3D打印与中职教育（精选7篇）
3D打印与中职教育 篇1
如果你不知道“快速成型技术”的话,那你一定在各种媒体铺天盖地的新闻报导中知道了一个新的词汇--“3D打印”,这是制造业现阶段最热门的制造技术。从成龙的电影《十二生肖》到汤姆·克鲁斯的《谍中谍5》,在这些影视作品中我们都可以看到3D打印的技术的使用。
那3D打印是一项什么样的制造技术呢?又能干什么呢?3D打印是通过软件对我们要制造的物件进行数字化建模,利用可以实现的材料一层层地堆砌、建造出我们所设计出的数字化虚拟模型,使其实物化。成龙用3D打印造出了生肖兽首,汤姆·克鲁斯用3D打印制作人皮面具,更有人用它建房、造车、手枪、舰船零件,甚至于用它制作出人体器官和波音747的发动机。由于这项制造技术在具体的实施工作有点像台针式打印机,所以人们形象地称它为3D打印。3D打印制造技术是现在最热门的制造技术,它的用途可以说是神通广大,被人们称为真正意义上的“第三次工业革命”。不可否认3D打印制造的强大,但我个人认为3D打印现阶段还不适宜在中等职业教育开展大范围的教学。
首先,3D打印大量专业化的教学与中等职业教育专业设置的理念不合的问题。我国中等职业教育在现阶段的专业设置主要是以企业一线工作岗位进行设置的,相应所开设的课程也是以社会岗位工作需求为前提。换句话说,中等职业学校教育出来的学生主要是从事人员需求密集的岗位劳动,而3D打印在现阶段的发展虽说很火热,但其加工的物件多是个体化的单件产品,其社会工作岗位也不是我们所说的人员需求密集型。如果开设3D打印技术专业的话,由于社会工作岗位需求少,学生很可能处于毕业后无岗位可工作的尴尬境地。
其次,是面临开展3D打印项目实习“性价比”不高的问题。国内大多数性能良好的桌面级3D打印机售价在2万元人民币左右,以一个班级45个学生算,每3名学生为一组使用一台这样的桌面级的设备,设备数量计15台,投入开出为30万元。每台3D打印机还要配备一台5000元的计算机设备,投入七万五千元。使用塑料材料进行5天实习,材料费用为2500至3000元左右,再加上电费,设备磨损的费用,在没有实际生产产品的情况下进行实习,资金的投入相对较大。同时由于3D打印实习实训的开出率低,又会造成设备长期闲置的问题。一些国内研发的3D打印产品价格也在2000元以上。但国产的3D打印机虽然价格低,但质量很难保障,设备维修又会是很高的一部分投入。对于桌面级3D打印机来说,由于仅能打印塑料产品,因此使用范围非常有限,对于学校实习来说,3D打印机的使用成本仍然很高。
其三,教师能力上的问题。因为在打印一个物品之前,首先要进行打印物件的设计工作。设计者必须根据物品的实际使用需求,设计出合理可行的构造,这就需要很好的设计能力。设计出物品后,设计者还必须掌握一个可以实现3D建模的软件,才可以完成从纸制设计到数字化模型的转变,这又得需要很高的软件操作能力。就现阶段中等职业教育来说,想从事3D打印实习,教师的综合水平要求很高,要在有丰富设计能力的同时,还要有熟练的软件操作能力,要求有很高的综合能力。而中等职业教师由于长期从事传统专业教学或传统实习项目上的教学,在这些方面上是欠缺不足的。或是精于设计,或是精于3D建模,想要谈及设计与建模的综合能力是很难的,如果你要打印的是一套多零件组成的构件的话,困难度成倍。
其四,中等职业学校学生认知上的问题。即使有精于3D打印的教师,还要考虑学生是否能对教师所教授的内容很清晰的得以认知。很多人可能以为3D打印就是电脑上设计一个模型,不管多复杂的内面,结构,摁一下按钮,3D打印机就能打印一个成品。这个印象其实不正确。真正设计一个模型,特别是一个复杂的模型,需要大量的工程,结构方面的知识,需要精细的技巧,并根据具体情况进行调整。用塑料熔融打印来举例,如果在一个复杂部件内部没有设计合理的支撑,打印的结果很可能是会变形的。中等职业学校的学生在校时普遍为十六七岁,他们在事物认知上是能很容易、很快接受的,但由于他们的知识结构组成不是很完善,所以让学生自己设计一个合理可用的机构部件是很困难的。再即使学生设计出了合理可用的构件,还要他们有相对较高的空间思维能力,同时还要进行大量的软件3D建模的实习实训。在这个过程中想要完成构件的设计,需要大量的课程作为支撑,这些教学内容已经超出了中等职业教育的范畴,就更不要提有一定深度的软件3D建模了。
其五,危害健康的问题。3D打印与普通打印的区别就在于打印材料。随着3D打印技术应用的日渐普遍,该技术在逐渐被广泛应用的同时,危害也日趋暴露出来。对于桌面级3D打印机来说,最容易也是最常见的打印材料就是塑料,在3D打印机在室内运作时,能够制造出大量有毒超微细粒子,并释放于空气当中,可以影响人体健康。市面上常见的3D打印机首先将塑料加热,然后通过喷嘴喷出,造出设计模型。整个过程有些类似工业生产,会释出有毒物质,但一般的使用者不会使用防护装备。微粒会在空中飘浮,容易被人吸入肺部甚至脑部,过度积聚可能会引发肺病、血液及神经系统疾病,甚至导致死亡。通过相关报导称,通过测试发现市面热销的3D打印机所释放的超微细粒子数量惊人。例如,以PLA聚合物作低温打印,最低每分钟释放二百亿微粒;在高温下以其他物料打印,每分钟释放的微粒更可多达二千亿粒。这些3D打印机的微粒释放量,有如在室内开火炉、烧香味蜡烛或燃烧香烟。
