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3d综合版
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1　引言
3D 打印技术，作为材料成型行业的一个新技术体系，近些年来吸引了越来越多的关注。3D 打印是利用CAD 三维结构设计数据，通过材料“自下而上”逐层累加制造实体的技术。在3D 打印过程中，不需要传统的模具、刀具、夹具及多道加工工序，只需利用三维设计数据，便可在设备上“自由制造”出任意复杂形状的零件，使过去复杂结构零部件难以成形的问题迎刃而解。相对于传统的材料成型技术（如等材加工、减材加工），3D 打印加工工序少，加工周期短，材料浪费小，以其独特的制造原理和加工特点，在个性化制品设计和开发领域具有显著优势，成为可能改变人类生产生活方式、具有巨大发展潜力的制造技术。这一技术一经出现就取得了飞速发展，近20年来，在航天航空、汽车、生物医学、艺术设计、微纳制造等各个领域都获得了广泛的应用。随着3D 打印技术的发展，各行业对于专业人才的需求大大增加，目前国内3D 打印技术方面的人才匮乏，严重阻碍了这一技术的推广应用。
为了发展和优化3D 打印技术，适应不断发展的制造需求，各大高校作为3D 打印技术的主要研发和培养人才场所，已经相继开展了相关课程的教学。国家近年来大力推行“新工科”理念，号召针对新兴产业和新经济需要，培养工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才。3D 打印技术
作为机械、材料、计算机技术等多学科交叉融合的技术，与新工科理念不谋而合，成为新工科背景下高校材料成型及控制工程专业教学的热点。对于高校材料成型及控制工程专业，在专业教学过程中，应重视3D 打印技术方面的教学工作，完善3D 打印教育创新，培养出适应市场需求的专业人才，使学生在未来就业、创业和发展的过程中具备更加全面地素质和能力，最终使3D 打印从遥不可及的象牙塔中走出来，成为融入社会的、具有普适性和革命性影响的技术。如何把3D 打印技术与现代高校应用型人才培养目标有机融合，高效地将课堂教学和实践有机结合起来，激发学生学习热情，培养学生自主学习和创新能力，是
目前亟待解决的问题。文章针对面向材料成型及控制工程专业的《3D 打印原理及技术》课程的教学形式所面临的问题，探讨更加有效地教学手段和应对策略，为培养材料成型及控制工程领域应用型人才拓宽教学思路。
2　《3D 打印原理及技术》教学存在问题分析2.1　教学方法单一
《3D 打印原理及技术》虽然属于材料成型及控制工程领域的教学范畴，但所涉及的知识贯穿了材料的性质、三维结构设计与开发、软件操作、机械设备的结构与使用、成型工艺等领域，横跨了材料、机械设计与制造以及计算机科学等多个学科。不但有较多的理论授课学时，也有一定学时的实验内容，属于理论性和实践性均较强的教学课程。
在理论教学过程中，很多知识点和内容相对抽象，对学生抽象思维能力有一定要求。比如，在讲述3D 打印前处理过程中的建模和分层切片时，由于缺乏零件实物，一般都是依靠二维平面图进行讲解，学生无法对零件的三维结构和组成产生直观的认知，难以理解不同切片方向和分层处理对后续成型的影响，只能单纯死记硬背；在进行不同3D 打印技术讲解时，往往涉及到成型设备知识，单纯依靠设备图，学生缺少对设备细节结构、成型时动作过程等的直观感知，理解难度大，更别提进一步深入思考和探讨，最终导致学习效果大打折扣。虽然教学过程有借助多媒体，但由于采用手段有限，上述问题依然得不到有效解决。
在实践教学过程中，受实验条件的限制，往往开展的是验证性实验。学生在实验过程中只需机械地进行预先设定好的实验步骤操作，完成实验报告，没有过多的自主设计、研究创新过程，也无法体验发现问题、解决问题的快感，难以激发学生学习兴趣和热情，也不利于创新意识的培养。
总结发现，传统的教学方式不利于学生对知识点的充分理解和掌握，学生容易感觉学习内容枯燥，学习热情不高，最终把课程当作负担，失去了对3D 打印技术的兴趣和进一步深入剖析的动力，不仅使教学效
摘要：如何使新兴的3D 打印技术与“新工科”背景下高校工程应用型人才培养目标有机融合，是目前高校材料成型及控制工程专业3D 打印技术教学改革研究的前沿课题。文章针对目前《3D 打印原理及技术》
课程在教学中所面临的一些问题，进行了深入分析和探讨，通过采用多元化的教学手段，以学生为主体，注重实践教学，旨在激发学生学习兴趣，培养具有创新精神和工程实践能力的优秀人才。关键词：3D 打印；材料成型及控制工程；教学改革樊坤阳，彭必友，李玉和，查五生，万维财
