，“電子云”概念就不好理解，通過教師講解學(xué)生只能知道它是原子核的運動特征，但究竟按規(guī)律能不能形成電子云及電子云的形狀對于學(xué)生來說還是一個疑團，教師的講解對于他們來說也沒有什么說服性。這時我們就可借助電教手段，通過類比、模擬建立一個聲、光、色、形于一體的形象化模型，從而使學(xué)生形成很深刻的印象。

3、用于強化重點、突破難點，使學(xué)生聽懂學(xué)會，體驗成功感。

一節(jié)課上得好壞、成功與否，很重要的一個方面就是看有無突出教學(xué)重點、突破教學(xué)難點。而許多學(xué)科僅借助于傳統(tǒng)的教學(xué)手段是很難達到目的的。例如在生物課教學(xué)中，許多生命現(xiàn)象、生理活動往往作為一個抽象概念來講授，學(xué)生學(xué)習(xí)時缺乏感性認識，因而枯燥無味，造成對某些知識學(xué)習(xí)的困難，但生物的生命現(xiàn)象及生理活動又是所學(xué)的重點和難點。這時我們就可使用多媒體課件來突破傳統(tǒng)教學(xué)不能解決的問題，使抽象概念形象化，使枯燥內(nèi)容生動化，激發(fā)學(xué)生濃厚的興趣和想象力，既降低學(xué)習(xí)難度，又突破了重、難點。

4、用于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性。

有些學(xué)科在教材中有大量的概念和原理，這些內(nèi)容用傳統(tǒng)的教學(xué)方法去講解很枯燥，甚至?xí)饾u削減學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如在法律課中有大量的概念和法律條文，這些法律條文學(xué)生學(xué)起來很枯燥，我們可以通過圖像或動畫模擬法庭的審案過程，動態(tài)地演示要求學(xué)生掌握的條文和概念，并利用課件的互動性讓學(xué)生參與審案過程，這樣即 達到了授課的目的，又激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，變被動接受為主動學(xué)習(xí)。

總之，通過大量的調(diào)查研究我們發(fā)現(xiàn)多媒體的適當(dāng)使用，節(jié)省了教師的講授時間，使學(xué)生有更多的時間用于練習(xí)和鞏固，這樣不僅減輕了學(xué)生的學(xué)習(xí)負擔(dān)，完成了教學(xué)任務(wù)，也大大提高了課堂教學(xué)效果。但多媒體使用時受多方面因素影響，我們除了要考慮以上幾方面，還要適當(dāng)考慮教師素質(zhì)、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)設(shè)備等問題。如果不考慮實際情況，生搬硬套地使用，不僅不能取得良好的教學(xué)效果，還會增加教師的負擔(dān)，使多媒體教學(xué)流于形式而難以取得實效。

第四篇：3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用與探索

3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用與探索

摘要：隨著3D打印技術(shù)的日益成熟，以及其在各行業(yè)和領(lǐng)域極具潛力的革命性應(yīng)用，如何普及3D打印并為社會培養(yǎng)專業(yè)的3D打印人才是當(dāng)前學(xué)校教育的一個重要課題之一。本文分析了3D打印分別在不同教學(xué)階段的受眾特點，針對大、中、小學(xué)總結(jié)出不同的教學(xué)目標和教學(xué)方法，提出了一個全過程的3D打印教學(xué)體系和培養(yǎng)方針。通過具體案例，本文指出可以將3D打印融入主流課程的教學(xué)實踐當(dāng)中，服務(wù)和提升已有課程的教學(xué)水平。最后，本文總結(jié)了3D打印在教學(xué)實踐中可能面臨的問題和解決方案，為有效開展3D打印在各階段的教學(xué)提供了理論指導(dǎo)和實際建議。

Abstract： With the increasingly mature of 3D printing technology，as well as its application in various industries，how to popularize 3D printing and cultivate professional 3D printing talents for the society is an important task of the current school education.This paper analyzes 3D printing audience characteristics in different stages of teaching，sums up different teaching goals and teaching methods respectively for college，middle school and primary school，and puts forward a whole process of 3D printing teaching system and cultivation guidelines.Through the specific case，this paper points out that 3D printing could be included in the mainstream curriculum teaching practice to serve and enhance the level of existing teaching.Finally，this paper summarizes the problems and solutions of 3D printing teaching practice，provides theoretical guidance and practical advice for effectively carrying out 3D printing in every stage of the teaching.關(guān)鍵詞：3D打?。患夹g(shù)創(chuàng)新；教學(xué)方法；人才培養(yǎng)

Key words： 3D printing；technological innovation；teaching methods；cultivation of talents

