3D打印技术在测绘教学中的应用

徐 工 苏晓庆＊

（山东理工大学 建筑工程学院，山东 淄博 255000）

0 引言

教育部发布的《关于开展新工科研究与实践的通知》[1]中指出，高校在培养人才的过程中，传统工科专业必须随着时代发展转型升级[2]。国务院印发的《新一代人工智能发展规划》提出，要将3D打印、机器人、编程课程等人工智能技术与科学课程结合起来，加快我国复合型人才培养[3]。

测绘工程作为通过测量地球表面自然形状和人工设施的几何分图，并结合某些社会信息和自然信息的地理分布，绘制全球和局部地区各种比例迟的地形图的一门学科，与社会生活中的各行各业息息相关[4]。然而，在测绘教学过程中有相当一部分知识点是微观的、抽象的，尽管教材中有很多插图来介绍他们的结构和功能，但这并不能带给学生很好的体验感，导致学生的学习效果难以达到最佳。3D打印技术的发展给上述问题提供了新的解决思路。

本文通过对现有文献进行分析，结合实际来探索3D打印在测绘教学中的应用方法，按照新时代对于学生培养的要求，探究结合3D打印技术的教学实践活动对于培养学生的影响。

1 3D打印技术及其特点

3D打印属于快速成型技术的一种，原理类似于使用粉末状金属或塑料等可黏合材料的喷墨打印，将物体的三维模型分割成无数细小的薄片，再进行逐层打印并黏合就生成了立体实物[5]。3D打印作为一种创造性很强的新技术，在工业设计、工程和施工、医疗产业等方面迅速发展，一些教育研究者开始对3D打印在教育教学中的应用进行探索[6]。

3D打印不需要传统的刀具和机床等加工工具就可以设计并制造实物模型，不仅生产成本低而且加工周期短。3D打印能够很好地实现个性化生产，利用这一技术能够制造出传统工艺无法制造的模型。这一技术非常适合在教学时制造特定的模型配合授课。

2 测绘教学现状

测绘工程专业需要培养学生的空间想象能力、抽象思维能力以及测图和绘图的能力，在传统测绘教学过程中，教师讲解测绘仪器构造、形状时一般采用PPT等形式展开，但这种方式通常存在一些不足，主要表现在以下三个方面。

2.1 学生的空间想象力不足

在《测量学》《GNSS原理及应用》《工程测量学》等课程的教学中，涉及对测绘仪器构造、仪器使用等方面的讲解，仪器构造与规则几何物体相差较大，导致学生无法对仪器及各种结构关系深入理解，再加上部分学生的空间想象力不够强，使其对测绘仪器结构与操作的概念并不明确，进而导致测绘仪器教学课程效率不高。

2.2 无法反映仪器的真实情况

在测绘教学中，无法避免需要学习测绘仪器的构造、原理及使用，但是现有的直观的图形并不能反映仪器的具体情况，再加上学生空间想象力的限制，使教师不得不借助简单的立体实物对测绘仪器进行模拟，而现有的简单实物模型基本是类似于正方体、圆柱体的简单几何模型，并且种类也比较单一，使得教师很难体现结构复杂的测绘仪器。

2.3 教学手段过于单一

在目前的测绘教学过程中，部分教师运用口授方法，在用图形辅助进行教学，教学手段单一，导致抽象思维能力不高的学生很难理解复杂的仪器结构，使得测绘教学中的仪器操作部分教学效率不高。

针对上述问题，本文通过个人教学体会并结合他人教学经验，探索将3D打印技术应用到测绘教学中，对测绘课程的教学方法进行探讨。

3 3 D打印在测绘教学中的应用

3D打印技术与测绘教学进行结合，有利于帮助学生将对事物的抽象印象表达为具体形象，锻炼学生的抽象逻辑思维，获得更好的认知体验。在测绘领域，3D打印技术可用来完成测绘仪器模型、立体地图和仿真实物模型的制造等方面，应用广泛。

3.1 测绘仪器模型制作

传统的测绘教学主要依靠口授与PPT相结合的模式，但在测绘教学任务中，相当大一部分的知识点涉及测绘仪器的结构、原理及应用，仅仅使用口授与PPT的结合难以清晰地描述复杂的测绘仪器，再加上部分学生空间想象能力不强，导致课堂效率不高。若使用测绘仪器实物进行教学，一方面由于课堂学生较多不可能每人都能进行仔细地观摩，若教师只是在讲台上对测绘仪器进行讲解，教师后排的学生可能对仪器的外形都无法形成清晰的印象；另一方面测绘仪器是结构复杂的精密仪器，价格昂贵，不能离开教师的视线，若要使每个学生都能接触到测绘仪器，授课教师务必要进行陪同指导，这会浪费大量的时间，降低课堂效率，再加上课堂人员较多，可能会发生意外导致仪器损坏，这就导致使用测绘仪器实物进行教学可行性不高。

3D打印是由三维数学模型生成的实物模型，精度非常高。使用3D打印技术能够制作测绘仪器实物模型，该模型可以代替测绘仪器实物被用来进行测绘仪器结构、原理及使用的课堂教学。使用3D打印制作的测绘仪器模型能够较为精确地表达测绘仪器各个结构，便于教师讲授。使用3D打印技术制作测绘仪器模型制作简单，效率较高，成本低廉，且较为坚固，不用担心模型受损。由于模型制作材料为白色，教师可以使用马克笔在仪器模型上进行标注，帮助学生更好地理解仪器结构。模型能够在学生中进行传阅，使每个学生都能近距离接触仪器模型，提高课堂效率。

3.2 “立体地图”制作

测绘专业教学离不开《地图学》的学习，需要学生理解各种地形地貌，但传统教学多使用图片进行教学，部分学生空间想象能力较差，不能很好地理解地形构造。“立体地图”是具有地物、地形高程信息的三维比例尺地形图，与传统地图相比，能够直观地体现地形变化。

传统测绘教学中，地形地貌的高程信息主要通过等高线表达，对部分空间想象力不强的学生来说，理解较为困难。“立体地图”可以更好地反映地形在高程上的变化，能够立体直观地表达出山谷、山脊和陡崖等地形地貌，帮助学生更好地理解不同的地形，提高教学效率。

4 结语

综上所述，教师将3D打印有效地融入测绘教学中，不仅能够提高课堂效率，加强学生对知识点的理解，增强学生主观能动性，激发学生学习的积极性，还能够帮助学生提升空间想象能力、逻辑思维能力和创造性等，使测绘教学实效得到提升。因此，要重视3D打印技术在测绘教学领域中的应用，此技术可能会为测绘领域带来新的生长点。