3D打印技术的实验教学

摘 要：3D打印技术的实验教学是从实际需要出发，通过教师与学生的积极互动，引导学生参与到实验室建设、管理、教学、考核等工作中去，让学生在专业学习、设备组装、实验教学、零件打印、成绩评定等实践教学环节中承担部分讲授、指导、批阅、验收与考核工作，切实提高学生自我管理、合作学习、共同提高的自主能动性，激发学生的创新精神，提升创新实践能力。

关键词：3D打印 先进制造 实验教学

引言

3D打印技术是实践教学的重要补充，当前3D打印技术日趋成熟，应用领域不断扩大，其原理与结构并不复杂，网上有关3D打印的开源资源十分丰富，组装一台简易的3D打印机已不再是难事，有学生通过购买散件自行组装，通过3D打印机打印出各种实物模型，令人耳目一新。3D打印技术可以激发学生无限的创造力，并提供其更加真实可靠的实践与探索机会，并对提升学生的个人素养产生深远的影响[1]。

目前，多数高校设有 3D 打印技术的实验室，其实验教学是根据企业、行业对人才培养的需求，并顺应先进数字化设计和制造技术的发展趋势，培养造就一大批在工程实践和创新能力卓越的未来工程师。3D打印为材料和结构提供了一种新的制造方法，是传统制造技术体系的重要补充。尤其是短流程、适合复杂结构等特点，给材料和结构设计者提供了丰富的想象空间，使传统制造技术难于实现的结构变得易于实现[2]。3D打印技术无疑给学生带来了全新的学习理念和感受，激发学生的创新思维，提升创新实践能力。

一、实验教学的现状

随着信息化、数字化技术的不断发展，虚拟设计、实体建模的机械构件设计模式已经逐渐普及，而工科专业课程设计仍普遍停留在二维图纸设计模式，导致学生学习兴趣不高，教师评分费时费力[3]。传统实验教学理念、方法、教材、内容基本上是年复一年，一种模式持续多年不变。如在金工实习中除了车铣刨磨钳、铸锻焊外，现在引入3D打印技术的实验教学恰是时候，二者相互比较的本身对学生的吸引力不言而喻。

实验考核一般是在期末进行一次理论和实操的考核，这种考核缺陷是对基本功能理解片面，只注重实操、记忆的功能，而弱化了反馈、督促和导向的功能，势必造成学生在思想上的懈怠，上实验课不用心，知其然而不知所以然。这种一次性考核的模式忽视了思想方法，逻辑推理和创新能力的考核，而3D打印技術的考核可弥补学生在创新能力方面不足。实验考核由任课教师主导，主观性较大，不利于学生对实验课的重视、提高实验的积极性[4]。

1.重统一标准，轻个性发展

传统实验教学为了传授和操作的方便，一般采取统一的实验教学大纲、内容、方法、考核，按照既定的实验目标来来完成实验。学生进实验室做实验，一般是先看黑板上的实验要求，听教师讲注意事项，然后按照实验步骤一步一步的往下进行操作，无需太多的独立思考，如果实验过程顺利，实验数据只要教师认可，实验即可结束。按照一个标准、一个模式去要求学生做实验，这种实验教学更多地关注是学生专业知识的巩固和操作能力的提升。由于3D打印技术的广泛性、新颖性，它的出现为学生展示自我，亲自动手制作实体模型成为可能，如再按传统的实验教学方法去要求3D打印技术的实验教学是很难奏效的。

2.重考核成绩，轻过程反馈

实验考核不仅是对学生掌握基础知识、操作技能的考查，更是对学生自主学习，合作学习过程和方法引导的考查。如果实验考试结束后，教师只是填写实验考试质量分析报告，目的是分析试题的导向作用，分析学生在实验中存在的问题，把分析结果反馈给师生，便于今后改进教学。虽然现在也要求实验教师分析实验考试的情况，并不重视考核中所反映出来的一些问题，多数学生只关心考试成绩，根本不关心在实验课中能学到多少知识和技能；教师也无法从中发现有价值问题，使考核反馈流于形式。

