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摘要:近年來3D打印技術(shù)快速發(fā)展和壯大，因其優(yōu)良的性能，3D打印技術(shù)在各行業(yè)具有良好的發(fā)展前景，因此將3D打印技術(shù)引入高校的創(chuàng)新教育課堂具有現(xiàn)實意義。本文首先通過研究3d打印成型技術(shù)在機械行業(yè)中應用的特點及優(yōu)勢，確定3D打印創(chuàng)新實驗在高校創(chuàng)新教育中的發(fā)展方向，其次基于培養(yǎng)創(chuàng)新能力的教育理念，在實驗內(nèi)容、實驗方法、實驗室運行模式方面進行探索，確定了3D打印創(chuàng)新實驗開設內(nèi)容:基礎(chǔ)實驗，提升實驗，創(chuàng)新實驗。對高校開展3D打印成型技術(shù)的創(chuàng)新教育具有重要的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞:3D打印;創(chuàng)新教育;探索;培養(yǎng)模式

一、緒論

隨著3D打印技術(shù)的興起與發(fā)展，3D打印技術(shù)已在大部分學科領(lǐng)域得到應用。尤其在機械行業(yè)，如各種機械發(fā)明制作中，利用3D打印技術(shù)可以比以往更加方便的做出模型進行實驗。［1］此外，3D打印于學生各種競賽中實物的制作、學生的課程設計以及教師課堂的教具教學展示等方面皆有重要作用，因此，為使之能夠更好的應用到學生學習、教師教學等方面，進行學校3D打印室的創(chuàng)新建設，有著重要意義。［2］在我校大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地中，3D打印室在實驗室教學中的改革主要側(cè)重點在于提高學生應用3D打印機的實際操作能力、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、提高創(chuàng)新能力上。

二、3D打印的特點及優(yōu)勢

與傳統(tǒng)加工制造方法相比，3D打印技術(shù)具有以下特點:(一)復雜工藝簡便化。在傳統(tǒng)制造業(yè)的工藝過程中，如果需要加工一個復雜的工件，可能需要不同工種在不同地方進行加工。例如加工一個簡單的錘子，傳統(tǒng)工藝需經(jīng)過銑工、車工、鉗工、熱處理等繁瑣工序。而使用選擇性激光融化技術(shù)(SLM)利用金屬粉末進行3D打印則可以簡化加工步驟，只需用三維制圖軟件畫出所需加工的錘子的模型圖，就可以快速的加工出所建模的錘子。(二)耗材較少。眾所周知，傳統(tǒng)制造業(yè)加工零件大多是用“減材制造”來加工零件的，這種加工方法是在一快完整的原料上做“減法”從而制作出做需要的零件，而且切削掉的材料很難被加工再利用，造成了極大的損耗。3D打印技術(shù)屬于“增材制造”的過程，它是利用“加法”把所需零件一層層的“加”出來，除了必要的支撐和底座以外，沒有多余的材料浪費。(三)制造材料多樣性。在過去，限制3D打印技術(shù)發(fā)展原因之一是材料技術(shù)沒有突破。打印材料價格昂貴、種類單一使得3D打印技術(shù)停滯不前。近幾年，隨著材料技術(shù)的不斷發(fā)展，尼龍材料、PLA材料、金屬材料，樹脂材料、生物材料等眾多適合3D打印的材料層出不窮，隨著材料技術(shù)的日益發(fā)展，3D打印技術(shù)的應用的領(lǐng)域?qū)訌V闊。

三、3D打印在高校創(chuàng)新教育中的發(fā)展方向

3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展已經(jīng)使得各大高校開始注重3D打印實驗室的建設與改革。但是，不足也逐漸先露出來，其表現(xiàn)在相關(guān)教師資源的缺乏和實驗室建設經(jīng)驗上。目前的3D打印教學模式仍處于“老師講，學生聽”的傳統(tǒng)模式，學生學習效率低下等一系列問題亟待解決。此外，3D打印室的管理模式封閉、僵硬，缺乏自主管理的活力，以上種種原因造成學生未能深入了解打印機的實際操作以至于考研或工作之后相關(guān)動手能力欠缺等問題。學生一邊擺脫不了傳統(tǒng)教育的束縛，一邊無法全面提高創(chuàng)新能力。綜上所述:3D打印室創(chuàng)新教育的發(fā)展應趨向于以傳統(tǒng)教學與實踐教學相結(jié)合的方式帶動學生自主學習、自主管理的方向。3D打印的高校創(chuàng)新教育旨在讓更多的學生了解3D打印，提高動手能力與創(chuàng)新能力，發(fā)揮自主管理的靈活性，提高學生的學習興趣。