《3D 打印原理及技术》教学改革的思考
(西华大学 材料科学与工程学院，四川　成都　610039)
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果大打折扣，也不利于创新思维的培养。
2.2　缺乏经典性教材，教学内容不够全面深入
随着3D 打印技术的发展，市面上涌现出各种相关书籍，但大多只是简单科普型，或者侧重成型技术讲解，能详细涵盖3D 打印材料、软件、成型原理、技术及其成型设备的书籍不多，适合作为教材的经典书籍就更少。此外，随着行业的发展和知识的更新，高质量的3D 打印教材还需要随之不断更新教材内容，以便于学生能够及时地接触到顺应发展的新知识新技术，拓展眼界，就业时能更好地满足市场需求。
目前大多数高校在3D 打印教学过程中缺少内容全面、深入的经典性教材，有些教材内容老旧，还停留在行业最初的快速成型的一些知识阶段，与当下的3D 打印技术发展现状脱节，在专业教学中无法吸引学生的兴趣，难以发挥理想的教学效果。
2.3　专业教学质量不高
3D 打印技术作为一个新兴的成型技术方向，国内很多高校近年来才开展这门课程的教学。其教学工作大都是由材料成型专业的老师承担，而很多教师前期缺乏对3D 打印技术的系统性学习，特别是高校3D 打印设备有限，教师缺少相关实践上的积累，专业经验不足。有些教师受授课习惯的影响，相关知识停留在浅层理论上，对3D 打印成型专业知识（比如设备的细节、工艺的关键及影响因素）的讲解不够深入，无法通过工程应用实例来合理拓展，一定程度上欠缺专业性。另外缺少对于市场的全面掌握，无法有效渗透和传递3D 打印技术学习的现实重要性，学生学习动力不足，致使教学质量不高。
3　教学改革措施
3.1　课程教学方式改革
一方面，是理论教学中的改革。在理论教学过程中，对于某些比较抽象的知识，教师要合理利用现代化信息技术，加入三维图像、动画等元素，把教学资源整合为一个形象生动的交互式整体，加深学生对理
论知识的理解与掌握。另外，合理安排理论教学内容和时间，将部分时间用作翻转课堂，使学生由被动学习变为主动学习。比如，对学生进行分组设置，安排其进行不同主题的分组报告，主题可以是围绕3D 打印技术在某个领域的应用（比如：制造业、航空航天、生物医疗、建筑、食品、文物艺术等大领域），针对其采用的主要工艺方法（如光固化成形、激光选区烧结成形、熔融沉积等），进行相关的原理、流程、原材料、设备、优缺点、成形精度优化控制、发展现状和前景等方面的介绍，也可以是创新思维拓展类的，开发想象，延伸3D 打印技术的未来应用领域和应用方式。每组学生课后自行开展相关主题的素材搜集筛选工作，讨论思路，并进行相关PPT 或者展板制作；在课堂上，报告组安排主讲人为大家展示素材并进行口头报告，为大家介绍相关主题的知识和内容，其他组学生作为听众，可以提出感兴趣的问题，报告组全部组员可以根据自己在课下搜集的素材进行相应回答和讨论。通过这样
的方式，无论是报告组和听众组的学生，都能积极地参与整个过程，有效调动了学生的学习主动性，激发其兴趣点和关注点，也锻炼了学生自主学习和团结协作的能力。而在整个过程中，教师可以辅助指导，如：利用线上方式对其PPT 给予建议，解答学生的相关问题，帮助其优化；课上主题报告和讨论完成后，教师给予总结评价，提出注意事项，帮助学生提升书面和口头报告的综合能力。
另一方面，是实验教学的改革。利用课程中的实验部分进行创新实践教学，拓展学生的动手能力、自主思考和创新能力，强化理论知识。实验课不只是简单让学生照做一些预先设定好的教学内容和验证性实验步骤，而是可以分成两部分进行：首先让学生参观了解不同打印设备的结构和工作过程，结合设备讲
解基本操作和实验方法，学习相关3D 打印软件的使用；让学生自己动手，以分组的方式独立完成3D 打印制作过程。可以从三维模型构建开始，自主设计一些个性化的物品三维模型；根据实际需求，选用合适的3D 打印技术和设备，正确选择原材料和制定成型工艺方案，最终制备出物品；根据实际打印效果和打印过程出现的问题，结合理论知识，对3D 打印成型影响因素分析，提出控制缺陷和提高效率的有效措施，并尝试从前期设计参数和打印工艺参数等方面进行优化，开发出满足需求的高效高质量3D 打印制品。打印好的模型学生可以自己留存，也可以拿到课堂展示或者放在实验室展柜展示。通过实践锻炼，使学生对 3D 打印产生兴趣，在具体的操作中将抽象的理论知识升华，初步掌握将3D 打印技术运用于本专业方向进行设计和开发的能力。
