3D打印技术在教育教学中应用的思考

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  摘 要:3D打印技术作为当代先进制造技术,在云南省目前的高职高专和中小学学校教育教学中面临诸多问题,同时也带来更多的挑战和机遇。
  关键词:3D打印技术;高职高专学校;中小学学校;教学应用;先进制造技术;中国制造2025;工业4.0
  1 前言
  3D打印技术是一种采用增材制造方式得到实体的加工方式,是一种将计算机技术、数字化技术、材料技术、自动化控制技术高度融合的先进制造技术,目前广泛应用于工业、建筑、医学、航天、艺术、服装等各个领域。虽然依旧面临制造精度、材料性能、生产效率、耗材成本、应用市场等诸多局限问题,但是3D打印技术的诸多优势在未来的发展过程中将会展现独特魅力。
  尤其当代,为响应党的“中国制造2025”号召,将3D技术推广于教育教学,将先进制造技术和理念灌输于青少年,并举办3D打印创意设计大赛,既调动了高校学生、社会各行业对3D打印技术研究与应用的热情,又提升了中小学校学生对3D打印技术的兴趣和创新意识,更重要的意义是,青少年是未来社会发展的主力军,是创新发展的新生力量,将会碰撞出意想不到的可能,在推进增材制造技术发展方面具有重要意义。
  但3D打印技术目前在云南省各大中专院校的深入推广应用力度还不够,尤其是在中小学学校更是比较突出。
  2 目前云南省的3D打印技术应用于学校教育情况如何?
  2.1 高职高专学校
  在云南的高职高专中,3D打印技术主要应用于机电、自动化技术、室内设计、艺术设计等专业教学,大部分使用桌面级打印设备,目前面临的主要问题如下:
  (1)3D打印设备在云南省的大中专院校分布较少,3D打印技术的推广使用具有一定局限性;
  (2)云南省的3D打印技术推广应用相较于沿海及一线城市起步晚;
  (3)云南省的3D打印技术目前在省级技能赛中的推广应用还处于停步状态;
  (4)3D打印技术在教学中的推广应用局限性较多,开展阻力较大;
  (5)3D打印产品质量精度、颜色多样性、强度韧性等方面还不能很好满足市场需求;
  (6)在个性化定制方面的技术推进阻力较大,主要是创意设计与建模软件的实现冲突、理想模型与实际打印产品模型的较大差异、打印设备精度和速度不理想等原因;
  (7)3D打印设备品牌多,更新换代速度快,变化速度与教学应用进程不协调,另外后期服务机制不完善,甚至出现停售和联系不到服务方,材料的购买也遇到很大的问题。
  2.2 中小学校
  在云南的中小学校中,较少学校配置了3D打印设备以及扫描设备,处于3D打印技术初步认知使用阶段,能辅助实现较为简单的立体模型自主设计制造,目前面临的主要问题如下:
  (1)掌握设备操作和软件使用的教师稀缺;
  (2)3D打印技术与基础学科教学之间存在较大阻隔,设备的使用率较低,甚至长期处于停用状态;
  (3)3D打印操作相对简易,但需要打印的模型制作与教学之间难以形成较好的连接,只能完成一些简单的模型构建;
  (4)设备故障率大,后期服务机制不够完善,造成3D打印设备停用。
  3 3D打印技术在学校教育中不断推广使用有什么深远影响?
  3D打印技术是新时代环境中的先进制造技术,研究阶段在突破各项技术难题,而使用阶段也在社会环境中面临诸多问题,在教育教学中的推广使用主要集中在操作使用和创意设计,其次是高层次的技术研究部分,而在学校教育中的应用中有何深远影响呢?
  3.1 高职高专
  (1)增强学生的专业知识,拓宽机电、电气、自动化技术等专业学生对先进制造技术的认知;
  (2)通过动手操作,让学生体验3D打印设备的操作使用,提高动手能力;
  (3)通过3D打印创意设计比赛,增强学生的创新意识,锻炼学生的创新思维,强化专业软件的应用能力。
  (4)学生将自主设计的模型转化为实物,刺激其知识产物向市场转移。
  (5)引导学生对先进制造技术的应用思考;
  (6)优化3D打印机技术,推动3D打印技术在机械设备、自动化控制、材料、数字技术等领域的突破;
  (7)给高校教师的专业能力提出了更高要求,同时也给教师和学校的发展带来新的机遇与挑战。
  3.2中小学校
  (1)对中小学教师的教育教学能力提出了更高要求,同时也给教师创造了自我能力提升的空间;
  (2)让青少年儿童及时接触当代社会的先进制造技术,引领他们了解社会科学,拓展知识和眼界,激发学生对科学的积极思考,提高学生的学习兴趣;
  (3)将3D打印技术融入基础学科教学,为学校教育教学创造新的局面和保障;
  (4)通过一定的引导,激发学生和教师的创新意识和创造能力,并将知识转化成具体的劳动成果;
  (5)学校可以自主生产制造符合实际教学的教学模具,增强教学直观性,提高课堂教学的趣味性和神秘性,激发学生学习兴趣。
  (6)借助扫描平台,教师可以先通过带领学生进行手工模型制作,然后将模型扫描转化为数字模型,在通过3D打印设备转化为实际成果,绕开复杂物品的数字模型创建,利用另一种材料和制造方式实现产品转化,实现了教学与先进制造技术的一定程度融合。
  4 小结
  总而言之,3D打印技术是在不断发展进步的先进制造技术,在“工业4.0”的时代潮流中不断优化突破。教育教学的主要目的也是提高人文素养,培养科技人才,让先进技术融入学校教育,使理论与实际相结合,也可以通过教育教学检验先进技术,发掘亮点,或许也会有意想不到的收获,因为,每一个青少年都充满无限可能!先进技术进入社会才会有更加广阔的发展,而学校也正是社会环境的重要组成部分!
  参考文献:
  [1]中国3D打印创意设计大赛菁英组(青少年组)http://www.ime3d.com/Active/NationalDesignCompetitionThree/D2EE81209FC22C0F#3.html,2019-03-31
  [2]3D打印https://baike.so.com/doc/5337810-5573249.html,2017-07-17
  [3]呂鉴涛,3D打印原理、技术与应用,第1版,人民邮电出版社,2017.5
  [4]李博,张勇,刘谷川,许向阳,第1版,中国轻工业出版社,2018.8
  作者简介:
  俞小友(1989-),男,汉族,教师,本科,研究方向:机械设计制造及其自动化,3D打印技术.
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