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3D打印創客教育實踐創新教學研究

前言:想要寫出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了3D打印創客教育實踐創新教學研究范文,希望能給你帶來靈感和參考,敬請閱讀。

3D打印創客教育實踐創新教學研究

【摘要】在“大眾創業,萬眾創新”背景下,3d打印成為創客教育的重要輔助。本文基于3D打印技術,通過開發多學科交叉的實踐項目,激發學生自主探究的意識,培養學生勇于創新的精神,提高學生創新實踐能力;通過創立3D打印創客空間,開展創客教育,引導學生從創意到產品并將其轉化成具有商業價值的創客項目;同時也推動實踐教學的改革與創新。

【關鍵詞】創客教育;3D打印;創新;改革

引言

從2011年開始,全球逐漸掀起3D打印的高潮。當前,3D打印在航空航天、汽車、醫療健康等領域的市場應用已經取得積極的進展,我國3D打印產業發展至今,呈現出不斷深化、不斷擴大應用的態勢。提出:隨著3D打印技術規模產業化,傳統的工藝流程、生產線、工廠模式、產業鏈組合都將面臨深度調整。我們必須高度重視、密切跟蹤、迎頭趕上。總理提到:既要瞄準世界產業技術發展前沿,加強3D打印核心技術和原創技術研發,又要加快成果推廣運用和產業化進程[1]。3D打印不僅是一項前沿性的制造技術,更是一項國家戰略。為推動我國增材制造(3D打印)產業快速、持續健康發展,從國家發展戰略層面,出臺了系列文件和通知,如工信部等十二部門聯合的《增材制造產業發展行動計劃(2017-2020年)》(工信部聯裝〔2017〕311號)、《中國制造2025甘肅行動綱要》(甘政發〔2015〕90號)等文件。在“大眾創業,萬眾創新”時代背景下,3D打印成為大學生進行創新創業的重要輔助工具,也是創客進行創造的重要技術途徑。各大院校實施增材制造技術普及工程,進一步促進3D打印技術在學校教育領域的推廣。通過開設3D打印培訓課程、建立相關實驗室,參與各類3D打印比賽活動,激發和培養學生創新設計的興趣與愛好。針對“3D打印+創客教育”需求,結合甘肅工業職業技術學院專業設置及教學情況,通過開發有趣的實踐項目,激發學生自主探究的意識,培養學生勇于創新的精神,提高學生創新實踐能力,從而促進實踐教學的改革與創新。

1教學手段改革

1.1興趣驅動的課堂教學改革

以3D打印為興趣驅動的課堂教學模式,讓學生有參與感、設計感以及成就感,使其樂在其中,并享受自己動手的制作過程。不僅達到了教學目的,對教學過程也起到催化劑的作用。而且對教學質量的提高起到積極的推動作用。在課堂教學中,從學生的興趣愛好出發,以課程項目為核心,設計項目制教學的實施環節,通過:(1)組建團隊、研討計劃;(2)溝通計劃、設計方案;(3)組織實施、檢查控制;(4)實際運行、反饋改進;(5)獲取信息、構思項目,構成閉合環路,形成完整的實踐周期。通過實踐教學項目培養學生團隊協作能力、創新能力以及跨學科解決問題的能力。一方面可以提高學生的想象力,另一方面還可以活躍學生的思維,構造一種高效有趣的教學模式。

1.2開發多學科交叉、多層次的3D打印實踐教學項目

開發多學科交叉的3D打印實踐教學項目,往往需要多個學科知識技能支撐,將多學科交叉融合的創新性思維融入人才培養的全過程。由于3D打印技術與學科教學深度融合的優勢,將3D打印技術引入跨學科工程項目的科技創新實踐教學中,設置不同難度的教學目標,從簡單的演示型實驗,到復雜的綜合型實驗以及自主創新型實驗,通過由易到難逐層遞進的實踐練習,增強學生對3D打印技術的理解。打通創新實踐教學的各環節,從而實現了多個學科知識技能的有機融合,培養學生在各專業領域的交叉學習,提高學生綜合技能。使其就業方向更加廣闊,應聘競爭力更強。

