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[摘 要] 3D打印技术作为传统制造业中新出现的一种加工方式，在社会各种行业和领域中，都得到了大力的推广和应用。那么将其应用于中职机电专业的教学过程中，可以从根本上改变现有专业课程教学内容枯燥、缺乏创新和应用性的特点，使学生在实体模型的帮助下，更好地理解和掌握教学重点和难点环节。
[关 键 词] 3D打印;中职;机电教学
[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2021）34-0174-02
一、3D打印技术概述
从2005年在美国研制出全世界第一台高分辨率彩色3D打印机开始，到2018年俄罗斯宇航员在国际太空空间站打印出实验老鼠的甲状腺体，3D打印技术开始在社会应用领域逐步得到普及与推广，被誉为“第三次工业革命”。通过计算机辅助设计，把复杂的三维模型构建起来，进而形成产品的过程。其在个性化定制、复杂结构性制造、特殊环境下制造等方面，都具有无可比拟的优势。
二、3D打印技术的特点
（一）增材制造方式
传统的机械加工领域，对零件的加工方式都是不断减少材料，逐级加工，一步步实现加工工艺，并最终得到想要的产品形状和尺寸要求，是一个复杂的加工过程。而3D打印技术的出现，则彻底颠覆了传统零件加工方式，它具有快速成型的特点，通过增材制造的方式，把零件从下往上，一层层打印出来，同时结合先进的计算机辅助技术，使零件在加工制造的过程中，全程智能化操作，实现机械设计到机械制造的快速转化。
（二）个性化的定制方式
传统的机械制造，由于生产工艺复杂，制造流程较多，只适用于大批量的生产方式。现代社会，工业产品的更新換代速度在逐渐加快，产品的应用性和功能性都在不断提高。我们需要以最快的速度，生产出用户需要的工业产品。而3D打印技术，在计算机辅助技术的帮助下，具有个性化和小批量生产的特点，通过互联网平台提供的用户信息，我们可以满足人们日益增强的个性化需求，产品定制化的生产，使个性化的创意得以实现，大大降低了用户产品的设计制造成本，同时减少了设计生产的时间。
（三）无人化的生产方式
传统的机械制造领域，工业产品主要通过技术工人一道道的机器操作得以实现，其加工环境需要人员聚集在一起，大规模的生产。2020年这一特殊时期，使得我们不得不改变传统的人员密集型生产方式，减少人与人接触，采用无人化的生产方式，才能保证生产的安全性，3D打印技术由于其加工的特殊性，打印设备自动化程度高，可以在没有人力的情况下，通过3D打印机完成全套加工制造过程，完美契合了特殊背景下，对于生产方式的改变，为相关物质的生产立下了汗马功劳。
（四）降低损耗，增强安全性
传统的机械加工方式中，我们在加工过程中，需要提前准备好各种刀具、夹具以及相关的材料，且在生产加工过程中，也会产生大量的铁削废料，无形中加大了我们的生产成本。大量的刀具在加工过程中，损耗现象非常严重，特别是在正常的中职教学过程中，由于学生都是刚刚接触机床的操作，操作失误率比较高，在实训教学中，难以避免地会出现冲刀和撞刀的现象，刀具在使用过程中，就需要反复的重新刃磨，加重了老师的教学任务和时间成本，同时刀具的损毁也对机床造成了一定的安全隐患，如何避免安全事故的发生，一直是机电教学较为头疼的问题。而3D打印技术的出现，则完美化解了这个难题，3D打印技术在加工过程中，不需要使用任何刀具和夹具，没有任何的加工废料，大大降低了生产的成本。同时，3D打印加工精度高，对于复杂的零部件加工，可以一次性完成，减少了加工工艺的流程，可以更为高效、安全地进行零部件加工。
三、当前中职机电教学存在的现状
（一）生源质量不高