对于中等职业教育来说,3D打印是一个全新事物,我们不要盲目地进行新潮式的“追星”,购入大量设备,开展成专业化的教学,也不要畏虎不前,盲目地摒弃,我们要以先握手后拥抱的方式进行递增式接触。中等职业学校可以先购入少量的3D打印设备,进行少量的课程教学,学生的实训实习要以观摩、认知为目的。现阶段不要投入大量的课时进行很专业化的课程化教学,不要在实习实训上大力投入,不要设置3D技术的专业。一些有条件的学校可以在其内部的制造、加工类的专业中开设3D打印课程,开扩学生的眼界。
像多数的新兴技术一样,在3D打印刚刚萌芽的时候,人们根本不会想到以往“天马行空”的想象力会有变成现实的一天。而如今,3D打印技术正在向着令人神往的方向发展,慢慢去一步步验证着这一神奇。从第一台3D打印机发明至今,30多年来随着随着3D打印技术的不断革新发展及3D打印材料的多样化,3D打印不仅在传统的制造行业体现出非凡的发展潜力,同时其加工制造的对象已延伸至食品制造、服装、建筑以及微观性加工等多个与人们生活息息相关的领域。当然在现阶段,3D打印技术还有很多局限性,但远瞻未来,随着3D打印技术的不断完善,以及越来越多的企业进行3D打印制造,越来越多的设备被购入到工厂,越来越多物件需要3D打印技术用来制造时,3D打印与中等职业学校教育会进入到一个全新的、共同发展的时期。
相信在未来,3D打印发展会大放异彩,中等职业教育将是托举它的一双有力手臂。
摘要：黑龙江电视台前两天报导了一则新闻--“哈尔滨医科大学第一附属医院骨科利用3D打印技术,成功为两名患者'换骨'”。这也是黑龙江省首次将3D打印技术运用在骨科手术上,那3D打印又离我们的中职教育有多远呢?
关键词：3D打印,中等职业,应用
3D打印与中职教育 篇2
关键词 3D打印；高等教育；机械类专业
中图分类号：G640 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2016）16-0036-02
1 前言
随着全球信息化时代的到来，以大数据、互联网、云计算及3D打印等为代表的先进信息技术对社会经济发展及学校人才培养都产生重大影响。新技术的发展推动着课程教学内容和教学方法不断变革，以培养顺应时代发展需求的创新型人才。3D打印作为先进信息技术中一项极具发展前景的新兴制造技术，其在工业技术发展及教育人才培养中都占有重要地位。
3D打印技术出现于20世纪90年代，现代工业生产正在从大规模批量化生产转变为小批量和个性化生产，产品的生命周期和投放市场的时间越来越短。在这样的时代背景之下，3D打印技术应运而生[1]。3D打印技术一出现，就在建筑、航空航天、军事、汽车、机械、电子、电器、玩具、工艺品等许多领域得到广泛应用，被誉为第三次工业革命的重要标志之一，是“具有工业革命意义的制造技术”[2]。随着3D打印成本的大幅下降，使得3D打印不再局限于工业设计、科研等高端领域，其逐步走出工厂及实验室，走进家庭和学校，慢慢渗透到日常生活的方方面面。
2 3D打印的技术特点与优势
3D打印技术作为快速成形技术之一，其生产过程无需任何模具等专用工具，只需将零件的CAD模型（数字模型）输入计算机，无需人工编程，根据离散、堆积原理，在CAD模型的直接驱动下完成材料的有序堆积，自动完成零件的成形制造[3]。3D打印技术是计算机技术、数控技术、高能束技术（激光束、电子束等）、微滴技术和材料科学等学科领域和技术的技术集成，3D打印技术的发展又促进了上述相关学科与技术的发展。3D打印技术依托计算机软硬件技术和数控技术与装备，将产品设计与制造过程中的CAD与CAM高度集成，能够迅速将CAD概念设计或创新设计的物理模型非常精准地“打印”出来。这样，设计者可以根据可视化的物理模型进行设计评价，直观地进行进一步的设计，也可对打印出的产品进行装配干涉检查，进行性能和功能测试、手感测试等，显著提高产品开发的效率和质量[4]。
此外，3D打印技术基于离散、堆积原理进行“增材制造”，不需要特殊的模具、工具或人工干涉，可以制造任意复杂形状的三维实体，具有高度的柔性及加工成本低、生产周期短、节省材料等优势。
3 3D打印技术在高等教育中的应用
3D打印技术作为第三次工业革命的重要标志之一，是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，其在教育应用中亦有深刻的创新实践意义。将3D打印技术应用到教学实践过程中，对学生的动手能力、创新能力及创新思维等的培养都有重要的促进作用，对创新型人才的培养具有积极意义。
3D打印被作为一种重要的课堂教学手段，颠覆了传统的教学模式，能够将课本上的知识可视化地展现在学生面前，实现触觉教学，以激发学生的学习兴趣。在国外，3D打印技术在教育领域的应用已十分普及。美国STEM研究院已与Stratasys公司合作，将3D打印技术融入学生的编程课程。在我国，3D打印技术在教育领域的推广和应用已被广泛关注。教育部社区教育研究培训中心启动“i-3D打印实验室”项目，将“教学互动”“设计创作”和“操作体验”等集于一体。3D打印技术在国内高等教育中的应用如下。
教学应用 目前国内很多高校已经具有3D打印实验中心、3D打印工程训练中心。教师可以借助3D打印制作生动直观的可视化教具，实现传统教学中的很多抽象画概念实物化[5]，可以结合理论课程开展3D打印实验，让学生通过动手设计，把数学、机械、物理、生物、汽修等课中的许多抽象概念模型化，然后打印出来，以激发学生投身科学、数学、工程和设计的热情，培养实践动手能力[6]。
