3D打印创客教育实践创新教学研究

【摘要】在“大众创业，万众创新”背景下，3D打印成为创客教育的重要辅助。本文基于3D打印技术，通过开发多学科交叉的实践项目，激发学生自主探究的意识，培养学生勇于创新的精神，提高学生创新实践能力；通过创立3D打印创客空间，开展创客教育，引导学生从创意到产品并将其转化成具有商业价值的创客项目；同时也推动实践教学的改革与创新。

【关键词】创客教育；3D打印；创新；改革

引言

从2011年开始，全球逐渐掀起3D打印的高潮。当前，3D打印在航空航天、汽车、医疗健康等领域的市场应用已经取得积极的进展，我国3D打印产业发展至今，呈现出不断深化、不断扩大应用的态势。提出：随着3D打印技术规模产业化，传统的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合都将面临深度调整。我们必须高度重视、密切跟踪、迎头赶上。总理提到：既要瞄准世界产业技术发展前沿，加强3D打印核心技术和原创技术研发，又要加快成果推广运用和产业化进程[1]。3D打印不仅是一项前沿性的制造技术，更是一项国家战略。为推动我国增材制造（3D打印）产业快速、持续健康发展，从国家发展战略层面，出台了系列文件和通知，如工信部等十二部门联合的《增材制造产业发展行动计划（2017-2020年）》（工信部联装〔2017〕311号）、《中国制造2025甘肃行动纲要》（甘政发〔2015〕90号）等文件。在“大众创业，万众创新”时代背景下，3D打印成为大学生进行创新创业的重要辅助工具，也是创客进行创造的重要技术途径。各大院校实施增材制造技术普及工程，进一步促进3D打印技术在学校教育领域的推广。通过开设3D打印培训课程、建立相关实验室，参与各类3D打印比赛活动，激发和培养学生创新设计的兴趣与爱好。针对“3D打印+创客教育”需求，结合甘肃工业职业技术学院专业设置及教学情况，通过开发有趣的实践项目，激发学生自主探究的意识，培养学生勇于创新的精神，提高学生创新实践能力，从而促进实践教学的改革与创新。

1教学手段改革

1.1兴趣驱动的课堂教学改革

以3D打印为兴趣驱动的课堂教学模式，让学生有参与感、设计感以及成就感，使其乐在其中，并享受自己动手的制作过程。不仅达到了教学目的，对教学过程也起到催化剂的作用。而且对教学质量的提高起到积极的推动作用。在课堂教学中，从学生的兴趣爱好出发，以课程项目为核心，设计项目制教学的实施环节，通过：（1）组建团队、研讨计划；（2）沟通计划、设计方案；（3）组织实施、检查控制；（4）实际运行、反馈改进；（5）获取信息、构思项目，构成闭合环路，形成完整的实践周期。通过实践教学项目培养学生团队协作能力、创新能力以及跨学科解决问题的能力。一方面可以提高学生的想象力，另一方面还可以活跃学生的思维，构造一种高效有趣的教学模式。

1.2开发多学科交叉、多层次的3D打印实践教学项目

开发多学科交叉的3D打印实践教学项目，往往需要多个学科知识技能支撑，将多学科交叉融合的创新性思维融入人才培养的全过程。由于3D打印技术与学科教学深度融合的优势，将3D打印技术引入跨学科工程项目的科技创新实践教学中，设置不同难度的教学目标，从简单的演示型实验，到复杂的综合型实验以及自主创新型实验，通过由易到难逐层递进的实践练习，增强学生对3D打印技术的理解。打通创新实践教学的各环节，从而实现了多个学科知识技能的有机融合，培养学生在各专业领域的交叉学习，提高学生综合技能。使其就业方向更加广阔，应聘竞争力更强。

1.3创立3D打印创客空间

为加强对学生创新创业能力的培养，在原有3D打印创新实训室的基础上，依托创新创业孵化园、测绘学院师资队伍、电子信息协会等组织机构，建立3D打印创客空间，开展3D打印、逆向设计、数字化设计与智能制造相关的课外教学、应用型技术人才培养及创新、创业工作。对培养学生的文化创意、3D设计等提供了先进的实验条件，进一步培养学生的创新精神、创新思维和创新能力，为学生全面发展提供了良好的实践平台，结合所学专业知识，引导学生从创意到产品并将其转化成具有商业价值的创客项目。

2教学实例

按照“面向全体、分类施教、结合专业、强化实践”的原则，基于3D打印技术开展实践训练项目，通过创新设计、软件建模、打印制造等环节，培养学生的创新思维和实践能力。以3D打印无人机为例，以学生为主体组建团队，采用小组讨论分工协作的形式研讨计划、查阅资料、设计方案，学生从被动接受转换成主动创造，进一步提升学生的发散思维、沟通意识和协作意识。其具体过程主要包括以下五个步骤：（1）三维数据采集，应用三维扫描仪对现有无人机进行三维扫描，获取空间数据，然后对点云处理，通过逆向工程进行创新设计。（2）产品外观设计，利用建模软件，学生可以进行创作加工处理，自主创作无人机产品。（3）3D打印软件切片，创建的无人机模型经过切片处理，才能将数据输入到3D打印机中。即将设计转换为一组3D打印机打印所需的移动指令，需要调节切片的层高、放置角度、熔融温度、喷嘴移动速度等参数，在软件中预览输出结果，掌握喷嘴的行走轨迹、模型结构，及时做出调整和改进。（4）打印模型，将切片处理的模型导入打印机，通过控制喷头的移动，一层一层地打印出产品。注意进丝、调平等操作设置，等待设备预热完成后，便开始逐层排列耗材以进行3D模型的实体打印。（5）无人机调试飞行，对无人机进行飞控电路设计、飞控焊接组装、重力感应或遥控器无线控制等调试后，最后进行无人机飞行演练。3D打印在无人机领域的应用实践项目，是3D打印技术与无人机制造的完美融合。一是使学生理解3D打印“设计即生产”的特性，抛弃了夹具、模具、工具的束缚，运用软件设计3D模型，全程数字化灵活实现定制生产。二是将课堂学习的理论知识进行实践运用，提高学生的创新设计能力和三维软件的实践操作能力。三是通过无人机的组装调试飞行，不仅提高了学生的动手能力，更能通过实践项目使学生了解无人机的原理，进一步提升学生的自身技能。这种多学科交叉的实践项目，极大地激发学生的学习兴趣，提高了教学效果。

3结语

3D打印作为一种数字化的直接制造技术，优化了传统的制作工艺，让“创物、创材、创意”变得无限制、无边界。多学科交叉、多层次实验项目结合，通过由易到难逐层递进的实验，使学生围绕趣味主题进行设计与制作，形成多学科交叉的典型、实用、难度阶梯化的3D打印教学模式。通过创立3D打印创客空间，为学生提供自主创新创业机会，结合所学专业知识，引导学生从创意到产品并将其转化成具有商业价值的创客项目。

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作者：令紫娟 单位：甘肃工业职业技术学院