近年来国家一直在大力发展职业教育，甚至在中考阶段就要求一半的初中毕业生到中职学校入学，接受职业教育。但是整个社会对于中职的认可度依然不高，成绩较好的学生无一例外会选择进入高中学习，将来准备完成三年高中的学业之后，考一所理想的大学。而升入中职的学生在入学之后，对于自己的定位较为模糊，普遍缺乏学习的动力和方向，没有个人的学习生涯规划，甚至个别学生还会觉得上学只是无奈的选择。因此，整体中职学生的生源质量不高，缺乏对专业课程学习的兴趣，教师在教学环节中，积极引导学生深入课程内容学习，学生的参与感不强，使得教学效果大打折扣。
（二）教学理论与实践联系较少
机电专业在教学方面，在教学内容上侧重于机械制图、机械基础、工程力学等理论学科，学习内容和知识点较为繁杂，不利于提高学生的学习兴趣与认识，导致学生对课程的理解和领悟力较差，从而容易产生厌学的情绪，缺少教学实物模型的展示，教师利用有限的教具，难以为学生清楚演示零部件的结构性、多样性和灵活性，限制了学生的思维创造力。尽管学校也开设了与机电专业相关的钳工、焊工和车工等实训课程，但是实训课程在内容和数量上，都难以满足学生的实际需要，只是简单对学生进行专业入门级别的培训，拔高的课程内容较少，使学生在学校无法学习到足够的专业技能，走入社会应聘时，没有过硬的专业技能，缺乏就业的核心竞争力。
（三）学生缺乏空间想象力 在机械制图CAD等专业课教学过程中，主要以三维立体作为研究对象，对于空间想象能力提出了更高的要求，这就要求老师在日常的教学中，努力培养学生从平面图形到空间三维的空间想象能力，并将这一教学目标始终贯穿在整个教学过程中，但大多数学生由于刚开始接触，同时又缺少想象，对于平面图的理解能力较弱。平面图纸的直观性较差，使得学生对于各类机械构件的理解存在一定的障碍。
（四）信息化教学应用少
在信息化教学快速发展的今天，多媒体教学方式越来越受到学生的欢迎，学生更喜爱图文并茂、声像俱佳、动静结合的教学方式。短视频和流媒体的崛起，更是加快了信息化教学的步伐。而我们在日常教学过程中，还是更多沿用传统的教学方式，以枯燥的板书作为教学的主阵地，仅仅依靠老师的言语进行课程知识点的描述，不利于培养学生的学习兴趣，使学生对课程的参与感大大降低。老师作为教育的引导者，也存在信息化教学手段能力不足、应用能力不强等短板，这就需要学校积极引导，不断努力丰富教学资源，激发学生的求知欲，以学生为主体，充分运用信息化教学手段和资源。
四、3D打印技术与机电教学相结合
（一）逆向建模教学组织
逆向建模零部件产品，不同于传统的正向正常方式，可以加深学生的实际应用能力。在教学中，开设零部件测绘与CAD成图技术课程，对于实物零件，我们首先进行学生自主测量，收集出零件的各项参数数据，利用CAD等三维建模软件完成产品的设计环节，然后通过3D打印机，推算和演绎出零件产品的结构特征和使用功能、技术相关规格以及生产加工工艺等环节和要素，进而实现产品的生产和制造全过程。
也可以利用3D扫描仪自带的传感器摄像头，对零件进行扫描和捕捉，自动生成机械产品的三维轮廓，扫描的精度和快捷性足以保证3D打印出零件的质量和结构。逆向教学方式，可以快速帮助学生，将传统课堂与3D打印结合，将课堂上学习的理论知识转化為实践运用，大大提高了学生的学习热情，使学生能够更好地参与到教学过程中，为后续机电课程的开展打下良好的基础。
（二）项目化的教学组织
现阶段的机电专业教学中，提倡培养学生的实际动手能力和实践应用性，采用项目化的教学方式，要求机械设计出的零部件产品，能够产品化和模型化。