1.3創立3D打印創客空間

為加強對學生創新創業能力的培養,在原有3D打印創新實訓室的基礎上,依托創新創業孵化園、測繪學院師資隊伍、電子信息協會等組織機構,建立3D打印創客空間,開展3D打印、逆向設計、數字化設計與智能制造相關的課外教學、應用型技術人才培養及創新、創業工作。對培養學生的文化創意、3D設計等提供了先進的實驗條件,進一步培養學生的創新精神、創新思維和創新能力,為學生全面發展提供了良好的實踐平臺,結合所學專業知識,引導學生從創意到產品并將其轉化成具有商業價值的創客項目。

2教學實例

按照“面向全體、分類施教、結合專業、強化實踐”的原則,基于3D打印技術開展實踐訓練項目,通過創新設計、軟件建模、打印制造等環節,培養學生的創新思維和實踐能力。以3D打印無人機為例,以學生為主體組建團隊,采用小組討論分工協作的形式研討計劃、查閱資料、設計方案,學生從被動接受轉換成主動創造,進一步提升學生的發散思維、溝通意識和協作意識。其具體過程主要包括以下五個步驟:(1)三維數據采集,應用三維掃描儀對現有無人機進行三維掃描,獲取空間數據,然后對點云處理,通過逆向工程進行創新設計。(2)產品外觀設計,利用建模軟件,學生可以進行創作加工處理,自主創作無人機產品。(3)3D打印軟件切片,創建的無人機模型經過切片處理,才能將數據輸入到3D打印機中。即將設計轉換為一組3D打印機打印所需的移動指令,需要調節切片的層高、放置角度、熔融溫度、噴嘴移動速度等參數,在軟件中預覽輸出結果,掌握噴嘴的行走軌跡、模型結構,及時做出調整和改進。(4)打印模型,將切片處理的模型導入打印機,通過控制噴頭的移動,一層一層地打印出產品。注意進絲、調平等操作設置,等待設備預熱完成后,便開始逐層排列耗材以進行3D模型的實體打印。(5)無人機調試飛行,對無人機進行飛控電路設計、飛控焊接組裝、重力感應或遙控器無線控制等調試后,最后進行無人機飛行演練。3D打印在無人機領域的應用實踐項目,是3D打印技術與無人機制造的完美融合。一是使學生理解3D打印“設計即生產”的特性,拋棄了夾具、模具、工具的束縛,運用軟件設計3D模型,全程數字化靈活實現定制生產。二是將課堂學習的理論知識進行實踐運用,提高學生的創新設計能力和三維軟件的實踐操作能力。三是通過無人機的組裝調試飛行,不僅提高了學生的動手能力,更能通過實踐項目使學生了解無人機的原理,進一步提升學生的自身技能。這種多學科交叉的實踐項目,極大地激發學生的學習興趣,提高了教學效果。

3結語

3D打印作為一種數字化的直接制造技術,優化了傳統的制作工藝,讓“創物、創材、創意”變得無限制、無邊界。多學科交叉、多層次實驗項目結合,通過由易到難逐層遞進的實驗,使學生圍繞趣味主題進行設計與制作,形成多學科交叉的典型、實用、難度階梯化的3D打印教學模式。通過創立3D打印創客空間,為學生提供自主創新創業機會,結合所學專業知識,引導學生從創意到產品并將其轉化成具有商業價值的創客項目。

【參考文獻】

[1]秦偉,張峰.推進增材制造在重點行業的創新應用[J].裝備制造,2016(11):66-67.

[2]朱妍妍,李忠新,呂唯唯.基于3D打印技術的開放實驗教學模式探索與實踐[J].實驗技術與管理,2017(7):192-195.

[3]夏煜明,王俊民.基于3D打印的高中物理課程資源的開發與實踐———以師生共同開發“3D過山車模型”教具為例[J].物理教學探討,2020(2):65-69.

[4]王雨峰,馮園.SolidLearningModel在STEAM教育的應用研究[J].科技視界,2020(3):109-111.

[5]吳濤,劉新,朱瑞富,等.“創客+”3D打印實踐教學方法研究[J].實驗技術與管理,2019(6):189-192.

[6]王光艷,冷光明,羅青龍.3D打印技術在高等教育中的應用與發展[J].中國教育技術裝備,2016(16):36-37.

[7]馮文茜,劉凱.創客教育發展的現狀及挑戰[J].課程教育研究,2017(13):20-21.

[8]宮猛.淺談創客教育與學生創新能力的培養[J].課程教育研究,2018(47):32.

[9]李晶.基于創客教育的職業院校教學實踐探索———以石家莊理工職業學院為例[J].河北職業教育,2019(4):63-67.

作者:令紫娟 單位:甘肅工業職業技術學院

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