3.2　更新教材内容
教材是教师教学和学生学习的知识载体，是构建教学思路的过程，高质量的3D 打印技术教材是保证教学效果的关键因素。教材长时间不加入新知识，重点内容过于老旧，不能与时俱进，致使学生不能及时地接触到新技术。针对这个问题，可以让专业的老师参与到《3D 打印原理及技术》教材的选取或编撰活动中，根据当下3D 打印技术研究的发展现状和教学需求选择或编撰最合适的教材，优化教学内容，提升教学质量。3.3　课程考核方式改革
对于专业课程，传统的考核模式比较简单，一般以期末笔试考试成绩为主，不能很好地反映学生对知识
的掌握状况。基于材料成型及控制工程专业人才培养过程的要求，对《3D 打印原理及技术》课程进行考核方式改革，将学生课堂表现、作业情况、主题报告情况、期末考试成绩以及实验成绩纳入综合考核评估，五个部分在考核中的占比不同。其中，课堂表现包括回答问题、参与讨论等表现都可计入加分，主题报告成绩包括PPT 或展板质量评价分（内容、结构、版式等）和现场表现分（主讲人表现、现场问答等），实验成绩包括实验报告质量分和现场操作表现分。相比传统的考试为主的单一考核方式，新的考核方式着眼于学习过程，从多个角度观察学生的学习情况，更对于学
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生的能力评价更全面，也更激励学生的能动性，更符合专业人才培养要求。
3.4　成立3D 打印兴趣小组或者工作室，参加学科竞赛和创新创业活动
为进一步培养学生的创新精神和解决复杂工程问题的技术能力，激发学生对设计、制造和材料科学等方面的兴趣，鼓励学生在课后成立3D 打印兴趣小组，以团队合作的方式设计开发个性化3D 打印作品，并积极参加3D 打印相关的学科竞赛和创新创业活动。教师在这个过程中对参赛学生进行重点辅导，通过竞赛或项目的形式，全面提升学生创新科研和工程能力。也可以在教师的指导下，根据教学需要，设计
、绘制并打印一些课程所需的教学用新模型，既能加强实践经验，也能进一步丰富教学用具的种类。兴趣浓厚的学生可以申请加入3D 打印工作室，进一步学习产品设计、制作等知识点，参与相关研发工作，使学生更贴近市场，真正锻炼发现问题、解决问题并自主学习的工程技术能力。
3.5　重视专业师资力量建设，加强校企合作
要想更好地提升教学质量、发展3D 打印技术，学校首先要将 3D 打印技术列入工业设计专业教学体系当中，加强师资力量建设，一方面针对性地引进3D 打印相关专业人才，另一方面对于原有授课教师进行系统培训。特别要注重教师对于3D 打印市场的认知，鼓励积极参加行业内学术交流活动，了解最新发展动态，组织教师前往3D 打印企业或研究机构考察交流，深入了解市场需求和现状，并积极开展与企业的3D 打印技术合作，开展相关科学研究。同时，邀请企业参与教学改革，共同探讨教学目标，将相关企业作为学生实习实践的培训基地，使学生的培养紧跟企业需求，毕业后能更好地适应岗位要求，成为符合市场实际需要的人才。通过这一系列的措施，有利于提高教师业务水平、开阔视野、更新理念，强化教师自身综合素质与能力。同时也能正确引导学生加强3D 打印技术应用的认知，最终通过企业实践、实习，强化理论与实践的有效结合，培养具备应用3D 打印技术知识解决行业实际问题能力的优秀学生。
4　结束语
为应对新一轮科技革命与产业变革，我国“新工科”
建设被提上日程，这是对高校人才培养和传统工科专
业教育的升级和改造，目标是培养工程实践能力强、创新能力强的新兴领域专业人才。3D 打印技术作为一门新兴的材料成型技术，在高校专业教学和培养人才过程中应引起足够的重视。通过保障师资力量，调整教学和考核方式，重视以学生为主体，结合翻转课堂、3D 打印实践等，有效提高学生的学习兴趣和学习效果，进一步提高学生对所学专业知识的理解和掌握，培养学生自主学习、自主实践的能力，对提高材料成型及控制工程专业学生的就业竞争力，以及培养具有创新创业精神和较强工程实践能力的优秀人才具有重要的意义。
作者简介：樊坤阳（1986-），女，籍贯：湖南南县，学历：博士，职称：讲师，研究方向：高性能结构材料、耐磨耐热涂层和3D 打印等方面的教学和科研。
课题项目：2020年，四川省教育厅第四批省级创新创业教育示范课程，《材料成型CAD/CAE 综合实践》创新创业示范课程。
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