如在机械类专业中，传统课程设计中的减速箱设计，只要求学生完成理论设计，然后绘制图纸。而现在可以进一步要求学生借助计算机建模技术创建减速箱三维模型，然后通过3D打印设备打印出来，进行设计评价，以锻炼学生对知识的综合应用能力和实践动手能力。
科研应用 目前很多高校师生在依托3D打印技术和3D打印设备进行科研项目申报和研究。例如：医学专业的师生依托3D打印技术和生物材料进行人体骨骼及其他器官的打印研究；汽车专业的师生依托3D打印技术进行汽车零部件或整车的打印研究[7]；建筑专业的师生利用3D打印制作建筑模型、桥梁模型；等等。学生还可以依托3D打印技术进行产品自主创新设计或结合三维扫描仪等工具进行产品逆向设计，完成产品的创新设计与开发。国家大学生创新创业训练项目中就有很大一部分是基于3D打印技术的项目。
创新创业应用 随着3D打印技术的应用普及，在高校中出现学生依托3D打印技术和互联网平台进行创业的热潮。例如：学生依托3D打印设备和3D扫描机创立3D照相馆；通过互联网成立网上3D打印云平台，进行个性化3D打印产品的设计与定制生产；很多爱好3D打印的学生成立3D打印创客俱乐部及3D打印空间等，打印售卖个性化优盘、游戏模型及动漫模型等创意产品[8]。利用3D打印、大数据及互联网等先进信息技术，学生可以将具有创造性价值的个性化想法变为实际，最终成为创新创业的新路径、新方向。
4 3D打印技术在高等教育中的发展
“十三五”规划纲要在对“现代产业”的提案中明确写到：“大力推进先进半导体、增材制造（俗称3D打印）、智能系统等新兴前沿领域创新和产业化，形成一批新增长点。”随着3D打印技术的不断发展，未来对3D打印专业应用技术人才的需求将会大大增加，国内高校尤其是工程应用技术型大学有必要率先开展3D打印技术的教学及实践，训练学生3D打印的动手能力和思维能力，培养3D打印应用型技术人才，顺应未来3D打印市场的人才需求。
3D打印目前在国内高等教育中的应用主要在相关专业，还未普及到各个学科。为推动3D打印技术在教育领域的普及应用，教育部提出“3D打印进校园”项目，倡议有条件的学校率先建立3D打印工程训练中心。3D打印应用型技术人才培养中实践教学是关键，所以高校需要加强3D打印教学基础硬件设施建设，加强3D打印实验室、实习实训基地、实践教学共享平台建设。同时开展针对3D打印的项目化教学、可视化教具制作、创客空间及翻转课堂等教学模式，培养不同学科学生3D打印的基础知识与应用能力。此外，可以通过与企业和单位共建3D打印实训基地，发展与相关企业、行业的合作，推进产学研协同创新，形成资源共享、人才共有、过程共管的人才联合培养机制。
5 结束语
事实证明，在高等教育中引入3D打印，能够将学生的动手和动脑结合起来，调动学生学习的积极性与主动性，实现边做边学。3D打印将会进一步在高等教育甚至基础教育中推广和普及，更多地融入教学过程，这对学校的教学模式、教学资源以及教师的专业发展都是新挑战。要想将3D打印技术更好地应用在高等教育的人才培养中，还得进一步增强高校之间、校企之间的合作与交流，实现资源、信息、技术及人才的共享。
参考文献
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[4]王运赣.快速成形技术[M].武汉：华中理工大学出版社，1999.
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[6]高奇，曾红，等.基于3D打印技术的快速模具制造开放实验探讨[J].实验技术与管理，2016（1）：205-207.
[7]朱艳青，史继富，等.3D打印技术发展现状[J].制造技术与机床，2015（12）：50-57.
3D打印与中职教育 篇3
一、什么是3D打印技术
3D打印技术是一种快速成型技术, 它是一种以数字模型文件为基础, 运用粉末状金属或塑料等可粘合材料, 通过逐层打印, 从而制作出三维立体的产品。 与传统加工相比, 3D打印不再需要传统的机床 (如车床、数控机床等) 和相应配套的刀具、夹具、模具等, 只需根据零件或物体的三维模型数据, 通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术。 3D打印技术以CAD/CAE为基础, 通过设CAD软件生成的或通过实体扫描设备扫描实物所获得的数字模型文件为基础, 运用粉末状金属或塑料等可粘合材料, 通过逐层打印材料, 创建物体, 主要用于原型设计及组件或产品地制造。 运用该技术进行生产的主要流程是应用计算机三维软件 (如UG、catia、Pro / E等) 设计出立体的加工样式 (CAD) , 用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动响应、热传导、三维多体接触、 弹塑性等力学性能的分析计算及结构性能的优化设计 (CAE) , 然后保存成相应的格式 (stl、.obj、.thing等) , 最后通过Maker Ware软件将绘制好的模型转换为3D打印机可以识别的代码, 通过数据线直接传递给3D打印机。 在制造过程中3D打印技术实现了“设计即生产”的创想。 3D打印技术具有快速成型的特点, 不但能够实现从零件设计到整体设计的跨越, 而且生产的产品与传统方法生产的产品相比具有更精密的结构和更强的稳固性。 近年来在机械制造、艺术创造、建筑设计、生物医药等多个领域受到越来越多的关注。
