机电专业创新教育3D打印技术研究实践

［摘要］以3D打印技术为载体，激发学生创新的兴趣。中职学校在全面提倡实施素质教育的过程中，创新教育作为最具代表性的教育模式，对在基础教育领域培养中职学生的创新意识和创新能力具有积极意义。将3D打印与中职学校所提倡的创新教育课程相结合，是激发学生创新兴趣的有效途径之一。

［关键词］创新教育；3D打印技术；创新课程体系；课程融合

一、国内外相关研究现状分析

（一）国内研究现状分析社会的发展与进步的永恒主题就是创新，科教兴国战略的实施、教育改革的全面深化、以培养学生创新能力为首要任务的全面推进，是我国21世纪争取主动和实现可持续发展的重大决策。对中等职业教育来说，深入探讨和研究创新教育，培养一大批具有创新精神和创新能力的新技能型人才，是必须完成的战略性任务。我国创新教育起步较晚，虽然越来越多的中职院校开始意识到学生创新教育的重要性，但还处于摸索阶段。学生创新能力不强，中职院校的创新教育仍存在一些亟待解决的问题。山东省经过近几年创新教育的建设与发展，一些中职院校的老师在经过相关的培训与教育后，教学观念已得到很大改善，尝试教创融合、理实一体、学做结合、工学结合的人才培养机制。经过不同层次的创新类比赛很多学生的观念也得到了很大转变。这对优化职业院校科技创新教育环境，深化中职学生的创新思维，不断培养学生的创新能力和意识，促进学生的实践水平不断提升，为专业培养更多的优质人才，发挥了极其重要的推动作用。

（二）国外研究现状分析目前，在高校教育实践探索中，将创新教育和创业教育结合起来，是比较成功的教学尝试之一，相关教育实践证明，这种创新的教育模式对提升人才培养质量具有重要作用。在创新创业教育方面，美国的实践相对较早，至今已经有60多年的历史了，所以，美国在“双创”教育方面积累了更多成功的经验，相关教学水平也领先全世界。1.百森商学院的创新创业课程百森商学院依据优越的师资力量，通过对真实的案例分析和模拟，帮助锻炼学生的分析和判断力，对提升学生的创新思维能力和素养具有一定的效果。在课程设计上，也具有一定的创新性，在创新创业课程设计上，研究出一种以学生认知为基础的课程体系。其中，课程体系建设中，以企业实际面临的社会环境为基础，针对具体的创业过程进行模拟，以实现对学生创新能力和素养的有效培养。因此，学生可以积极参与创新学习，教学效果非常好。2.其他高校的创新创业教育除此之外，其他高校也有较为知名的创业中心，如斯坦福大学的创新创业教育模式被称为“产学研一体化”教学模式，加州大学伯克利分校、麻省理工学院、芝加哥大学、马里兰大学史密斯商学院丁曼创业中心等。它们都已经在创新创业教育方面积累了相对成功的经验和实践案例。

二、本项目研究的意义

在职业教育中，培养学生的创新能力是新时期人才培养的基本要求之一。而要实现学生的创新能力培养，需要在具体的实践过程中来完成。所以，针对中职学生的创新能力培养，不仅要从思维训练方面做起，还要从职业教育层面做起，注重为学生创设更真实的工作场景，让他们在具体的工作岗位中解决问题，锻炼自身的能力和素养，提升创新能力。在这一过程中，还需要将中职学生的创业能力作为重要培养目标之一，通过不断强化学生的创业能力，让他们未来更好地适应社会。

（一）培养中职学生的创新能力符合社会发展要求当前，我国实施科教兴国战略，培养中职学生的创新和创业能力，也是时展对新时期人才提出的新要求。学生要真正将科教能力和知识转化为生产力，就需要在学习过程中不断在实践中解决问题，接受高质量的创新教育。

（二）培养中职学生的创新能力是为企业提供专业人才的需要目前，企业竞争中，人才竞争是核心。而在企业发展中，创新是必要的条件和动力。现代企业的技术人员需要有更多的知识和技能，那些掌握丰富的专业知识，有着熟练的业务能力、学习能力、信息技术能力、问题解决能力的人，他们是企业争夺的人才。所以，新时期为了适应企业的人才需要，为企业提供更多的专业技术人才，必须在中职教育中强化学生的创新创业能力培养，促进人才综合实力的提升。

（三）培养中职学生的创新能力是促进中职学校教育改革的需要现阶段，我国的职业教育中存在诸多问题，教育面临改革创新之际，开展对中职学生的创新创业教育，可以有效应对中职教育中的相关问题，解决中职教育特色不显著、学生实践能力弱、岗位竞争力不足、创新能力不足等问题。目前中职教育中理论教学是侧重点，实践教学相对不足，专业的实验课程、实习课程以及技术课程教学层次不高，不能满足专业人才培养工作的需要。对此，开展“双创”教育，可进一步促进学生创新能力培养，可有效促进中职教育改革，促进中职院校教学质量不断提升。