在3D打印教学过程中，注重项目的创新和应用性，提高学生的自主开发能力。首先，要求学生对3D打印技术的基本原理和基本方法了解与掌握，着重强调三维建模的重要性，引导学生领会三维建模的思想，熟练运用建模的基本操作命令，运用机械制图的学习内容进行草图绘制。以此为基础，引入市场化产品研发理论体系，建立产品立项、产品设计、产品建模、产品制造、产品调试和产品售后的全流程运作方式，明确团队小组成员的具体分工职责。在产品设计环节中，学生小组进行充分的讨论和论证，采用当众演说的方式，小组投票选出最佳方案。根据设计要求，小组成员进行产品3D建模，组内成员进行产品零件分工建模，以团队协作的方式完成建模过程。在产品制造阶段，采用3D打印技术，对设计建模进行样品打印得出产品。对产品进行小组试用和评价，形成产品反馈意见，通过反复的试验和验证，使零件产品得以最终成型。这种项目化的教学方式，引入了工程学的思想和理论，提升了学生的团队协作意识和严谨的工作作风，锻炼了学生的实际应用能力和工程素质。
五、结语
3D打印技术与中职机电专业教学相结合，是中职机电专业教学质量提升的必经之路，其中3D建模又是课程推广的重中之重，通过CAD课程，不断丰富教学内容，建立广泛的教学资源，是我们广大中职教师需要关注和提升的要点。学习新的教学软件应用技术，提升个人的机电专业信息化教学能力，鼓励学生大胆进行自我实践，扩展学生的想象力，以项目化应用的方式，培养学生的工业产品化思维方式。只有这样才能使我们建立起完善的课程教学体系，将学生的思维优势充分利用起来，激发学生的学习热情，促进专业课程的多元化发展。
参考文献：
[1]王利，黎志勇.3D打印技术在机械产品数字化设计与制造中的应用[J].内燃机与配件，2018（20）：215-216.
[2]罗军.中国3D打印的未来[M].北京：东方出版社，2014：6-28.
[3]郑经伟，姚蓉.3D打印在机械制造领域的应用[J].信息记录材料，2017，18（7）：17-18.
[4]崔国强，刘朋.3D打印产业发展前景明朗人才技术不足[EB/OL].中国经济网，2008-07-11.
[5]王萍.3D打印及其教育应用初探[J].中国远程教育，2013（8）：83-87.
[6]邱海飞.3D打印专业教育人才培养体系研究[J].现代制造工程，2018（5）：62-67.
◎编辑 鲁翠红
[关 键 词] 3D打印;中职;机电教学
[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2021）34-0174-02
一、3D打印技术概述
从2005年在美国研制出全世界第一台高分辨率彩色3D打印机开始，到2018年俄罗斯宇航员在国际太空空间站打印出实验老鼠的甲状腺体，3D打印技术开始在社会应用领域逐步得到普及与推广，被誉为“第三次工业革命”。通过计算机辅助设计，把复杂的三维模型构建起来，进而形成产品的过程。其在个性化定制、复杂结构性制造、特殊环境下制造等方面，都具有无可比拟的优势。
二、3D打印技术的特点
（一）增材制造方式
传统的机械加工领域，对零件的加工方式都是不断减少材料，逐级加工，一步步实现加工工艺，并最终得到想要的产品形状和尺寸要求，是一个复杂的加工过程。而3D打印技术的出现，则彻底颠覆了传统零件加工方式，它具有快速成型的特点，通过增材制造的方式，把零件从下往上，一层层打印出来，同时结合先进的计算机辅助技术，使零件在加工制造的过程中，全程智能化操作，实现机械设计到机械制造的快速转化。
（二）个性化的定制方式
传统的机械制造，由于生产工艺复杂，制造流程较多，只适用于大批量的生产方式。现代社会，工业产品的更新換代速度在逐渐加快，产品的应用性和功能性都在不断提高。我们需要以最快的速度，生产出用户需要的工业产品。而3D打印技术，在计算机辅助技术的帮助下，具有个性化和小批量生产的特点，通过互联网平台提供的用户信息，我们可以满足人们日益增强的个性化需求，产品定制化的生产，使个性化的创意得以实现，大大降低了用户产品的设计制造成本，同时减少了设计生产的时间。