二、3D打印技术的特点及优势
3D打印对于企业来说, 可大幅度降低生产成本, 提高工作效率, 且提高原材料和能源的使用率, 减少对环境的影响, 还使消费者根据自己的需求量身定制产品。 3D打印机既不需要用纸, 又不需要用墨, 而是通过计算机制图、远程数据传输、激光扫描、材料融化等一系列技术, 使特定金属粉或材料熔化, 并按照计算机模型图的指示一层层重新叠加起来, 最终把电子模型图变成实物, 突破传统的零件加工模式 (从毛坯到机床加工在到装配) 。 传统的切削加工方法相比具有以下优点。
(1) 减少成品, 提高效率。 可制造出具有自由曲面和更为复杂形态的零件 (如内部复杂结构等传统机械无法加工的情形) 。 3D打印技术在生产过程中能实现生产材料“零”浪费:3D打印技术的生产过程是根据零件的三维设计进行逐层打印, 与传统的“减材”加工相比, 实现生产材料的“零”浪费。
(2) 无振动、噪声和切削废料, 加工效率高。 可为企业节省宝贵的试制原料, 简化生产。 传统的制造中由于多是机械制造, 噪音较大, 且加工时边角料多, 造成资源的浪费, 大大缩短生产的周期、节约生产成本。
(3) 生产柔性高。 在生产过程中不需要切削加工所必需的刀具和夹具, 更无刀具磨损和切削力的影响。
(4) 提高加工效率。 3D打印技术可以加快产品的研发进度:通过计算机进行三维产品造型, 逆向分析, 成型一体化在进行将模型保存为打印系统所需的文件格式, 通过数据线将文件自动传输, 无需人的过多干预, 真正实现自动化。
三、中职模具开设3d打印技术课程的实施
1.课程的制定
当前模具专业在中职是属于机械类大专业, 作为机械专业的衍生专业, 其开设的课程包含机电专业的相关课程。 主要内容包括:机械制图、机械设计与基础、冷冲模设计与制造、注塑模设计与制造、数控技术与编程、模具加工机械、电工与电子技术、液压与气动传动、金属切削原理、机械CAD/CAE/CAM等。在此基础上增设专业核心课程:3D打印技术概论、快速成型技术与应用、3D测量与逆向工程技术、3D打印综合技能实训等。
2.培养目标的修改
当前《江苏省中等职业学校模具专业课标准》中规定模具专业培养的目标:具有本专业必需的自然科学、社会科学和管理科学知识;掌握计算机基础知识、必要的网络知识、常用软件知识;具有基本的机械基础知识;具有本专业必需的机械设计理论基础知识、模具材料及成形工艺、模具设计与制造专业知识;掌握模具CAD/CAE/CAM基础知识;具有必要的模具维修基础知识。 具有模具工艺设计、工艺实施、技术管理能力;具有模具数控加工编程能力;具有注塑模具、冲压模具设计与制造能力;具有一定的钳工操作能力、模具修配能力;具有良好的计算机基础应用能力和利用计算机进行辅助设计制造及管理能力;在此基础上增设:掌握3D打印的知识与技能, 具备3D打印技术应用能力, 能从事3D产品设计、3D测量与逆向造型、3D打印设备操作、维护及管理等工作, 具有良好的职业素质的应用型技能人才。
3.设备的选择及实训基地的建立
当前适合学校使用3D打印技术具有融沉积法 (FDM) 和固化成型法 (SLA) 两种, 其中FDM目前市场上广泛采用, 因其价格便宜, 操作安全、入门简单, 且使用的材料及后期技术维护成本等相对SLA讲具有较大的优势, 就目前情况下可以说FDM在适用性上优于SLA。
课程体系的实施离不开校内外实训基地。 校内实训基地可充分发挥实训内容与教学大纲高度统一, 实训项目与技能训练高度衔接的优势。 为此根据3D打印技术方向人才培养的要求, 应建在原有实训中心基础上增加“3D打印实训中心”, 加大设备的投入力度, 满足专业核心课程教学需要的功能完备的实训中心。
加强校企合作, 通过建立校外实训基地, 为学生提供真实的工作环境, 为学生掌握岗位技能、提高实践能力、了解岗位的社会属性、全面提高综合素质, 提供实践性的学习与训练平台, 真正实现高职学生与职业技术岗位“零距离”。
4.师资的培养
建设一支结构合理、专兼结合的“双师型”专业教学团队, 通过送出去 (年轻的专业骨干教师进企业、高校) 、请进来 (聘请企业相关技术人才) 等形式。 因相关专业教师都具有相应的技术基础, 进过短期的培训即能够熟练掌握相关设备, 短时间内培养一批适合专业课程教学的合格师资。 开展多层次培养及聘请名师等措施, 打造一支由专业带头人、骨干教师、“双师型”专业教师、兼职教师组成的教学团队。
5.校本教材的开发
通过与相关企业合作, 学校具有本专业经验丰富的教师与企业的工程师、技师等联合组建教材编写小组。 以企业的产品作为学校实训的项目, 根据项目的生产过程设计教学过程, 教材的编写要符合学生的认知规律, 项目任务的设计要具有情境性、操作性, 让学生在“做”中发展能力, 形成职业素质。
3D打印与中职教育 篇4
在引进了3D打印的学校中,有些学校忽略了学科教学的本质。比如,有些学校以通用技术课作为3D打印课程的主阵地,一会儿打印变形金刚,一会儿打印埃菲尔铁塔。这当然是一件好事,可以充分利用学生对于新生事物的好奇心进行启蒙与引导,但老师对于如何把3D打印与语文、数学学科相结合,就显得有点力不从心了。