中圖分類號：G40-057 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）32-0178-04

0 引言

發(fā)達國家已經(jīng)開始探索3D打印技術(shù)對教育的影響，并成立了相關(guān)的項目用以促進3D打印技術(shù)與教育的融合，從而培養(yǎng)出適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)計、制造潮流的人才，從而提高自身的競爭力。新媒體聯(lián)盟（New Media Consortium，NMC）在2013年地平線報告中提出，3D打印是未來四到五年內(nèi)值得關(guān)注的新技術(shù)，它將帶來教學(xué)、學(xué)習(xí)和研究領(lǐng)域的創(chuàng)新[1]。英國教育部已經(jīng)選取多所小學(xué)作為試點學(xué)校，設(shè)立相關(guān)的基金，為學(xué)校購買3D打印機，并對教師進行相關(guān)培訓(xùn)，此外，還開設(shè)3D打印的相關(guān)課程作為學(xué)生的手工課。學(xué)生可以通過電腦建模，打印自己所喜歡的模型[2]。歐洲的一些國家也進行了3D打印的相關(guān)教學(xué)調(diào)研，如“未來教育與學(xué)習(xí)”（LIFE）項目，對歐洲7國的師生進行調(diào)研，以獲得3D教學(xué)對學(xué)生課堂的專心度和學(xué)習(xí)成績的影響[3]。希臘在兩所高校開始初步試驗將3D打印作為學(xué)習(xí)手段的教學(xué)方法[4]。美國STEM教育中的STARBASE Minnesota是對學(xué)生提供STEM訓(xùn)練的教育項目。該項目通過引入3D打印的支持，使學(xué)生能通過CAD軟件自行設(shè)計相應(yīng)課程的模型，并進行實際的測試和分析。該課程項目能極大地調(diào)動學(xué)生的積極性，使枯燥的數(shù)學(xué)分析亦能激發(fā)學(xué)生的興趣[1]。此外，還有一些職業(yè)學(xué)校的項目，如PlayMaker。該項目圍繞著3D打印技術(shù)這一核心的課程，學(xué)生可以設(shè)計、打印和驗證模型的物理理論。

較之國外而言，國內(nèi)3D打印的普及和教育仍處于起步的階段。國家當(dāng)前十分重視3D打印技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，例如我國科技部已將3D打印技術(shù)納入國家863計劃，各地學(xué)校也開始進行有關(guān)3D打印課程的試點。3D打印發(fā)展現(xiàn)狀以及學(xué)校教育的可行性

目前3D打印機的成本及其打印材料、質(zhì)量、時間等都是制約3D 打印在學(xué)校教育中普及的因素。解決好這些瓶頸能更好地促進教學(xué)和研究的發(fā)展，為探索教學(xué)新方向提供有效的方法。

1.1 3D打印機成本 3D打印機的成本一直是制約3D打印發(fā)展的瓶頸。3D打印機的售價從幾千元到幾十萬元不等。為了降低3D打印機的成本，許多公司已經(jīng)著手相對廉價的3D打印機的研發(fā)。據(jù)報道，有些公司已經(jīng)開始搶占教育行業(yè)的市場，推銷千元以下的3D打印機。隨著3D打印機的成本進一步降低，其普及將不再是難題。

1.2 3D打印的材料 另一個制約3D打印普及的瓶頸是耗材。目前的3D打印可以支持多種打印材料，如熱塑性塑料、尼龍、合金、金屬粉末、石膏、陶瓷、可食用材料、光敏樹脂等。雖然3D打印支持多種類型的材料，但不同的材料需要相應(yīng)打印設(shè)備的支持，此外打印材料的價格也并不便宜。目前的教學(xué)研究中使用較為普遍的是PLA（生物降解塑料聚乳酸，Polylactic Acid）材料和ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，Acrylonitrile Butadiene Styrene Acrylonitrile Butadiene Styrene）。一千克的PLA或ABS耗材的市場價格為60元左右。隨著材料的進一步改進和研發(fā)，生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)廠商的增加，普通耗材的價格將慢慢降至教學(xué)可接受的范圍內(nèi)。

1.3 3D打印的質(zhì)量 在打印模型的過程中，有時會由于機器本身或環(huán)境的問題，導(dǎo)致打印的質(zhì)量并不理想，成品率一般在30%-50%左右，甚至更低。其中廉價的3D打印機也是使成品率降低的原因。種種原因?qū)⒉焕诮虒W(xué)實踐和教學(xué)研究的使用。隨著3D打印技術(shù)將不斷改良和創(chuàng)新，打印質(zhì)量會隨之而提高。

