中职学校基于3D打印技术的应用型教学探究

王振

滨州市高级技工学校王振256600

摘要：面对新工业革命和互联网+的大背景，本文探讨了把3D打印技术更好地融入到中职学校应用创新型教学中的必要性和可行性，设计和开发了几种应用型教学案例，为3D打印技术在中职学校的应用提供了指导，并分析了基于3D打印应用型教学的开设条件和注意事项。

关键词：3D打印学习金字塔互联网+三维设计软件

3D打印技术作为第三次科技革命中最具标志意义的生产工具，探索如何使3D打印技术更好地融入到中职学校应用型、创新型和个性化教学中，具有非常重要的价值和现实意义。

一、学习金字塔理论学习金字塔是美国缅因州国家训练实验室研究成果，它用数字形式形象显示了，采用不同的学习方式，学习者在两周以后还能记住的内容（平均学习保持率）。它是一种现代学习方式的理论。最早由美国学者、著名的学习专家爱德加戴尔1946年首先发现并提出。该理论把学习方式分成了七种：第一种，也是我们最熟悉的，老师在上面讲，学生在下面听，两周以后的记忆保持率只有5%；第二种是通过阅读方式学习，记忆保持率为10%；第三种用声音、图片的方式学习，记忆保持率为20%；第四种为示范操作学习，通过这种方式学习的记忆保持率可达30%；第五种为小组讨论，记忆保持率为50%；第六种为做中学或实际演练，记忆保持率75%；最后一种为马上应用，位于金字塔底座，记忆保持率为90%。根据学习金字塔理论，应用型学习方式是最有效的一种学习方式。

二、3D打印技术在中职学校应用型学习教学中应用的必要性和可行性

使中职学校的教育跟上时代发展的步伐，如何真正使学生在学习中处于主导地位，使学生通过自主学习建构自己的知识体系和技能体系，这是值得研究和需要研究的问题。而把3D打印技术引入中职学校的教学，为学生搭建应用创新教育的平台，提供应用创新教育的指导，为中职学校应用创新教育的实施提供了可行的发展路径。与传统的成型技术相比，3D打印的优势在于无限的成型能力，在一体化成型，封闭和非封闭内部复杂结构的成型能力，蜂窝结构和丝网结构，首饰、义齿、关节的复杂薄壁精细结构等方面，具有传统成型技术所无法比拟的优势。随着3D打印技术的日趋成熟，利用3D打印，可以把三维设计软件设计的复杂型腔的模型在短时间内变成实实在在的物体，而不会增加制造成本。由于传统的制造技术受产品形状、刀具等的限制，在进行三维造型设计时，需要考虑很多，而3D打印则不受这些问题的影响，可以开辟出巨大的设计和制造空间。随着3D打印技术成本的降低，技术的成熟，其在教育领域的应用越来越广泛，特别是在职业教育领域，引进3D打印技术可以创新教育形式，开发应用型教学案例，对促进我国职业教育和生产的发展具有重要意义。因此，在中职学校，利用3D打印技术开展应用型教学，开发应用型教学案例，促进学生创新性和个性的发展，具有重要的价值和现实意义。

三、基于3D打印技术的应用型教学案例的设计与开发借助三维设计软件（如UG、Pro/e、3DMAX等）和3D打印技术，可以把理论教学中用到的模型、学生日常生活中的需求、互联网上学生感兴趣的创新案例等转化成3D打印实训教学案例，激发了学生的个性和创新性，充分调动学生学习的积极性和主动性，把各学科的知识融会贯通，大大提高教学质量，形成了高效的实训课堂。下面是设计和开发的几个基于3D打印技术的应用型教学案例：

1七巧板的设计与打印

七巧板又称七巧图、智慧板，是汉族民间流传的智力玩具。它是由宋代的宴几演变而来的，原为文人的一种室内游戏，后在民间演变为拼图板玩具。玩家也可以把它拼成各种人物、形象、动物、桥、房、塔等等，也可以是一些中、英文字母。本次任务，利用UG8.0三维设计软件，通过拉伸等命令，设计一款七巧板。七巧板由七块板组成：大三角形2块、中三角形1块、小三角形2块、正方形1块、平行四边形1块。完整图案为一正方形，。

四、中职学校基于3D打印的应用型教学开展应具备的基本条件

1硬件设施

设施具体规格及要求学生操作台三面探究桌，满足5-7名学生就做。讲台放置教师电脑作品展示柜展示3D打印及创新创意作品创新设计软件UG/CAXA/soilidworks/3DMAX（任选其一）三维扫描仪将扫描数据转换成可3D打印的文件，扫描大约在0.2米到3米之间单色三维打印机采用熔融挤压快速成型技术，教学用台式三维打印机，单头、单色打印材料PLA生物基材料，环保无害计算机能运行设计软件与扫描软件投影仪向学生展示微课与教学视频3D模型抛光仪抛光3D打印作品

2师资力量教师应熟练掌握一款或两款三维设计软件，并能够熟练应用，进行三维设计；能够熟练操作桌面级FDM3D打印机；具备一定的创新意识和创新思维，具有良好的空间想象能力；熟悉机械、电气等基本的学科知识。

3基于三维设计和3D打印的一体化教学基于3D打印的应用型教学要求把三维设计和3D打印有机的结合起来，不能割裂开，应该把学生设计的三维实体在第一时间变成实实在在的3D打印物体，这样才能提高学生的学习效率，真正把应用型教学落到实处。4各专业的有机融合基于3D打印技术的应用型教学不是限定于某一个专业，而是机电、机械、信息、艺术等专业的有机融合，涉及的知识多，知识面广，尤其是在进行创新设计时，往往涉及到各个学科的相关知识。例如下面学生设计制作的3D打印机械手臂，如图8所示，就涉及到机械基础中的铰链四杆机构、电气上的单片机编程技术、三维软件设计技术和3D打印技术等知识。

五、参考文献：

1百度百科《学习金字塔理论》

2孙劼《3D打印产品模型制作教程》P9，2016.03