过去,一支粉笔一块黑板,一群学生一位老师,就是课堂的全部。现在,信息技术已经成为课堂教学必不可少的要素。继智能机器人、无人机之后,3D打印机也迅速走进课堂,成为各级学校教育信息化建设的新“标配”。但是,技术只是教学的手段,不能变成教学的目的。再先进的技术、再高级的软件,也无法替代教研的规划、教法的设计,无法取代用了心的教师的言传身教,无法取代一线老师多年在教学一线对于学科课程的深度把握。3D打印进课堂,一定要考虑学科特点,从学科的本质入手来灵活地使用技术,而不是从技术本身入手来开展学科教学。
二、从学科入手,以知识点为内容节点,通过3D打印串联,构筑立体课堂
重庆渝高中学的刘文韬老师,在讲解高中语文课文《归园田居》时,将学生分组,有的设计“方宅、草屋”,有的打印“榆柳、桃李”,有的则考虑“暧暧远人村,依依墟里烟”和“户庭无尘杂,虚室有余闲”的布局。然后,在一曲流传了几百年的古曲《渔樵问答》中,组织学生进行讨论,结合知识点引导学生领会课文要义、感悟作者的思想。
考虑到课堂时间有限,刘文韬老师将打印的过程安排在了课后,这样既不占用课堂时间,也丝毫没有减弱学生们对于自己制作的产品的兴趣,好多学生因为是自己付出劳动和思想构思、创作出来的作品,所以尤为珍惜。同时通过小组讨论,对诗句更是倒背如流,一点也没有以前那种死记硬背的感觉。
可能有人会说,这些历史、地理有形的学科还好跟3D打印结合,那英语学科呢?其实,在这方面,有些学校已经在尝试了,而且效果很好。福建莆田一中的英语老师,在一节英语视听课上,先是播放电影《2012》的原声,让学生们听对白。紧接着,从中外观众对电影《2012》中所预示的“世界末日”的相信程度惊人的对比,引出世界古代史中知识点中欧洲一些小国“亡国灭种”的惨痛经历,说明外国观众大多数相信2012的原因。再让学生搜索“沉没于大西冰底的庞贝古城”,并用3D打印机进行局部“古城还原”,最后让学生用1-2句英语描述一下自己这节课的感受,并附上所有小组同学的姓名,同样用3D打印机刻在课堂作品上。
通过这些课例,学生不仅没有通常英语视听课上只看情节不听对白的“不走心”的现象,反而都想通过最终的英文小结显示自己的特长,再加上历史知识点的导入,这样就在润物细无声中提高了学生对知识是多纬度的概念的认知,有兴趣的学生在课后会翻出历史课本甚至找一些地理书籍来求证。这样的多学科融合的课堂应该说就很鲜活了。
三、多学科融合的3D打印创客教育,需要多方面的共同努
3D打印具有可视化、立体化、灵活性等特征,为课堂教学提供了良好的技术支撑和丰富的效果选择。但是,“新技术”不等于“新教育”,更不等同于“创新教育”。要想让3D打印为传统教学锦上添花,一定要分清主次,课堂教学和学科知识是土壤,是基础;然后再从以下几个方面加以协调,才能有所增益。
(一)课程结构的更新
跨越学科之间的界限,开展面向真实生活的主题教学,让3D打印从教师的教学工具,变成学生学习的兴趣启蒙工具。比如,重庆广益中学的黄祖清和廖义员2位老师将历史学科变成为历史、考古、美术、社会实践的统一体。学生从教室走进磁器口古镇,走进重庆博物馆,结合本地特色历史、人文,用3D打印机重现自己眼中的历史,立体呈现我眼中的故乡——“黄桷桠老街”。3D打印机帮助学生留下观察世界的记忆,收获学习知识的成果和快乐。
(二)教学流程的调整
因为3D打印本身过程较为漫长,可以尝试打破40或45分钟的固定课时安排,根据学科和课型特点灵活设置长短课或大小课,开展混合式教学。课堂上老师瞄准需要精讲的知识点,发挥讲授式教学的优势,帮助学生形成基本的认知结构,促进知识的内化。而课后结合3D打印则应采用研究性学习的教学方式,鼓励学生利用3D打印开展自主学习和合作学习,更深层次地理解知识,实现知识的有效迁移。
(三)教研内容的创新
教研内容的创新是3D打印进课堂取得成功的关键。教研,同样是一门思维的艺术,不同的学科、不同的知识点背后隐藏着内在的关联。比如通过“护航黄岩岛”的这一虚拟课程的设计,让学生“指挥”舰队从宁波港出发,给定出发月份,距离、航速等条件,让初次接触物理课的同学迅速理解匀速直线运动的概念,同时又融合进海里与公里的换算,航速“节”的概念。在同学们迅速给出答案时,提醒同学们7月份是季风多发季节,还有洋流运动得考虑进去……通过这样一节课的教研设计,地理学科的很多知识被深深地印在学生脑海里。很多时候,正是对看似简单答案的不断追问,才能让学生对知识有更深层次的理解。3D打印不能仅仅停留在技术的新颖上,它的未来应当是在发挥信息技术优势的基础上,通过学科知识点重组和教法的创新,开创的一种技术为教育服务的全新课堂方式。
四、让技术为教育服务,迎接创新教育的美好时代
自十八大以来,习总书记对科技和创新的重视程度有目共睹。这次的“科技三会”将再次吹响科技强国的新号角。6月25-27日,第一期多学科融合3D打印创新课程培训在中科院广州电子研究所进行,培训以3D打印与中小学学科教学结合为主题,培养中小学学科带头人为目标,以提升学生的创新实践能力为方向,约有来自全国13所学校的20多位一线学科老师参加。作为国家3D打印重要科研单位之一,中科院广州电子研究所李耀棠所长表示:“通过与广大中小学校合作共建‘中科院3D打印创新实验室’,发现不管是过程结合,还是成果呈现,都离不开内容的创新,只有让技术更好地为教育服务,构筑创新校园才能成为现实”。
五、结语
虽然3D打印机的普及还会遇到很多困难,但随着技术的不断进步,很多我们现在担心的问题都会逐步解决解。让我们在实践中探索这种新兴学习技术,借此推动教学模式和教学结构的改革。