1.4 打印時間 打印時間長也是一個亟待解決的問題，現(xiàn)在的3D打印時間普遍偏長，阻礙了教學(xué)實踐以及教學(xué)研究的發(fā)展。據(jù)報道，現(xiàn)下最新研究的3D打印技術(shù)CLIP（Continuous Liquid Interface Production）的打印速度是舊式打印的幾十倍以上，其打印出的物體表面也十分光滑，完整。這項技術(shù)若能普及，將彌補3D打印時間長的缺點。3D打印在不同教育群體中的教學(xué)分析與探討

在3D打印的教學(xué)上，學(xué)校應(yīng)該在3D打印的課程進行細致、深入地規(guī)劃，推行多方向、多環(huán)節(jié)的主題學(xué)習(xí)。學(xué)生通過探索、想象、實踐等環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)后，將激發(fā)想象力以及提高學(xué)習(xí)效率與興趣。結(jié)合不同時期學(xué)生的學(xué)習(xí)方向，學(xué)生在各階段的進程和方向上都有所側(cè)重，進程如圖1所示。

2.1 小學(xué)教學(xué) 以“感性認識”與“培養(yǎng)想象力”作為小學(xué)教學(xué)的方向。這一階段的學(xué)生，發(fā)散思維力強，想象力豐富，活潑好動，接受新鮮事物的能力強。

結(jié)合以上的特點，每個小學(xué)單位至少配備一臺以上的3D打印機。設(shè)置的3D打印課程應(yīng)該“淺入淺出”。所謂的“淺入”，就是用生動活潑、淺顯易懂的語言對3D打印的原理和3D打印機進行簡單的介紹，讓學(xué)生在感性上對3D打印有初步的認識，對打印原理、設(shè)備以及應(yīng)用范圍有個大致的了解。“淺出”就是通過做些有趣味性、引發(fā)聯(lián)想、充分結(jié)合課程的簡單小實驗、小制作來加深學(xué)生對3D打印的認識和理解。此外，學(xué)校不能一味地使用強制性的考試、規(guī)范化的實驗對學(xué)生進行應(yīng)試教育，而應(yīng)使用更自由、輕松的教學(xué)方式以提高學(xué)生的興趣，使學(xué)生產(chǎn)生成就感，形成教學(xué)的良性循環(huán)[5]。3D打印課程的目的是將3D打印作為學(xué)生通往興趣愛好的一座“橋梁”，而非僅作為一門來自于課堂又終結(jié)于課堂的課程。

在教學(xué)上，可以根據(jù)學(xué)校自身的特點、專家的研究等設(shè)計小實驗、小制作。課程的核心必須是以拓展學(xué)生的思維、引導(dǎo)想象力為主，目的是要激發(fā)學(xué)生的想象力和興趣、培養(yǎng)其思維能力。

2.2 中學(xué)教學(xué) 以“想象力和實踐相結(jié)合”作為中學(xué)教學(xué)的方向。這一階段的學(xué)生，發(fā)散性思維的能力與接受新鮮事物的能力依然很強，有一定的知識基礎(chǔ)和邏輯思維能力。在小學(xué)階段，學(xué)生有異想天開、天馬行空的想法，在中學(xué)階段，開設(shè)的3D打印課程應(yīng)該有意識地引導(dǎo)學(xué)生的想象力，將想象力與實踐結(jié)合。在數(shù)學(xué)、地理、生物等科目可以結(jié)合3D打印課程進行科目的交叉與融合。應(yīng)該讓學(xué)生在已有的認識基礎(chǔ)上，加深對三維空間的理解，并且能簡單地掌握建模軟件如Auto CAD的操作，能進行簡單或者相對復(fù)雜的建模。

在中學(xué)教學(xué)中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)到地理、物理、生物、化學(xué)等學(xué)科。在現(xiàn)階段的中學(xué)教學(xué)中，教學(xué)道具仍然匱乏，尤其在經(jīng)濟不發(fā)達的地區(qū)，更是如此。教師基本無法使用道具進行演示，只能利用課件、播動畫和視頻來替代。學(xué)習(xí)知識不應(yīng)該和活動情景分離而獨立抽象存在[5]，在情境中學(xué)習(xí)，與社會實踐活動結(jié)合起來的學(xué)習(xí)將有利于學(xué)習(xí)的橫向拓展和縱向深入。3D打印不受圖形限制，可以打印出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的教學(xué)模型，教師將內(nèi)部認知結(jié)構(gòu)可視化，化抽象為具體，化復(fù)雜為簡單[6]。理工科的課程中，實體化、可拆卸與裝配、可運動的教學(xué)道具更能激發(fā)學(xué)生的興趣和想象力。在制作個性化、非大批量的教學(xué)道具中，可以很好地利用3D打印的打印能力。