3.重教师主导，轻学生参与

实验教学是基于学生实验的全过程，从实验预习到提交实验报告，从实验原理、仪器设备、实验步骤、操作规范、实验记录及处理、撰写实验报告的不同阶段及时、客观、准确地评价每一位学生在实验中的真实表现是异常困难的。因为现在实验教师面对的情况是学生多，任务重，平时实验教学迫于奔命，根本无暇进行有效地教学管理，何谈对每一位学生进行有效的指导，致使学生对实验课敷衍塞责，到实验时才匆忙上阵，生搬硬套，不求甚解，其实验效果可想而知。

二、实验教学的改进措施

实验教学的目标是通过教学理念的改革来带动实验教学内容和方法的转变。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（ 2010-2020 年） 》中提出要“树立多样化人才观念，尊重个人选择，鼓励个性发展，不拘一格培养人才”。要实现实验教学改革的目标，必须构建一个科学合理的改革实施方案，实施过程既要满足对学生掌握和运用基础知识的学习需要，又要紧跟时代发展的脚步，从用人单位对人才培养的需要出发，切实提高学生综合科学素养，提升学生的学习兴趣和创新能力。

1.积极引导学生参与实验教学，提高学生自主学习的参与性

学生初进3D打印实验室，对一切都感到很好奇，上好第一节绪论课是关键。首先，实验室要对学生开放，组织学生参与实验设备的询价、采购、安装、调试、试做、维护等各项工作。其次，引导学生查找资料，参与撰写实验指导书，鼓励学生自主安装、调试、管理实验设备，组织学生学习建模、分层、成型、后期处理的相关知识和技能培训，指导学生熟练掌握3D打印机的开机、装料、操作、维护等基本的操作技能，通过学生实操3D打印机把机械零件的二维图变成三维的实物模型，将机械零件的设计与制造融为一体。最终达成由学生主导实验教学，完成实验教学任务的70%，这不仅大大减轻了教师的工作量，也增强了学生的责任心和创造力。还需做好三点：一是组建学生实验教学小组，建立QQ群；二是明确任务，分工明确，责任到人；三是学生参与度越高越好，真正做到3D打印实验室是学生实现梦想的地方。

2.积极引导学生参与实验考核，提升学生自我完善的主动性

3.打印实验考核办法应该由学生自主拟定，引导学生从3D打印的实验教学实际出发，如考勤考纪，自学学习，创新精神，操作、指导、维护的熟练程度，承担其他任务等，鼓励学生建言献策，允许学生自主申请加分项目，考核中不仅有笔试和操作的内容，还应有学生参与实验建设、教学成果，尤其是对在实验教学工作中表现突出的学生，利用实验室在大学生科技竞赛中获得成绩的学生予以特别加分。还需做好三点：一是组建学生实验考核小组；二是设立考核项目，制定评分細则；三是评分过程公开透明，特别加分需要支撑材料，实验成绩予以公示。

3.加大精力投入、切实提高实验效能

目前，实验教学中“学生厌做，教师厌教”的现象十分普遍，多地办学，大班上课，PPT、手机、电脑、手游等外在的因素影响固然大，但教师的个人魅力，认真负责的态度，精湛的专业造诣等优势也不容小觑，只要教师能切实负起责任，敢于担当，办法总比问题多。还需做好三点：一是无机课堂，小班教学，准备充分；二是翻转课堂、合作学习、自主管理；三是从验证性实验出发，积极拓展综合性实验及其应用。

结语

在3D打印的实验教学中，通过教师与学生的积极互动，引导学生参与到实验室建设、管理、教学、考核等工作中去，密切师生关系，互通有无，相辅相成，3D打印技术的实验是实现创新人才培养的有效途径。

参考文献

[1]李刚，等.3D打印技术：中学物理实验教学优化新思路[J].物理教师，2015（12）

[2]张学军，等.3D打印技术研究现状与关键技术[J].材料工程，2016（2）

[3]吴军，等.基于3D打印技术的机械类课程设计改革[J].实验室科学，2017（10）

[4]王倩，建立期中考试制度提高课程教学质量[J].当代教育实践与教学研究，2017（9）

[5]基于3D打印技术的实验教学[J].成思源，周小东，杨雪荣，张湘伟，郭钟宁.实验室研究与探索.2015（08）

[6]3D打印技术的发展及其软件实现[J].史玉升，张李超，白宇，赵祖烨.中国科学：信息科学.2015（02）

[7]浅谈高等学校开放实验室管理[J].黄传连.科技视界.2013（31）

作者简介

周雪寒（1988—），男，汉，重庆人，助教，硕士，研究方向：电子与通信工程。