3D打印技术数字化课程资源建设的研究与实践

数字智库 (1) 4个月前

0 前言
3D打印技术是当前制造业领域发展的新技术,这项技术的应用,可提高项目整体的生产效率,并简化工业生产流程。使用3D打印技术可以改良模具生产的过程,这一方法对于工业设计行业和制造业都有极大的促进作用。
1 3D打印技术数字化课程明确教学需求
1.1 个体需求
在接触到新型设计技术的初期阶段,很多学生可能更倾向于对无人机、机器人技术等方面的研究,而对3D打印技术的关注较少[1]。随着学生们自我学习意识的提升,很多学生们也希望能够通过学习到的新知识,跟上时代发展的步伐。所以,一些学生开始了解并运用3D打印技术,将自己的想法转化为现实。
1.2 学校需求
国内大部分的职业院校都将信息技术与通用技术统一结合成为了一门新技术,并在日常教学中为学生们普及技术教育。但是,学校在教学中采用的材料、资源和方法都相对传统,面对新时期的人才发展需求,学校要从硬件、软件和资源方面,不断地进行更新和优化,以此实现对学生们创新思维、跨学科思维和空间设计能力的培养。
1.3 社会需求
社会现代化建设进程中,对3D打印技术的需求越来越多。人工智能、机器人和3D打印技术为代表的智能化科学技术,已经逐步改变了人们的生活。3D打印技术作为创客教育中相对容易普及的新技术,对于培养跨学科思维和创新性思维的现代化人才方面,具有至关重要的作用。
2 确立3D打印技术数字化课程教学目标
2.1 过程方法目标
过程方法学习目标实现中,部分教师会结合小组合作的教学模式。让学生们在小组中与他人学会配合,并积极地承担其每个人的角色和任务,同时,培养他们的自觉性和主动性,养成科学学习习惯[2]。
2.2 知识技能目标
3D打印技术教学的知识技能目标在于拓宽学生们视野,让学生们学习如何使用3D打印设备和软件,完成扭转、镜像和阵列等工具命令执行,设计出简单的作品,并将自己的想法,实现成为带有创意性的生活用品。
2.3 情感价值目标
3D打印技术教育的情感价值目标,要求学生们能从学习中,获得良好的情感教育和审美指导,学会发现生活中的美并亲自动手创造美。在学习中,有效防止个别学生出现情感价值缺失和品德缺失的情况,促使学生实现全面发展。
3 优化3D打印技术数字化课程内容选择
3.1 设计软件
在进行3D打印技术数字化课程资源建设中,设计软件是不可或缺的重要组成部分。当前,我国大部分地区高校主要在入门教学、工业设计和广告影视制作等领域应用设计软件,并且根据教学目标的不同,选择功能性和操作难易程度各异的软件。常见的UG、PRO-E、3DMAX等软件,虽然有较为强大的功能,但是操作难度较大。如果在为初学者进行教学中,选择这种成熟度较高的软件,会增加其学习困难,甚至会打击他们在学习3D打印技术时的自信心[3]。因此,在选择3D打印技术数字化课程设计软件时,要根据学生的层级,为他们提供适合的软件。例如,对于初学者,可以选择3D 0NE和123D design等两款简单易上手的软件。两款软件均适合初学者,能够帮助他们从2D设计思维顺利地过渡到3D层面上。前者的软件操作界面相对友好,更适合低年级的学生进行学习,而后者的操作模式更加专业,可以在社团课程和第二课堂教学中进行运用。3D ONE系列软件的开发宗旨就是为青少年提供三维立体创意设计的社区品台,学生们在教师的指导下,运用软件进行学习和设计,还能和社区内的其他同学进行成果交流与技术探讨,符合当前3D打印技术数字化课程资源建设的发展需要。
3.2 打印设备