2.2.1 3D打印在地理課程中的應(yīng)用 在地理課程的學(xué)習(xí)中，應(yīng)用到大量的實體模型。實體模型能培養(yǎng)學(xué)生視空間能力，如教師可以打印出可運動的太陽系模型（其中包含可拆卸的太陽、水星、金星和地球等模型），在不同節(jié)氣改變地球的位置；可以打印出不同時間段物體或現(xiàn)象的標志性狀態(tài)的模型；也可以打印出可拆卸的房屋模型，用以演示地震對房屋的破壞；或者打印天氣現(xiàn)象的運動模型，用以表現(xiàn)氣旋、冷鋒、暖鋒等天氣現(xiàn)象的運動；再比如使用模型層層分離的展示方式，展示不同地帶的地形地貌、山岳的形狀等。

通過打印圖2的恒星系統(tǒng)，如太陽系（組件均來自3D打?。＝處熆梢越Y(jié)合課本介紹太陽系，并且移動地球等行星，以及對節(jié)氣等知識點進行介紹。還可以從系統(tǒng)中拆卸地球模型，取出內(nèi)部的每一層結(jié)構(gòu)進行細致地講解，讓學(xué)生從宏觀到局部系統(tǒng)地了解太陽系的結(jié)構(gòu)。通過實物化的可運動太陽系系統(tǒng)，可以使知識生動形象，加深學(xué)生的認識。

2.2.2 3D打印在物理課程的應(yīng)用 在物理的課程學(xué)習(xí)中，物理的許多電路、定律皆可由3D打印模型演示。如對自由落體、胡可、彈性碰撞等定律進行驗證，或是合力的箭頭模型、同步衛(wèi)星模型、地球模型、實驗電路模型的演示以及電阻、電容、電感等模型的類比演示等。同時，制作的3D模型可以與電子電路相結(jié)合，使模型能夠完成相應(yīng)的演示功能，如模型的LED發(fā)光、自行水平移動、垂直移動和旋轉(zhuǎn)等。

通過打印如圖3設(shè)備（含打印的無蓋盒子、機械結(jié)構(gòu)、排液管等，除了電壓表、電源以及導(dǎo)線外，其他結(jié)構(gòu)均由3D打印而成）的零件，可以引導(dǎo)學(xué)生在宏觀上對電容有一個深刻的認識。在盒子里倒入導(dǎo)電液體，與電源、電壓表連成閉合電路后，旋轉(zhuǎn)可移動間距的旋鈕，調(diào)整盒子的間距，或者調(diào)整排液旋鈕，排出一定量液體，觀察電壓表的電壓示數(shù)變化。隨后教師可以通過聯(lián)系所學(xué)知識，解釋實驗現(xiàn)象。學(xué)生能調(diào)整盒子間距、導(dǎo)電液體的量、以及更換“電容”介質(zhì)等進一步加深對電容的重要公式及相關(guān)知識的理解。3D打印類似的實驗裝置可以很好地應(yīng)用于教學(xué)，不僅可以驗證理論的正確性，還能培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，激發(fā)他們的想象力和興趣。只要有3D模型就能隨時打印并組裝，快捷且方便。

2.2.3 3D打印在生物課程中的應(yīng)用

在生物課程的學(xué)習(xí)中，能應(yīng)用到大量的實體模型。使用3D打印的技術(shù)，可以打印出可拆卸的細胞、細菌、病毒的結(jié)構(gòu)模型、可拆卸的多肽鏈、多糖、蛋白質(zhì)、核酸等大分子的化學(xué)球形結(jié)構(gòu)模型或者可運動的細胞膜的結(jié)構(gòu)模型。打印理解難度較大的細胞有絲和無絲分裂等模型可以很好地解決學(xué)生的理解問題。

通過打印出細胞模型，如圖4所示的半截面的植物細胞模型。3D打印出層1（細胞壁）、層2（細胞液）外殼以及各種不同的細胞器（使用不同顏色材料的打印，以增加細胞器的區(qū)分度）后，再組合起來。因為打印的難度不大，整體耗材少，所以可以打印出整班的數(shù)量。教師進行相關(guān)知識的講解前，可以把打印好的模型分發(fā)給所有的學(xué)生。學(xué)生除了能在課堂上結(jié)合老師的講解和課本的介紹，利用細胞的立體模型對植物細胞的知識進行深入了解外，課下還可以用模型做進一步的對照復(fù)習(xí)。通過拆卸細胞模型，可充分調(diào)動學(xué)生的視覺、觸覺等感官，加深其對知識的理解。