四、3D打印的創(chuàng)新教育及模式

隨著國務院“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”口號的提出，我校成立大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地，旨在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。我校3D打印室將進行創(chuàng)新教學改革，具體內(nèi)容如下:(一)傳統(tǒng)教學與實踐教學相結(jié)合。創(chuàng)造的基礎(chǔ)是動手實踐，因此，我們將傳統(tǒng)課堂教學模式，與實踐教學活動相結(jié)合。在這種兩相結(jié)合的模式下，采用“任務教學法+活動教學法”，培養(yǎng)學生動手能力，提升學生綜合素養(yǎng)。任務教學法對學生完成任務的流程進行規(guī)范?；顒咏虒W法使學生在更加開放的環(huán)境中闡述自己的觀點，使彼此的想法更容易碰撞，促進團隊之間的溝通交流，在自由的氛圍中產(chǎn)生更加合理的解決問題的方法。前者更加強調(diào)學，后者更加強調(diào)做，兩者優(yōu)勢互補，賦予學生更多的學習自主性，在自己動手完成任務的過程中，對所制作的物品的結(jié)構(gòu)、功能等屬性有了更加深刻的了解，從而可以對作品進行優(yōu)化處理，更好的利用3D打印機進行作品制作。(二)3D打印室運作模式。我校的3D打印機主要由機電工程學院大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地負責管理，目前實驗室中有8臺先臨3D打印機，一臺工業(yè)打印機，且本校實驗室面向全校師生開放。為提高工作效率，避免出現(xiàn)人員過于集中增大工作量的現(xiàn)象，我校將預約表的相關(guān)文件及所填信息注意事項到官網(wǎng)上，讓學生自行打印。學生填寫預約表之后應交與老師審核，審核通過后，聯(lián)系打印室負責人員以便安排打印。如果審核未通過，應自行改進或者聯(lián)系老師進行指導，再次進行預約。預約后若長時間或無故不按時不進行實驗，以及違反3D打印室規(guī)定者，取消其本次實驗資格并予以警告。如下圖所示為3D打印室運作模式流程圖。(三)3D打印室實驗內(nèi)容。實驗內(nèi)容我們分為三個階段:基礎(chǔ)實驗階段，提升實驗階段，創(chuàng)新實驗階段。基礎(chǔ)實驗階段:依據(jù)自由開放的原則，學生們進行自由創(chuàng)意創(chuàng)作，使之熟悉整個學習流程，了解打印機的使用方法，最后由老師點評，指出不足之處。提升實驗階段:由老師進行命題，并且給出初步思路，或者在學生討論時、進行打印時給予教師意見。在此過程中，循序漸進的培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、提高創(chuàng)新能力，最后由老師給出指導意見。創(chuàng)新實驗階段:由老師進行命題，給與學生完全的自主權(quán)，學生在規(guī)定的時間段內(nèi)完成相應的任務，任務結(jié)束之后，由老師進行點評指導。

五、總結(jié)

3D打印發(fā)展前景良好，目前3D打印技術(shù)仍處于研發(fā)階段，但隨著各國對3D打印技術(shù)的深入研究和重視，3D打印將會以更為優(yōu)越的性能被引入到高校的教學之中。本文以我校3D打印室為例，將傳統(tǒng)教學與實驗教學相結(jié)合、改進實驗室運作模式、革新實驗階段，提出創(chuàng)新教育模式。高校對3D打印技術(shù)的不斷關(guān)注和投入，將會拉動高校創(chuàng)新教育的發(fā)展。

參考文獻:

［1］王萍．3D打印及其教育應用初探［J］．中國遠程教育，2013，8:83-87．

［2］周達，黃彬彬．3D打印技術(shù)在高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育中的應用［J］．科技創(chuàng)新導報，2017(35):140．

［3］孫江山，吳永和，任友群．3D打印教育創(chuàng)新:創(chuàng)客空間，創(chuàng)新實驗室和STEAM［J］．現(xiàn)代遠程教育研究，2015，4:96-103．

［4］尚雯，譚躍剛，張帆，等．面向大學生創(chuàng)新教育的3D打印教學實驗平臺研究與應用［J］．中國輕工教育，2016，3:73-76．

作者:劉德生 尹若軍 鄧家烜 田雪清 單位:河南科技大學機電工程學院