根据不同的打印原理和打印方法,在3D打印技术数字化课程资源建设中,需要选择不同的打印设备。当前,市面上较为常见的打印设备包括了以下几种:(1)FDM打印设备;(2)3DP打印设备;(3)SLA打印设备;(4)EMB打印设备。
在对几种不同类型和规格的设备进行对比分析之后发现,3DP打印设备和SLA打印设备都是价格相对高昂的设备,而且在材料打印制作中,能够实现高精度的制作,主要的应用环境为工业生产与制造领域、高级模型玩家制作等方面。EMB是几种设备中体积最为庞大、打印精度最高的设备类型,这种设备将钛合金作为打印材料,可用于医疗医学卫生领域的人体器官、骨骼打印,以及航空航天与军事现代化建设中的零部件打印。与之相比,FDM打印设备比较常见,设备精度不高,打印出的成品会出现表面粗糙的情况。但是,这种类型的打印机能够实现快速成型,并且容易学生操作,价格相对低廉,所以学校的3D打印技术数字化教学工作中应用这种设备比较常见。
3.3 课程体系
在构建3D打印技术数字化课程时,要从课程体系的设计环节展开研究,确保这一技术能有效地融入到课程设计之中。3D打印技术是多媒体技术的有效延伸,借助这一技术可将人们想象中的事物,以更加直观和具象化的方式转变成为现实存在的物件。所以,在课程体系设计中,教师要有意识地将3D打印技术融入到设计环节,并在课堂教学中,有计划地引导学生们进行学习。
例如,在课程体系构建的最初阶段,要为学生们引入3D打印技术的基本原理,以便为模具设计教学提供辅助参考。学生在学习和观摩中,能直观地感受到知识带给自己的变化,而且,采用展示化的教学,也能提高课堂教学效果,实现高效课堂的构建。在1至2周之后,教师可以让学生们利用自己已经掌握到的知识,分组参与3D打印技术的应用,完成教师布置的作业。教师还可以构建演示和实践等课程模式,在模具设计的教学中,增加实验类型的课程,让学生们能进一步了解到所学技术的深层次原理。   4 实现3D打印技术数字化课程教学延伸
4.1 年级3D作品设计比赛
教师可以在学期中,在学生们掌握了基本的3D打印技术原理之后,让学生们利用3D ONE操作技术软件,以自愿报名的方式,参与到年级3D作品设计竞赛中。这种竞赛模式以年级分组,让学生们都可以在自己已经掌握的知识和技术水平上进行竞赛,以此实现竞赛活动的公正性和公平性[3]。比如,某地区的3D打印技术数字化课程教学小组的教师,为低年级组的竞赛设置了“创意课桌”的3D打印技术设计主题。要求学生们利用3D ONE软件,在90分钟之内独立完成模型设计与制作。这种方式充分调动了学生们参与度和积极性,学生们可以在竞赛中检验自己的知识和能力,并获得更专业、更具有针对性的点评。
4.2 区域创客3D建模竞赛
除了组织校内的年级竞赛以外,教师还鼓励学生们,特别是高年级的学生,参与更大规模的创客建模设计竞赛。比如,“创客节”、“创客比赛”和“创客嘉年华”等,都是以创客为主题的竞赛活动,这种方式能鼓励学生们发挥自己所长,并推动区域性的创客文化得以传播和发展[4]。例如,在我国“大众创业,万众创新”的新产业发展理念的指导下,某地区区教育局提高了对创客文化的重视力度,积极鼓励学生参与教育创客节。在2018年举办的第二届创客教育界中,共设计了无人机、3D建模、机器人竞速和智能生活创意编程赛等,为3D打印设计和其他新型创意技术的发展提供了广阔的空间[5]。
5 总结
当前,国内职业院校的相关课程教学设计需求以及3D打印技术的发展方向,教师要持续对3D打印技术的数字化课程资源加以建设,以此推动3D打印技术持续发展,整个增材制造业也能由此吸收更多适合该行业发展的人才。

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