在中學(xué)階段，除了在課堂教學(xué)上使用結(jié)合3D打印的教學(xué)用具外，可以適度舉行涉及3D打印的競賽，競賽可以采用外觀設(shè)計、組合結(jié)構(gòu)、教學(xué)用具創(chuàng)新等形式?？紤]到中學(xué)生的3D設(shè)計能力并沒有良好的基礎(chǔ)，因此學(xué)?；虮荣惻e辦方可以提供相關(guān)的模型給學(xué)生參考。如在機器人DIY競賽中，比賽舉辦方提供種類繁多的3D模型包，學(xué)生可以自行設(shè)計機器人的結(jié)構(gòu)圖，并從模型包中取出相應(yīng)的3D模型并打印，最后根據(jù)結(jié)構(gòu)圖組裝起來。

2.3 大學(xué)教學(xué) 在目前的大學(xué)教學(xué)中，3D打印技術(shù)使用比較廣泛。涉及到實物的外觀、結(jié)構(gòu)、機械、電路等的課程，皆可使用3D打印技術(shù)。除了在高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、機械原理與設(shè)計、材料力學(xué)等基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課程的教學(xué)中使用3D打印的教學(xué)模型外，也能在實驗、課程設(shè)計中使用3D打印。

隨著各專業(yè)學(xué)科的交叉與融合，以及3D打印技術(shù)的日益成熟，它與各相關(guān)學(xué)科的結(jié)合會越加緊密，其作為“橋梁”性質(zhì)的實現(xiàn)方式會越來越重要。各高校的專業(yè)設(shè)置雖涉及到3D打印，但并沒有開設(shè)3D打印技術(shù)的相關(guān)課程，因此學(xué)生建模水平不高，設(shè)計出的成品與實際需求相距甚遠。

3D打印本科專業(yè)建設(shè)的核心是“創(chuàng)新、設(shè)計、建?！?。由于3D打印的接口面廣，因此專業(yè)課設(shè)置要在不同方向上有所側(cè)重。要學(xué)習(xí)的課程分為公共基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課以及課程設(shè)計。公共基礎(chǔ)課包括高等數(shù)學(xué)、大學(xué)英語、大學(xué)物理、工程制圖、線性代數(shù)、機械原理及設(shè)計、電工電子技術(shù)等。鑒于目前缺少適用于大學(xué)教學(xué)的3D打印教材，在此僅提供基礎(chǔ)專業(yè)課的教學(xué)課程有：3D打印導(dǎo)論、3D打印原理、常規(guī)3D打印機的結(jié)構(gòu)及組裝、3D打印基礎(chǔ)設(shè)計、3D建模基礎(chǔ)與提高（使用目前流行的3DMAX、MAYA、Rhino等軟件進行學(xué)習(xí)與應(yīng)用）等。

學(xué)生自行選擇不同行業(yè)方向的專業(yè)課，如動漫、機械、建筑、汽車、首飾等。以首飾專業(yè)課為例，它涉及到首飾設(shè)計、加工工藝、創(chuàng)意設(shè)計以及結(jié)構(gòu)美學(xué)等課程。在選擇相應(yīng)的方向后，應(yīng)增加該行業(yè)的相關(guān)知識的課程，以提高學(xué)生的基礎(chǔ)。公共基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課作為學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，專業(yè)課則作為所學(xué)知識的綜合運用。課程由淺至深，逐層遞進和深入，最終促使學(xué)生掌握創(chuàng)新、應(yīng)用的技能。教師在教授專業(yè)課時應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、發(fā)散思維能力，在實驗、課程設(shè)計上應(yīng)設(shè)計彈性大的題目。

至此，可以通過表1總結(jié)出小、中、大學(xué)不同學(xué)習(xí)階段學(xué)生特點、教學(xué)基礎(chǔ)、教學(xué)目標和教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)實踐中的問題與建議

3D打印在本質(zhì)上是多媒體技術(shù)的延伸，是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的延伸，它拓展了人的感覺和知覺，促進了人的思維能力的進一步發(fā)展，它與教學(xué)的融合勢在必行[7]。

目前，3D打印在教學(xué)實踐中存在諸多問題或空白，拓寬教學(xué)實踐的各環(huán)節(jié)將促使3D打印與教學(xué)實踐進一步的融合與發(fā)展。以下提出相關(guān)的建議。

3.1 學(xué)校安裝相關(guān)配套的3D打印機 目前大多數(shù)學(xué)校沒有配備相關(guān)配套的3D打印機，而3D打印機是進行教學(xué)、研究的基礎(chǔ)設(shè)備。如果教學(xué)條件允許，還可以配備相關(guān)的外圍設(shè)備，如3D Camega、KinectDIY等專業(yè)3D掃描儀。此外政府可以出臺相關(guān)的政策，為大中小學(xué)配備3D打印機及相關(guān)設(shè)備。據(jù)了解，我國政府計劃將在兩年內(nèi)為全國四十萬所小學(xué)安裝3D打印機，用于學(xué)校的教學(xué)和研究。未來可能會在大、中學(xué)推行進一步的相關(guān)政策。