（三）无人化的生产方式
传统的机械制造领域，工业产品主要通过技术工人一道道的机器操作得以实现，其加工环境需要人员聚集在一起，大规模的生产。2020年这一特殊时期，使得我们不得不改变传统的人员密集型生产方式，减少人与人接触，采用无人化的生产方式，才能保证生产的安全性，3D打印技术由于其加工的特殊性，打印设备自动化程度高，可以在没有人力的情况下，通过3D打印机完成全套加工制造过程，完美契合了特殊背景下，对于生产方式的改变，为相关物质的生产立下了汗马功劳。
（四）降低损耗，增强安全性
传统的机械加工方式中，我们在加工过程中，需要提前准备好各种刀具、夹具以及相关的材料，且在生产加工过程中，也会产生大量的铁削废料，无形中加大了我们的生产成本。大量的刀具在加工过程中，损耗现象非常严重，特别是在正常的中职教学过程中，由于学生都是刚刚接触机床的操作，操作失误率比较高，在实训教学中，难以避免地会出现冲刀和撞刀的现象，刀具在使用过程中，就需要反复的重新刃磨，加重了老师的教学任务和时间成本，同时刀具的损毁也对机床造成了一定的安全隐患，如何避免安全事故的发生，一直是机电教学较为头疼的问题。而3D打印技术的出现，则完美化解了这个难题，3D打印技术在加工过程中，不需要使用任何刀具和夹具，没有任何的加工废料，大大降低了生产的成本。同时，3D打印加工精度高，对于复杂的零部件加工，可以一次性完成，减少了加工工艺的流程，可以更为高效、安全地进行零部件加工。
三、当前中职机电教学存在的现状
（一）生源质量不高
近年来国家一直在大力发展职业教育，甚至在中考阶段就要求一半的初中毕业生到中职学校入学，接受职业教育。但是整个社会对于中职的认可度依然不高，成绩较好的学生无一例外会选择进入高中学习，将来准备完成三年高中的学业之后，考一所理想的大学。而升入中职的学生在入学之后，对于自己的定位较为模糊，普遍缺乏学习的动力和方向，没有个人的学习生涯规划，甚至个别学生还会觉得上学只是无奈的选择。因此，整体中职学生的生源质量不高，缺乏对专业课程学习的兴趣，教师在教学环节中，积极引导学生深入课程内容学习，学生的参与感不强，使得教学效果大打折扣。
（二）教学理论与实践联系较少
机电专业在教学方面，在教学内容上侧重于机械制图、机械基础、工程力学等理论学科，学习内容和知识点较为繁杂，不利于提高学生的学习兴趣与认识，导致学生对课程的理解和领悟力较差，从而容易产生厌学的情绪，缺少教学实物模型的展示，教师利用有限的教具，难以为学生清楚演示零部件的结构性、多样性和灵活性，限制了学生的思维创造力。尽管学校也开设了与机电专业相关的钳工、焊工和车工等实训课程，但是实训课程在内容和数量上，都难以满足学生的实际需要，只是简单对学生进行专业入门级别的培训，拔高的课程内容较少，使学生在学校无法学习到足够的专业技能，走入社会应聘时，没有过硬的专业技能，缺乏就业的核心竞争力。
（三）学生缺乏空间想象力 在机械制图CAD等专业课教学过程中，主要以三维立体作为研究对象，对于空间想象能力提出了更高的要求，这就要求老师在日常的教学中，努力培养学生从平面图形到空间三维的空间想象能力，并将这一教学目标始终贯穿在整个教学过程中，但大多数学生由于刚开始接触，同时又缺少想象，对于平面图的理解能力较弱。平面图纸的直观性较差，使得学生对于各类机械构件的理解存在一定的障碍。
（四）信息化教学应用少
在信息化教学快速发展的今天，多媒体教学方式越来越受到学生的欢迎，学生更喜爱图文并茂、声像俱佳、动静结合的教学方式。短视频和流媒体的崛起，更是加快了信息化教学的步伐。而我们在日常教学过程中，还是更多沿用传统的教学方式，以枯燥的板书作为教学的主阵地，仅仅依靠老师的言语进行课程知识点的描述，不利于培养学生的学习兴趣，使学生对课程的参与感大大降低。老师作为教育的引导者，也存在信息化教学手段能力不足、应用能力不强等短板，这就需要学校积极引导，不断努力丰富教学资源，激发学生的求知欲，以学生为主体，充分运用信息化教学手段和资源。