摘要：近年来,3D打印成为教育领域的“新时尚”,一大批中小学校纷纷购买3D打印机开设创客空间或创客教育实验班,探索3D打印结合下的创客教育,尤其是在语文、历史、地理、通用技术等学科中,3D打印的应用较为广泛。但随着3D打印越来越多地进入课堂,新的挑战也随之而来。大多数学校仅仅把3D打印当成一种工具,最短的学校上了3周的课,把厂家附带的模型打印出来以后就不知道下面的课该怎么上了。也有的学校虽然有专门的兴趣社团,也配备专门的信息技术老师,但因为技术语言与学科教研语言之间的互联互通没有彻底贯穿,也没能通过课堂实现3D打印与学科知识的有效衔接。
关键词：3D打印,教育,技术
参考文献
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3D打印与中职教育 篇5
3D打印, 是近几年在工业领域炙手可热的一项新的制造技术。英国《经济学人》杂志认为3D打印可以与蒸汽机和电力的发明相提并论, 是第三次工业革命最具标志性的生产工具, 将对社会多个行业和领域带来深刻影响。与此同时3D打印的维度也在不断地扩展, 在2015年的CES大会上, Nervous System运用4D打印技术打印的“运动学连衣裙”, 赋予了打印成型的物品第四维度——适应性, 让打印产品有了时间维度上的拓展, 从而带来更加舒适的效果。5D打印就是指打印活性材料, 比如麻省理工设计了“星际游客盛装”系列服装, 服装设计了带有内部腔体的3D打印的血管结构, 然后他们将具有生命特征的元素嵌入到这些腔体中, 赋予了打印产品孕育新机体的能力实现了更多维的拓展。
二、3D打印技术在教育领域的研发现状
基于3D打印技术的良好发展前景和应用创新空间, 针对3D打印的教育应用具有重要的探索意义。英国教育部开展了一项为期一年的试验项目, 以21个学校为试点, 将3D打印技术应用到数学、物理、计算机科学、工程和设计等课程中, 探索3D打印的教学应用, 推动教学创新。各发达国家对于3D打印的教育科研也都相继推出了各具特色的实验项目。
国内以清华大学为首的部分著名高校, 部分研究成果已处于世界先进水平。北京航空航天大学大力开展3D打印技术的产学研合作, 与中航工业集团共同组建了中航天地激光科技有限公司成果产业化基地, 其研发成果使我国成为目前世界上唯一利用激光快速成形技术生产飞机钛合金大型主承力结构件, 并实现装机应用的国家, 实现了3D打印在航空领域创新应用。华中科技大学分别与湖北滨湖机电合作进行了3D打印研究并产业化运作。这些高校主要针对3D打印设备、材料、技术进行研发, 并将研发成果与企业合作进行产业化。2近两年大部分工程工业类高校均已购买3D打印机作为教学设备。西安交大应用3D打印技术, 进行医学与制造业的跨界设计, 制作了部分骨骼产品植入人体获得了良好的医疗效果。由此看来, 部分著名高校已经把3D打印作为重要的科研设备, 在航空航天、机械制造、产品研发等方面取得了显著成效, 并且致力于生物医学等方面的研发。与此同时, 3D在工业设计教育领域的应用稍显空白。
三、3D打印技术在于工业设计教育中的应用思索
3D打印技术已经大量应用于设计行业, 产业发展的同时, 教学科研的前端研究应与时俱进积极应对。许多民间设计师、设计组织都纷纷对3D打印技术在设计领域的应用进行了实验性的尝试。如:2014年度的“晒上海”展览由生活在上海的19位设计师围绕主题“竹+3D打印”进行了一系列的设计尝试, 获得了一致的好评。而在设计相关专业已有部分高校把3D打印作为重点研究方向, 取得了阶段性的成果。如2014年12月底, 山东工艺美院举办的“3D打印工作坊”是其学校的名校工程项目的成果汇报展览, 其中汇集了数字艺术、动漫设计、陶瓷设计、旅游产品设计等不同专业的学生作品。这都是好的开端, 值得我们去更为深入的思索研究加应用。
以下笔者就3D打印技术在工业设计教育中的应用意义做了一些思考:
1.将3D打印技术引入到工业设计教学, 突破了以往加工工艺的大量局限性条件, 有利于学生在设计的构想过程中有更大的自由空间, 能更加“天马行空”的发挥创意。
2.针对单独的专业设计课程来说3D打印技术在教学中的使用可以减少产品设计研发的周期, 大大减少以往在设计过程中的模型制作与修改的过程;可以减少产品设计讨论过程中的沟通障碍, 让以往电脑中的虚拟模型更为成为可以看可以摸得实体;可以跟好的通过实际的模拟增加产品可行性评估与验证的可靠性。
3.将3D打印设备置入学生的提供了丰富的“做的经验”。学习者使用3D打印机通过计算机辅助三维软件设计建模到打印出产品, 获得了有目的的直接设计生产经验, 这些具体经验对学习者的学习提供了直接的感性认识。在方案展示与交流的过程中3D打印作品通过演示和展览等方式, 使学生获得“观察的经验”, 实现学生在设计过程中的深度参与, 从而改善教学效果。3D打印将抽象概念和设计引入现实世界, 对教学内容中的某些抽象概念或科学过程进行可视化展现, 能够更好地发挥“抽象的经验”在设计应用中的作用, 使学生获得更多的认知体验, 提高思维能力。最终是学生的学习形成了立体坚实的“经验之塔”。
4.积极搭建产学研一体3D打印创新平台是可持续发展之路。有利于更好地进行实验性项目的设计研究, 开展丰富的设计跨界研发。由于3D打印技术的广阔应用前景, 以及工业设计学科设计范围“小到一根针, 大到直升飞机”的广泛适应性, 他们的有机结合可以涉及到很多产业的创新, 如美容业的3D定制, 可以通过扫描模拟更精确的定制你想要的鼻子或者胸部;医学实现5D的打印产品, 让打印的人体器官可以在身体内继续良好的运作;在时尚领域能够进行更加具有个性化的产品设计与定制;在食品行业, 可以打印出各式各样的食物造型, 实现味觉美和视觉美的统一等。