3.2 編撰規(guī)范化的教材 3D打印技術(shù)雖然不是一門新興的技術(shù)，發(fā)展的時間也相應(yīng)的比較長，但目前的教學(xué)中仍然缺少內(nèi)容豐富、案例經(jīng)典的教材作為教學(xué)的參考。因此可編寫適合大中小學(xué)使用的3D打印技術(shù)的書籍作為教學(xué)的材料。但不強制要求各學(xué)校必須采用，學(xué)校也可以自行編寫符合自身教學(xué)要求的教材。規(guī)范化教材編寫的主要出發(fā)點是用于規(guī)范化的教學(xué)。

3.3 對教師進行培訓(xùn) 3D打印教師應(yīng)該在技術(shù)和教學(xué)設(shè)計等層面進行學(xué)習(xí)和提高，做好領(lǐng)路人的角色。課程設(shè)計應(yīng)該圍繞“切合實際、拓展思維和激發(fā)想象力”的目的。在中小學(xué)教師的培訓(xùn)上，培訓(xùn)人員除了教授相應(yīng)的3D打印原理、機械結(jié)構(gòu)、耗材等知識外，應(yīng)該將重點放在培訓(xùn)教師對學(xué)生的思維與想象力進行引導(dǎo)的方法和技巧上。培訓(xùn)大學(xué)和職校教師，應(yīng)該使其“各習(xí)所長”，即在他們的專業(yè)方面，針對性地教授不同專業(yè)的結(jié)構(gòu)、建模、耗材、支撐等方面的知識和經(jīng)驗，輔以典例為佳。

3.4 相關(guān)競賽設(shè)計 在各類大中小學(xué)競賽中，學(xué)生往往只能使用舉辦方所提供的配套組件進行組裝和二次開發(fā)，這在很大的程度上阻礙和限制了學(xué)生想法的表達，不利于學(xué)生在實踐中自由發(fā)揮和拓展。3D打印能很好地提供解決方案，學(xué)生可以根據(jù)自己的想法設(shè)計并打印出相應(yīng)的模型，并組裝在自己的參賽作品中。此外，為了使3D打印能更好地與教學(xué)、實踐等融合，可以舉行不同主題的比賽。競技類型，如機器人足球、機器人籃球、機器人搏擊比賽、競速、花樣飛行、搶奪比賽等；解決任務(wù)型，如智能輔助；開拓思維型，如組合聯(lián)動結(jié)構(gòu)。也可以舉行開拓參賽團隊思維的比賽，設(shè)計并打印出新穎、獨特、具有創(chuàng)造性的機器人零部件、外殼、骨架等。鼓勵比賽優(yōu)秀的作品進行進一步的研發(fā)。這樣的比賽除了能促進3D打印的技術(shù)更新和發(fā)展外，還能拓展學(xué)生對控制芯片的編程、機械結(jié)構(gòu)、模擬電路的認識。

3.5 成立相關(guān)委員會 目前的3D打印并沒有很好地納入規(guī)范化的組織和管理中，成立相關(guān)的委員會是行之有效的方法。通過成立相關(guān)委員會，創(chuàng)立評選制度，可以支持大中小學(xué)的學(xué)生對感興趣的方向進行創(chuàng)新?？梢酝ㄟ^評選項目提供必要的資金，并配給相應(yīng)的指導(dǎo)老師。再者，如果學(xué)生能夠靠自身的能力切實改進了3D打印的技術(shù)，并有相應(yīng)的展示方式，通過委員會的審核后，可報銷其費用，并給予相應(yīng)的獎勵。

3.6 其他 授課老師引領(lǐng)學(xué)生發(fā)揮想象力，記錄下他們對3D打印的想法（學(xué)習(xí)方法、技術(shù)的改進）等，將想法在大中小學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)共享平臺上進行匯總，讓不同的想法互相“碰撞”。也可以邀請相關(guān)方面的專家來校演講，或是組織學(xué)生到政府、公司等開設(shè)的3D打印展區(qū)進行參觀，使學(xué)生能接觸到3D打印行業(yè)的新方向，了解3D打印的最新進展?？偨Y(jié)

重視3D打印，就是要發(fā)揮一切積極的因素，使3D打印的課程和實踐在學(xué)校教學(xué)中進行交叉與融合，不斷循環(huán)發(fā)展。在3D打印教學(xué)的創(chuàng)新中，可以結(jié)合現(xiàn)在的在線教育、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，不斷挖掘3D打印在課程教學(xué)的潛能和優(yōu)勢。在建設(shè)3D打印課程的體系中，需要多方協(xié)調(diào)和政策的支持，才能形成良好的教學(xué)和研究的氛圍。