四、3D打印技术与机电教学相结合
（一）逆向建模教学组织
逆向建模零部件产品，不同于传统的正向正常方式，可以加深学生的实际应用能力。在教学中，开设零部件测绘与CAD成图技术课程，对于实物零件，我们首先进行学生自主测量，收集出零件的各项参数数据，利用CAD等三维建模软件完成产品的设计环节，然后通过3D打印机，推算和演绎出零件产品的结构特征和使用功能、技术相关规格以及生产加工工艺等环节和要素，进而实现产品的生产和制造全过程。
也可以利用3D扫描仪自带的传感器摄像头，对零件进行扫描和捕捉，自动生成机械产品的三维轮廓，扫描的精度和快捷性足以保证3D打印出零件的质量和结构。逆向教学方式，可以快速帮助学生，将传统课堂与3D打印结合，将课堂上学习的理论知识转化為实践运用，大大提高了学生的学习热情，使学生能够更好地参与到教学过程中，为后续机电课程的开展打下良好的基础。
（二）项目化的教学组织
现阶段的机电专业教学中，提倡培养学生的实际动手能力和实践应用性，采用项目化的教学方式，要求机械设计出的零部件产品，能够产品化和模型化。
在3D打印教学过程中，注重项目的创新和应用性，提高学生的自主开发能力。首先，要求学生对3D打印技术的基本原理和基本方法了解与掌握，着重强调三维建模的重要性，引导学生领会三维建模的思想，熟练运用建模的基本操作命令，运用机械制图的学习内容进行草图绘制。以此为基础，引入市场化产品研发理论体系，建立产品立项、产品设计、产品建模、产品制造、产品调试和产品售后的全流程运作方式，明确团队小组成员的具体分工职责。在产品设计环节中，学生小组进行充分的讨论和论证，采用当众演说的方式，小组投票选出最佳方案。根据设计要求，小组成员进行产品3D建模，组内成员进行产品零件分工建模，以团队协作的方式完成建模过程。在产品制造阶段，采用3D打印技术，对设计建模进行样品打印得出产品。对产品进行小组试用和评价，形成产品反馈意见，通过反复的试验和验证，使零件产品得以最终成型。这种项目化的教学方式，引入了工程学的思想和理论，提升了学生的团队协作意识和严谨的工作作风，锻炼了学生的实际应用能力和工程素质。
五、结语
3D打印技术与中职机电专业教学相结合，是中职机电专业教学质量提升的必经之路，其中3D建模又是课程推广的重中之重，通过CAD课程，不断丰富教学内容，建立广泛的教学资源，是我们广大中职教师需要关注和提升的要点。学习新的教学软件应用技术，提升个人的机电专业信息化教学能力，鼓励学生大胆进行自我实践，扩展学生的想象力，以项目化应用的方式，培养学生的工业产品化思维方式。只有这样才能使我们建立起完善的课程教学体系，将学生的思维优势充分利用起来，激发学生的学习热情，促进专业课程的多元化发展。
参考文献：
[1]王利，黎志勇.3D打印技术在机械产品数字化设计与制造中的应用[J].内燃机与配件，2018（20）：215-216.
[2]罗军.中国3D打印的未来[M].北京：东方出版社，2014：6-28.
[3]郑经伟，姚蓉.3D打印在机械制造领域的应用[J].信息记录材料，2017，18（7）：17-18.
[4]崔国强，刘朋.3D打印产业发展前景明朗人才技术不足[EB/OL].中国经济网，2008-07-11.
[5]王萍.3D打印及其教育应用初探[J].中国远程教育，2013（8）：83-87.
[6]邱海飞.3D打印专业教育人才培养体系研究[J].现代制造工程，2018（5）：62-67.
◎编辑 鲁翠红