基于3D打印的项目教学法在“创客”培养中的应用

赵小英，刘　平

(贵州理工学院工程实训中心，贵州贵阳550003；贵州理工学院制造技术应用研究中心，贵州贵阳550003；）

基于3D打印的项目教学法在“创客”培养中的应用

赵小英，刘平

(贵州理工学院工程实训中心，贵州贵阳550003；贵州理工学院制造技术应用研究中心，贵州贵阳550003；）

3D打印技术（3D printing）能在短时间内直接制造产品模型或样品，该项技术创立了产品开发的新模式，使设计师以前所未有的直观方式体会设计的感觉，感性而迅速地验证和检查所设计产品的结构和外形。而创新是科学发展、文明进步的动力。培养大学生创新能力，是大学教育的首要任务。3D打印可以直接将“创客”的设计产品化，真正将CAD和CAM集于一体。本文以大学生创新教育为依托，阐述基于3D打印技术的项目教学法在高校“创客”培养中的应用。

3D打印技术；项目教学法；“创客”培养

3D打印（3D printing），属于快速原型制造技术的一种，它借助计算机、激光、精密传动和数控等现代手段，以数字三维模型文件为基础，通过“离散-堆积”方式来构造物体，即“积层造形法”[1]。3D打印能在短时间内直接制造产品模型或样品，无需传统的机械加工机床和模具。该项技术创立了产品开发的新模式，使设计师以前所未有的直观方式体会设计的感觉，感性而迅速地验证和检查所设计产品的结构和外形。创新是科学发展、文明进步的动力。培养大学生创新能力，是大学教育的首要任务[2]。“创客”一词来源于英文单词“Maker”，是指出于兴趣与爱好，努力把各种创意转变为现实的人。3D打印可以直接将“创客”的设计产品化，真正将CAD和CAM集于一体。本文以大学生创新教育为依托，阐述基于3D打印技术的项目教学法在高校“创客”培养中的应用。

一、创客空间的建设

（一）建设理念

创客空间的建设理念为“制造+互联网+创客空间”，依托互联网信息运营平台，联合校内各院系，凝聚学校相关创新创业实践资源，打造服务于双创教育的开放的跨学科创客实践平台。以优质实践资源支持全校创新创业生态系统，并对其他高校、职业院校、中小学以及社会开放，服务于广大创客群体和社会大众，获得广泛的社会效益。

（二）建设方案

1.基于工业4.0智能制造平台的建设[3]。

2.跨学科技术创新创业教育共享平台的建立[3]。

3.服务双创教育的创新生态环境的建设。

通过拓展基于工程实践的创新创业教育及服务，建设新型可重组、动态、数字化、开放的创新创业活动基地，提升创新创业服务的质量，打造科学、合理、一流的工程训练与创新创业教育基地。

二、基于产品的项目教学法

以产品为载体,将一个相对独立的项目交由学生自己处理，信息的收集、方案的设计、项目实施及最终评价,都由学生自己负责,学生通过该项目的进行,了解并把握整个过程及每一个环节中的基本要求[4]。项目教学法最显著的特点是“以项目为主线、教师为引导、学生为主体”,具体表现在:目标指向的多重性;培训周期短，见效快;可控性好;注重理论与实践相结合。项目教学法是师生共同完成项目，共同取得进步的教学方法。

各项目根据具体情况下发子模块。从而进一步设计各模块的建构性学习情境，充分利用各种教学资源和教学手段，进一步将线上教学与课堂教学有效结合，并采取“视频课程+课堂教学+讨论”的新教学模式，以达到到调动教师、学生积极性和提高教学质量的目标。

三、基于3D打印技术的项目教学法在“创客”培养中的应用分析

以贵州理工学院大学生创新创业项目“爱心型隔层杯的3D打印制作”为例，学生分组完成，各小组自主完成杯子的设计，要求作品格式为STL，可用任意三维造型软件进行设计，并且必须通过3D打印机打印出最终产品，作品尺寸不得超过140×140×140mm，作品由各小组命名，并提供500字以内的创意设计理念。

（一）三维建模

各小组可采用任意三维造型软件完成；也可采用逆向技术，利用三维扫描仪完成。

图1　爱心杯原型

（二）数据切片处理

在建模完成后将文件另存为STL标准格式。STL格式是快速成型领域的数据转换标准，几乎所有的商用CAD系统都支持该格式，如UG/II、Pro/E、AutoCAD、SolidWorks等。在CAD系统或反求系统中获得零件的三维模型后，就可以将其以STL格式输出，供快速成型系统使用。

（三）打印杯子

将杯子的STL文件导入到3D打印机的分层处理软件中，设定好打印的各项参数，就可以开始打印作品。目前，常用的3D打印工艺有：光固化成型法（SLA）、熔融堆积成型法（FDM）、选择性激光烧结法（SLS）等[5]。

本实验使用的3D打印机是基于FDM工艺的桌面级3D打印机。

图2　爱心杯成品

该产品的3D打印过程，无需准备任何模具、刀具和工装卡具，直接接受产品设计（stl）数据，通过分层处理软件将产品的stl文件进行分层处理，并直接驱动3D打印机生产出产品实体。

四、结语

通过3D打印技术在杯子设计、制作中的应用，对基于3D打印技术的项目教学法在“创客”培养中进行了分析，结论如下。

1.3D打印技术能在短时间内直接制造产品模型或样品，创立了产品开发的新模式，能使学生以前所未有的直观方式体会设计的感觉，感性而迅速地验证和检查所设计产品的结构和外形。减小了学生创新的阻力，大大提高了学生的创新、创意能力。

2.在教学过程中，学生目的明确，为完成各项目，各小组自主进行思考、理论学习、信息收集及实践操作。学生起主导作用，教师起引导作用。整个过程中，各小组成员分工协作，在提高理论、实践、创新能力的同时，也培养了学生团队合作和社交能力。

［1］王广春，赵国群.快速成型与快速模具制造技术及其应用.机械工业出版社，2008（3）.

［2］宋佳东.重视大学生创新能力培养[N].光明日报，2013(16).

［3］徐振强.德国“工业4.0”框架下智慧科技园区创新创业生态体系初探[N].新华网，2015.

［4］李海花.项目教学法在通用技术教学中的案例应用研究[J].中国教育技术装备，2010（07）：39-40.

［5］高奇，曾红，张德强.3D打印在大学生创新实验中的应用研究.实验技术与管理.

［责任编辑张宇］

G64

A

1673-9132（2016）34-0230-02

10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2016.34.133

赵小英（1986—），女，汉族，研究方向：材料加工。

课题项目：贵州理工学院校级教改项目(教改2014JXGG22)。