未來3D打印在教學(xué)、研究、設(shè)計、制造等方向的應(yīng)用和實踐將會進一步的深入和發(fā)展，它將以其獨特的方式影響著人們生活的方方面面。

參考文獻：

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第五篇：快速成型技術(shù)在鑄造中的應(yīng)用

快速成型技術(shù)在鑄造中的應(yīng)用

快速成形制造技術(shù)是目前國際上成型工藝中備受關(guān)注的焦點。鑄造作為一項傳統(tǒng)的工藝，制造成本低、工藝靈活性大，可以獲得復(fù)雜形狀和大型的鑄件。充分發(fā)揮兩者的特點和優(yōu)勢，可以在新產(chǎn)品試制中取得客觀的經(jīng)濟效益。

快速成形制造技術(shù)又稱為快速原型制造技術(shù)(Rapid Prototyping Manufacturing，簡稱RPM)，是一項高科技成果。它包括SLS、SLA、SLM等成型方法,集成了CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，是先進制造技術(shù)的重要組成部分。與傳統(tǒng)制造方法不同，快速成型從零件的CAD幾何模型出發(fā)，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，用激光束或其他方法將材料堆積而形成實體零件，所以又稱為材料添加制造法(Material Additive Manufacturing 或 Material Increase Manufacturing)。由于它把復(fù)雜的三維制造轉(zhuǎn)化為一系列二維制造的疊加，因而可以在不用模具和工具的條件下幾乎能夠生成任意復(fù)雜形狀的零部件，極大地提高了生產(chǎn)效率和制造柔性。與數(shù)控加工、鑄造、金屬冷噴涂、硅膠模等制造手段一起，快速自動成型已成為現(xiàn)代模型、模具和零件制造的強有力手段，是目前適合我國國情的實現(xiàn)金屬零件的單件或小批量敏捷制造的有效方法，在航空航天、汽車摩托車、家電等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

快速成型技術(shù)能夠快捷地提供精密鑄造所需的蠟?zāi)；蚩上勰Ｒ约坝糜谏靶丸T造的木模或砂模，解決了傳統(tǒng)鑄造中蠟?zāi)；蚰灸５戎苽渲芷陂L、投入大和難以制作曲面等復(fù)雜構(gòu)件的難題。而精密鑄造技術(shù)（包括石膏型鑄造）和砂型鑄造技術(shù)，在我國是非常成熟的技術(shù)，這兩種技術(shù)的有機結(jié)合，實現(xiàn)了生產(chǎn)的低成本和高效益，達到了快速制造的目的。

RPM技術(shù)的特點

快速成型的過程是首先生成一個產(chǎn)品的三維CAD實體模型或曲面模型文件，將其轉(zhuǎn)換成特定的文件格式，再用相應(yīng)的軟件從文件中“切” 出設(shè)定厚度的一系列片層，或者直接從CAD文件切出一系列的片層。這些片層按次序累積起來仍是所設(shè)計零件的形狀。然后，將上述每一片層的資料傳到快速自動成型機中去，用材料添加法并以激光為加熱源，依次將每一層燒結(jié)或熔結(jié)并同時連結(jié)各層，直到完成整個零件。成型材料為各種可燒結(jié)粉末，如石蠟、塑料、低熔點金屬粉末或它們的混合粉末。

快速成型技術(shù)與傳統(tǒng)方法相比具有獨特的優(yōu)越性，其特點如下：

1.方便了設(shè)計過程和制造過程的集成，整個生產(chǎn)過程數(shù)字化，與CAD模型具有直接的關(guān)聯(lián)性，零件所見即所得，可隨時修改、隨時制造，緩解了復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件CAD/CAM過程中CAPP的瓶頸問題。

2.可加工傳統(tǒng)方法難以制造的零件材質(zhì)，如梯度材質(zhì)零件、多材質(zhì)零件等，有利于新材料的設(shè)計。

3.制造復(fù)雜零件毛坯模具的周期和成本大大降低，用工程材料直接成形機械零件時，不再需要設(shè)計制造毛坯成形模具。

4.實現(xiàn)了毛坯的近凈型成形，機械加工余量大大減小，避免了材料的浪費，降低了能

源的消耗，有利于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。

5.由于工藝準備的時間和費用大大減少，使得單件試制、小批量生產(chǎn)的周期和成本大大降低，特別適用于新產(chǎn)品的開發(fā)和單件小批量零件的生產(chǎn)。