四、结语
总而言之, 3D打印不是传统技术的终结者, 但3D打印技术是生产技术发展最具应用价值的新领域。工业设计是与科学技术的发展紧密相连的学科, 所以我们要了解3D打印技术, 学习3D打印技术, 有创新有规划的应用好3D打印技术。
参考文献
3D打印与中职教育 篇6
一、3D打印技术简介
3D打印技术又称“增材制造技术”, 属于快速成型技术, 是一种以数字模型为基础, 以PLA、ABS或粉末、金属等材料, 通过逐层打印来生成三维实体的技术, 在工业、建筑、汽车、航空航天、医疗和教育等领域具有广泛的应用。3D打印技术与传统的加工技术不同, 在制造过程中不需要刀具和模具, 而是利用三维模型和3D打印机, 通过逐层不断地累积材料, 在空间中直接制造。3D打印的精确度很高, 可以打印出模型的大量细节, 能制作传统方法难以制作的特殊结构。3D打印的制作流程一般分为四个步骤:一是三维建模, 二是模型分层, 三是逐层打印, 四是后期加工。
二、3D打印技术在美术教育中的应用
3D打印技术应用广泛, 可以用于多个学科的教学实践。在中小学美术教育中, 使艺术欣赏变得形象生动、鲜明直观, 使学生更好地理解其内涵, 是达成教学目的的重要途径之一。在美术课堂上, 使用3D打印技术可以让学生将艺术作品的创意和想象打印成实际模型, 以前只能画在纸上的图画变成现实中的三维实物, 可以促进学生对所学内容的理解, 提高学生的综合素质。首先, 有助于美术教学模式的优化。利用3D打印技术开展美术活动课程, 可以在传统美术教育的基础上, 对美术教育的方式带来新的思考。在美术课程中增加新颖的3D打印课程, 可以改变传统的灌输和模仿的教学方法, 以学生为中心, 让学生在课上完成模型设计、实际应用、艺术欣赏、整体评述等过程, 使抽象的美术欣赏变得生动形象。3D打印技术可以提供一个进行素质教育, 培养学生综合能力的重要平台, 让美术教育的课程结构更加丰富, 课程实施更加便捷和开阔。其次, 有助于激发学生的想象力和创造力。在传统的美术教育过程中, 主要注重学生对绘画等二维创作能力的掌握, 而学生对三维艺术作品的创意和想法通常难以实现。利用3D打印技术, 可以给学生提供一个更开阔的创造空间, 使学生的作品不仅看得见, 还能拿得到, 同时发展学生的思维能力和创造能力, 有利于学生的个性化教育。在教学过程中, 要鼓励学生大胆尝试, 不怕失败, 尊重每个学生不同的审美感受和表现力, 帮助学生实现自己的艺术作品, 充分发挥自己的想象力和创造力, 培养学生对艺术和美的追求。再次, 有助于学生参与艺术设计实践。利用3D打印技术, 可以鼓励学生亲身参与艺术实践, 感受艺术魅力, 丰富审美体验, 让学生在实践活动中学习, 具有更好的学习效果。3D打印技术使学生设计的作品不仅仅停留在纸面上, 还可以进行实际的加工和制造, 让学生参与整个作品的完成过程。在3D打印的每个步骤中, 可以进行鉴赏能力和审美能力的培养, 同时拥有视觉和触觉的双重体验, 使枯燥的学习变得生动, 提高学生对艺术作品的整体设计能力, 拓展学生的发散思维。最后, 有助于提高学生的自主学习和团队合作能力。3D打印技术作为一种新兴技术, 对学生具有极大的吸引力, 可以激发学生主动参与学习的动力。所以, 可以开展学生课外自主美术活动, 让学生组成相应的兴趣小组, 自己动手完成艺术作品, 并且进行赏析。这不仅培养了动手能力, 也锻炼了团队协作能力和沟通交流能力。
三、当前3D打印技术用于美术教育的局限性
首先, 缺少多学科联动的顶层设计。目前, 3D打印课程还没有统一的标准, 缺乏顶层设计与系统规划, 需要新的理念和思想, 将科学、工程与艺术等学科进行有效结合, 而不是单独地将各个学科的应用分开, 这样才能发掘3D打印技术在教育方面的深层次应用。其次, 软硬件投入需要加强。当前, 3D打印机的价格虽然在逐渐下降, 但高级设备和耗材仍然比较昂贵, 在投入较低的情况下打印材质和色彩会比较单一, 影响教学和应用的效果。最后, 教师专业知识的要求和技术支持。3D打印的使用需要多学科的知识, 尤其是在软件建模和打印机操作等方面, 对美术教师提出了较高的要求。在课程上, 一方面, 要熟练使用3D打印机进行模型设计和制作, 另一方面, 还要对3D打印在美术教育课程中的应用进行相关的教学设计, 帮助和引导学生展开学习活动, 这需要教师利用更多的时间进行学习和提高。而且, 相应的支持工具、展示工具等方面的技术开发尚未成熟, 需要随着技术的应用和发展逐渐探索。
四、结束语
将3D打印技术与美术教育相结合, 有利于美术教育的课程改革, 优化课堂教学, 充分提高教学效果, 培养学生的综合素质。随着对3D打印技术在美术教育方面的深入研究, 可以预见其未来的应用更加灵活、广泛。
摘要：3D打印技术在美术教育中的应用利于优化教学模式, 激发创造力, 提高自主学习和合作能力。运用时, 也存在缺少多学科联动的顶层设计、软硬件投入不足、教师专业知识和技术支持有待改进的局限性。
关键词：3D打印,中小学,美术教育,综合能力
参考文献
[1]兀旦晖, 赵晨飞.3D打印技术在教学中的应用研究[J].课程教育研究, 2013 (21) .
