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《《机械设计》应用3D打印的案例式教学》

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林云峰

（丽水学院工程与设计学院,浙江丽水323000）

摘要：《机械设计》课程兼备基础性和实践性,对于机类专业学生综合素质培养来讲,是一门至关重要的主干课.但是传统《机械设计》教学模式过于僵化,难以保证课程教学质量,由此本文提出基于3D打印的案例式教学的方式和方法,希望打开《机械设计》教学的新格局.首先对《机械设计》课程特点、存在问题和3D打印技术进行了简单介绍,接着倡导以3D打印技术为基础案例式教学的方式改变传统课程教学模式,进而对于3D打印案例式教学的实现路径进行了分析,希望可以给予实际3D打印的案例式教学工作一定的启示.

关键词：机械设计；3D打印技术；案例教学模式

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）29-0197-02

3D打印外在不断发展的过程中,开始慢慢渗透到各行各业中去,逐步从工业向民用发展,在众多应用领域和行业中,教育教学对于3D打印的应用也进行了尝试和探索,以《机械设计》课程教学为例,希望在3D打印的基础上真正实现案例式教学模式的探索,希望由此迎来全新的《机械设计》课程教学格局.

一、《机械设计》课程的特点以及当前教学中存在的问题

1课程特点分析.《机械设计》是机类专业的一门专业基础课,其特点表现为：设计性（结果不唯一）、实用性（联系实际）和繁杂性.其繁杂性特点又表现为“五多”,即关系多、门类多、要求多、公式多和图表多.关系多指涉及诸多先修课程：如机原、公差、制图、金工、力学等等；门类多指典型零部件多、且类型多,而设计方法各有所不同；要求多指设计同一机器或零件,应同时满足性能、工艺性、经济性等多个要求；公式多指设计计算公式；图表多指设计中需要查图表地方很多.总之,课程牵涉到的知识点较多,难度较大,理论性和实践性较强,对于学生的逻辑思维能力、空间想象能力和实践动手能力要求较高.

2课程教学存在的问题.从当前课程教学的现状来看,存在问题集中体现在：传统教学方法依然是主导,重视理论学习,忽视实践运用；实践操作环节比重较低,教学灌输式倾向严重；教材与教学严重不协调,与学生素质与课时等不匹配、不同步,教学知识点处于彼此孤立的状态.总之,当前课程教法落后,效果不佳,手段单一,急需进行创新、调整和改善.

二、《机械设计》应用3D打印案例式教学模式的必要性

在《机械设计》课程中应用3D打印案例式教学模式,就是通过3D打印来提高学生学习兴趣与动力,丰富教学方法手段,推动案例教学法在课程教学中的应用,由此促进课程教学质量的提升,主旨在培养学生的工程素养,即工程表达能力、工程计算能力和良好工程习惯,并注重学生多向思维和创新能力的训练.下面对3D打印案例式教学模式基本情况进行简单介绍：很多机械专业的学生在接触机械制图的时候,因为空间想象能力比较差,难以实现平面投影视图与零件图像之间的转化,常依托影射规则来实现三维零件图形的感知,这种认识过程存在很大的缺陷和不足,投影视图不能全面形象地展现出零件三维图形,也就难以保证学生对于机械制图的深刻理解.此时,无论是依靠实体教学模型,还是依靠零件模型来帮助教学,都会消耗很多的时间去备课以及很多的资源去设计,不仅效率低下,教学效果也不可能很好,毕竟学生没有切身的参与进去.但是应用3D打印的案例教学模式就可以打破这样的格局.无论处于何种课程情境中,教师都可以在3D打印技术的帮助下,很容易打印出对应的立体模型,并且依照实际课程案例需求,实现对应的切割和改变,由此可以得到更加具体的三维零件模型,甚至实现设计结果的验证,在此过程中学生切实的参与进去,在3D打印技术的帮助下,也能够准确的找到案例教学法的切入点,这对于促进课程教学质量而言,是很有意义的尝试和探索.

三、《机械设计》应用3D打印案例式教学模式的策略

1.基于3D打印的案例式教学模式的优势分析.在课程教学过程中运用案例教学模式,是当前该课程教学的普遍共识,认为这样的教学模式可以给予学生更多的机会去了解设计要点、方法和步骤,可以融合贯穿课程知识点,但是一直以来难以找到比较好的契机去推动案例式教学模式的开展.3D打印技术运用到教育领域之后,展现出其辅助教学的效能,我们意识到《机械设计》应用3D打印案例式教学模式的时机已经到来.该教学模式的优势集中体现在：其一,促进课程教学模式的改革,改变课程教学格局,使得其展现出参与式、启发式、探究式和讨论式的特点来；其二,促进课内讲授时间的缩短与课时匹配,使学生积极主动参与进去,有利于学生自主学习钻研能力的培养,以更大的兴趣参与到课程学习中去；其三,妥善处理理论教学与实践教学之间的关系,使得课内与课外的比重也朝着理想的方向发展；其四,有利于改变课程评价方式方法,在平时表现和期末考试成绩的综合评比之下,对于学生的成绩进行综合考量,由此形成更好的教学效果.