三、具体研究内容

1.在全面推进素质教育实施的过程中，创新教育是最具代表性的教育模式，它对在基础教育领域中培养中职生的创新意识和创新能力具有积极意义。目前，大多数高职院校都开设了创新教育系列课程。三维打印，又称“增材制造”，是目前比较流行的快速成型技术之一。它是基于一个数字模型文件，被构造的对象是逐层打印的。通过每一层不同图形的积累，最终形成一个三维物体。将3D打印与中职学校倡导的创新教育课程相结合，已成为培养中职学生创新精神和创新能力的有效途径之一。2.将3D打印技术引入机电专业创新创业教育中，充分发挥其“整体化知识”的创新引领作用，在3D打印教学中进行创新思维培养的实践和研究。在第一学期以3DOne三维实体设计基础建模软件，初步认识3D打印技术，更多地引导学生运用3DOne软件建模，打印出自己的3D作品，从而进一步认识快速成型和数字制造技术。3.开发机电技术应用专业系统化的创新课程体系（1）第一阶段：以3DOne三维实体设计课程建模为主，利用3D打印机打印制作简单模型，充分发挥学生的自主创新能力，通过各个项目制作，初步形成空间思维，提高学生的空间想象能力。（2）第二阶段：以真实项目为基础，结合机械制图与AUTOCAD课程，确保相关项目的实用性，相关内容安排上，要结合学生的具体学习基础和情况，循序渐进，注重学生的创新能力培养，锻炼学生的思维能力和实践能力。这一阶段的项目设计中，要充分考虑综合性，实现多学科融合。（3）第三阶段：加强课程内容的综合性，以CREO建模设计为主，体现多学科的深度融合，让学生在具体的问题解决中锻炼创新能力，引导学生发现问题、解决问题，能够自主地在设计模型中解决问题，完成任务。4.深入挖掘校企合作，构建新型的培养模式，进行创新教育的深入改革。（1）企业创新人才走进课堂。（2）在学生实习过程中，将学生融入企业的技术革新、生产管理革新过程中去。5.探寻激发学生自主学习热情的教学方法。在项目教学法、案例教学法、小组讨论式教学法等多种教学方法中，注意研究各项目组成员教学方法的组织形式、实施过程及效果，寻找其在引导学生自主学习方面的影响和作用。

四、改革方案设计

（一）转变教师观念，提高师资力量，引导师生协同创新

（二）开发一套以职业素养为基础，以创新实践能力为重点的课程体系整个课程体系分为三个阶段：第一阶段：这一阶段的模型主要是结合日常生活中现有物体进行模仿设计。设计了四个综合项目，分别是万圣节墙贴、花瓶、万圣节南瓜灯、马克杯。以3DOne三维实体设计课程建模为主，加入简易的电路装置和传感器，为学生设计多功能的模型提供支持。学生针对项目主题进行研究、策划、设计、建模和打印。从策划、设计到制作、打印等一系列的开发过程均由自己亲手完成，到自己制作的产品能够按照设计要求完成任务，其成功的喜悦，产生向具有无限开发潜力的创新领域进行永无止境的探索的动力。第二阶段：与第一阶段的综合项目相比，第二阶段的综合项目设计主题更贴近学生的日常生活，更具常识的认知性，内容安排更符合学生的学习规律，从简到难，更有利于培养学生的创造性思维，提高学生的创新能力和动手能力。大部分中职学生学习机械制图内容时，空间想象能力不足，尤其是学习三视图、剖视图、装配图等内容时难以接受。因此，此阶段项目实施时，遵循“3DOne三维建模—3D打印—AUTOCAD二维绘图—机械绘图”模式：提出一个项目，学生先充分发挥自己的创新能力，设计出多样化和个性化模型并打印成型，然后通过测绘完成AUTOCAD二维绘图，最终完成手工绘图，学会枯燥难学的机械制图知识。这样不但激发了学生学习创新的兴趣，培养了学生创新的实践能力，更全面地提升了对专业课程的学习兴趣，增强接受专业知识的能力。第三阶段：此阶段的综合项目旨在加强课程内容的综合性。学习内容更深入、综合性更强，依托CREO建模设计课程，体现了多学科融合。如桥梁模型设计、桥梁结构与承载力关系的探讨教学中，具体的教学设计需要结合课程的实际教学目标，将重要知识点连接起来，进行内部关系的探讨。通过有效引导，促进学生在这一过程中锻炼问题解决能力，确保设计的模型智能化、自动化程度不断提升，还可以增设主题研究和讨论环节，让学生在不同节日中进行学习，实现学生多学科综合素养的培养。因此，这一阶段的教学是对以上两个阶段的升华和总结，让学生能够更好地掌握设计要点，将专业知识应用到实践中，在具体的问题解决中实现知识掌握和应用，在设计中感受三维立体设计的美感，锻炼理性思维和创新思维，这对学生的审美能力和创新能力提升具有很好的作用。

作者：赵杰 单位：德州机电工程学校