6.與傳統(tǒng)方法相結(jié)合，可實現(xiàn)快速鑄造、快速模具制造、小批量零件生產(chǎn)等功能，為傳統(tǒng)制造方法注入新的活力。

RPM技術(shù)在鑄造中的應(yīng)用

（1）精密鑄造

精密鑄造是所有鑄造方法中最精確的一種，精度一般優(yōu)于0.5％，且可重復(fù)性好，鑄件只需少量的機加工就可以投入使用。由于鑄模是一次性使用，使得制造內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件成為了可能，能生產(chǎn)鍛造或機加工不能生產(chǎn)的零件。盡管精密鑄造有著很多的優(yōu)越性，但其生產(chǎn)過程復(fù)雜且冗長。壓制蠟?zāi)５匿X模制作，視其復(fù)雜程度和尺寸大小，一般要花幾周到幾個月時間。得到鋁模后，還要幾周時間才能得到鑄件。這幾周主要是用于制作型殼。除了耗時外，精密鑄造還很費工，50％～80％的費用都出自于人工。此外，小批量生產(chǎn)中的模具費用分攤至使單價昂貴?？焖俪尚秃途荑T造是互補的，這兩種方法都適用于復(fù)雜形狀零件的制造。如果沒有快速自動成型，鑄模的生產(chǎn)就是精密鑄造的瓶頸過程；然而沒有精密鑄造，快速自動成型的應(yīng)用也會存在很大的局限性?？焖俪尚图夹g(shù)在精密鑄造中的應(yīng)用，可以分為三種：一是消失成型件（模）過程，用于小批量件生產(chǎn)；二是直接型殼法，用于小量生產(chǎn)；三是快速蠟?zāi)Ｄ＞咧圃?，用于大批量生產(chǎn)。

圖1 快速蠟?zāi)Ｄ＞咧圃炝鞒虉D

（2）快速鑄造

在制造業(yè)特別是航空、航天、國防、汽車等重點行業(yè)，其基礎(chǔ)的核心部件一般均為金屬零件，而且相當(dāng)多的金屬零件是非對稱性的、有著不規(guī)則曲面或結(jié)構(gòu)復(fù)雜而內(nèi)部又含有精細結(jié)構(gòu)的零件。這些零件的生產(chǎn)常采用鑄造或解體加工的方法，快速鑄造是所有采用快速成型件做母?；蜻^渡模來復(fù)制金屬件的方法中最具吸引力的一種。這是因為鑄造工藝能生產(chǎn)復(fù)雜形狀的零件。

在鑄造生產(chǎn)中，模板、芯盒、壓蠟型、壓鑄模的制造往往是用機加工的方法來完成的，有時還需要鉗工進行修整，周期長、耗資大，從模具設(shè)計到加工制造是一個多環(huán)節(jié)的復(fù)雜過程，略有失誤就可能會導(dǎo)致全部返工。特別是對一些形狀復(fù)雜的鑄件，如葉片、葉輪、發(fā)動機缸體和缸蓋等，模具的制造更是一個難度非常大的過程，即使使用數(shù)控加工中心等昂貴的設(shè)備，在加工技術(shù)與工藝可行性方面仍存在很大困難。

RPM 技術(shù)與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合，可以揚長避短，收到事半功倍的效果。利用快速成型技術(shù)直接制作蠟?zāi)?，快速鑄造過程無需開模具，因而大大節(jié)省了制造周期和費用。圖2為采用快速鑄造方法生產(chǎn)的四缸發(fā)動機的蠟?zāi)＜拌T件，按傳統(tǒng)金屬鑄件方法制造，模具制造周期約需半年，費用幾十萬；用快速鑄造方法，快速成型鑄造熔模3天，鑄造10天，使整個試制任務(wù)比原計劃提前了5個月。

（3）石膏型鑄造

精密鑄造通常被用來從快速成型件制造鋼鐵件。但對低熔點金屬件，如鋁鎂合金件、石膏型鑄造，效率更高。同時鑄件質(zhì)量能得到有效的保證，鑄造成功率較高。在石膏型鑄造過程中，快速成型件仍然是可消失模型，然后由此得到石膏模進而得到所需要的金屬零件。

石膏型鑄造的第一步是用快速成型件制作可消失模，然后再將快速成型消失模埋在石膏漿體中得到石膏模，再將石膏模放進培燒爐內(nèi)培燒。這樣將快速成型消失模通過高溫分解，最終完全消失干凈，同時石膏模干燥硬化，這個過程一般要兩天左右。最后在專門的真空澆鑄設(shè)備內(nèi)將熔溶的金屬鋁合金注入石膏模，冷卻后，破碎石膏模就得到金屬件了。這種生產(chǎn)金屬件的方法成本很低，一般只有壓鑄模生產(chǎn)的2％～5％。生產(chǎn)周期很短，一般只需2～3周。石膏型鑄件的性能也可與精鑄件相比，由于是在真空環(huán)境完成澆注，所以性能甚至更優(yōu)于普通精密鑄造。