2基于3D打印的案例式教学的实现路径选择.从目前教学经验来看,《机械设计》应用3D打印案例式教学实现途径主要有以下几种：①整体案例式教学.即将课程设计任务纳入到课程教学体系,以课程整体教学案例的视角去开展课程设计,使课设内容和知识点得到优化组合.这种教法一般都是以建立3D打印案例模型的方式,使得课程设计更有目标性和针对性.在使用整体案例式教学法的时候,要注重案例的合理选择,必须要具有代表性,其涵盖的课程知识点应该与课设题目之间存在特定的联系,由此可以保证课设任务的合理分解和安排,这才能够保证整体案例式教学法效果的实现.②任务法教学.教学案例设计要与课设题目关联,并且在此基础上将其合理的分组安排,以任务驱动的方式,使得学生能够学习到对应的知识,进而实现课设题目相关任务的完成,在此基础上实现学生课外主动学习探究习惯的培养.任务驱动教学的过程中,关注的主要环节在于：以3D打印为基础,实现不同任务情境的塑造,由此才能够保证任务法教学效益和效率的实现.在此教法运用的过程中需要注意以下内容：任务情境设置要保证与学生的知识系统相关,与学生的平时生活相关,与学生的兴趣点相关,与学生的认知能力相关,这是保证学生切实融入到对应课程教学的重要手段.③实物教学法.就是倡导在3D打印的帮助下,尽可能的塑造更多的零件模型和机械模型,使得原本空洞的讲述过程变为眼睛可以看到的实际物品,由此实现教学效益和质量的提升.在实物教学法运用的过程中,教师在课程设计中需要注意以下几个方面：其一,找到学生工程表达能力培养的难点和重点,以此为切入点,实现对应实物的塑造,保证学生在参与3D打印的过程中能够更加清楚的去了解实物的构造,以提升实际的理解效益；其二,鼓励学生以小组的方式去开展模型的改进和设计制作过程中,给予学生更多的机会去接触去探究,由此实现学生多向思维、创新能力和实践能力的培养提升,这也是本教学模式的最大优势之一.④实习法教学.为了实现课程理论知识与实践知识之间的融合,为了促进不同课程之间的联动,常会采用的教学策略为：以动手操作方式引导学生去分析问题、讨论问题和探究问题.例如制图课中的减速箱测绘,二维CAD绘图,三维CAD,机设课轴系零件拆装实验,都可以以实习教学方式来贯穿进行,不断加深学生实际感性认知,并引导激发对原理理论的探究.实习法贯彻的过程中,需要对于实习过程进行引导和监督,对于学生可能遇到的问题,要在他们自己探讨的基础上,给予对应的引导,由此才能够发挥对应的效益.⑤竞赛法教学.引入竞争奖励机制,在各章节知识（按常用零件）教学过程中,加重对平时表现的评价在总评成绩中的占比,将课程设计成绩与课程成绩联动,采用竞赛法择优3D打印学生的设计成果模型,激发学生的学习兴趣和钻研精神.3D打印可以为竞赛法的执行营造良好的操作环境,学生可以在3D打印的引导下,保证以更加真实的姿态参与到竞争中去,并且以能够以更加直观的方式来呈现竞赛取得的结果,这对于实际的教学效率提升,教学氛围营造来讲,是很有必要的举措.

四、结束语

综上所述,《机械设计》应用3D打印的案例式教学模式,其的确能够引导课程教学质量朝着更高的方向发展和进步.对于课程专业教师而言,应该树立教学创新理念,正确认识3D技术在机械设计案例教学过程中的应用价值,找到全新课程教学策略,由此保证《机械设计》的教学格局得到全面改善和调整.除此之外,还需要做好以下几个方面的工作：其一,学校要积极参与到3D打印技术引入的工作中去,正确认识3D打印对于《机械设计》课程质量提升的积极作用,由此保证建立健全对应的3D打印案例式教学体系,保证具备良好的3D打印技术环境和氛围；其二,对于课程应用3D打印技术的方式和方法进行探讨和研究,鼓励教师积极在此方面进行探索,在形成成熟的教学案例之后将其推广,由此发挥3D打印技术在促进专业教学效益提升的作用.

参考文献：

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