[2]杨高云.小学“3D打印教育”课堂教学设计研究[D].上海师范大学, 2014.
3D打印技术的特点与应用 篇7
关键词：3D打印技术,特点,应用
0 引言
全球第三次工业革命已经到来,相比以往的工业革命来说,这一次的工业革命在制造业上对于社会产生的影响更大,特别是3D打印技术的出现,受到了全球广泛关注。
1 3D打印技术的概念和分类
3D打印技术,又被人们称之为添加制造技术,或者是增材制造和增量制造技术。美国材料与试验协会针对3D打印技术进行了明确的界定,3D打印技术与当前的传统加工方式具有极大的差别。这一技术是利用三维CAD成型技术对材料进行逐层的加工工艺,是一种使用直接制造和三维模型技术相结合的三维物理实体模型的加工方法。3D打印技术包括了材料加工前期快速原型和生产过程中的快速制造相关联的打印工艺、技术、设备的使用。3D打印是集CAD建模、测量、软件、数控、激光和材料等多学科于一体的技术,具有3D打印数字、分层、堆积、直接和快速等多方面的制造优点。
2 3D打印的材料和设备
当前3D打印设备的生产主要集中在美国、德国、以色列、日本和瑞典等国家,其中主要以美国为主。打印材料可以划分为块体、液态和粉末等材料,美国材料与试验协会3D打印技术委员会对加工工艺和加工材料进行了规定,其中加工材料主要为光敏聚合材料、聚合材料、蜡、金属、铸造砂和纸等,其加工工艺主要为光固化成形、材料喷射、粘结剂喷射、熔融沉积制造、选择性激光烧结、定向能量沉积等。
3 3D打印技术存在的主要问题
3.1 3D打印的耗材
3D打印技术中耗材问题对3D打印技术的推广造成了严重的影响。3D打印技术材料主要以上述几种材料为主,但是为了满足不同领域的需求,需要研发出更多经济便捷的加工材料,并且依照加工材料的特性,研发质量检测程序,从而完善材料性能数据的规范性标准。除此之外,寻找合适的3D打印材料应用于重要行业也是一个有待解决的问题。
3.2 3D打印机本身
据相关数据显示,在当前能够对多种材料进行加工的打印机只有一种,但是受到加工工艺的制约,产品的精度和表面质量往往达不到使用要求,只能以原型的方式进行使用。虽然3D打印技术使用了叠加制造工艺,但是就算层和层间连接再怎样严密,也无法与传统锻件相媲美。
3.3 3D打印的价格
当前,3D打印不能够进行规模的经济生产,成本偏高。当前,1 kg打印材料加工费少则几百元,多则要数万元,所以,在短时间内3D打印技术还不能完全替代传统的制造技术。但是要进行小批量、个性化定制等生产方面的应用,无论是生产一件还是数百件,其价格都没有太大的差别,这是当前3D打印技术无可比拟的优势。
3.4 3D打印机的操作方式
当前3D打印技术主要是依靠数字模型进行加工,但普通用户要想掌握CAD成型技术还存在较大的难度。
4 3D打印技术的应用领域与趋势
4.1 3D打印技术的应用领域
当前3D打印机所使用的范围非常广泛,涵盖了各行各业,只要是需要模型和原型的行业都可以使用。当前3D打印技术已经在工业、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古和雕刻等行业都有广泛的应用。随着3D打印技术的不断发展,应用领域主要表现几个方面:设计方案的评定、制造方式与装配的检测、功能样件的制造与性能检测、快速模具的小批量制造、建筑总体与装修的展示评价、科学计算数据实体可视化、医学与医疗工程、首饰及日用品快速开发与个性化定制、动漫造型评价和电子器件的设计与制作等多个方面。
4.2 对生产生活方式的影响
1)制造工艺的改变。3D打印对传统原料的切削加工和组装方式等进行了改变,从而有效的节约了原料和时间。比如,在航天航空制造业中,其主要金属材料是固体钛加工而成,其中有90%以上的材料会被浪费掉。如果通过钛粉3D打印技术,就可以加工出与传统固体钛一样具备特性的材料,从而大大节省了原料。
2)推动制造技术进步。3D打印技术是融合多种学科优势所形成的高新科学技术,随着3D打印技术的不断发展和趋于成熟化,将会使新材料和智能制造技术方面得到革命性发展,进而带动其他相关行业的发展。
3)促使制造模式的改变。3D打印技术对以生产线为加工模式的第二次工业革命进行了极大的调整和改变,开始朝着智能化、个性化和定制化的方向发展。
5 结语
3D打印技术属于新型高新技术,有着独特的运作模式。虽然3D打印打印技术在各个领域都有着广泛的应用前景,但是由于可制造材料有限,制作成本偏高,致使3D打印技术的推广受到了一定的限制。我们深信,3D打印技术的应用必然能够取代传统的生产线,有效提升各个产业的生产效率。
参考文献
[1]杨永强,刘洋,宋长辉.金属零件3D打印技术现状及研究进展[J].机电工程技术,2013(4).
[2]刘利刚,徐文鹏,王伟明,等.3D打印中的几何计算研究进展[J].计算机学报,2015(6).