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3D打印在高职《机械制图》任务驱动教学中的探索

作者:梁晓兵 字数:2346  点击:

摘要:《机械制图》课程是工科教育的基础,应用性强,理解难度大,在高职讲解过程中难度很大。教学过程中结合具体实例,将制图过程分解成一个个任务,阐述了基于3D打印技术的任务驱动教学法在《机械制图》课程教学中的实际应用。

关键词:任务驱动教学法;《机械制图》课程;3D打印

中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1672-1578(2019)01-0256-01

随着科技的发展,3D打印技术迅速发展,目前已经在航空、医学、模具、珠宝等等许多领域得到了广泛的应用,但在职业教育领域中的应用应用还不是很广泛。3D打印机在欧美国家中的一个重要的市场就是职教领域,在英国3D打印作为学生们的手工课进入职业学校的课堂。

《机械制图》课程是一门对空间立体感要求很高的课程,涉及到的知识面较广,同时对学生的实践能力、理论知识接收能力以及创新能力的要求较高。传统教学主要靠老师PPT讲解,空间建模能力靠想象,学生理解困难,容易使得学生对制图课程失去兴趣甚至产生厌学情绪。基于这种情况,本文把基于3D打印的任务驱动教学加入《机械制图》教学领域,以提高学生的学习兴趣提高教学质量、培养学生的空间建模能力、加强学生的创新能力与团队精神以及保证学生的主体地位。

1.3D打印技术的优势

3D打印技术是指通过材料融化后进行连续的层层累加,逐层叠加材料生成三维实体的技术,因此又称为增材制造。3D打印进行生产的主要流程是:运用三维工程绘图软件如Pro/E绘制三维图纸,通过切片软件完成切片,生成G代码,然后通过3D打印设备,把液态、粉末态、丝状的固体原材料逐层“打印”出设计的产品。

3D打印技术在多个领域有非常广泛的应用。医疗领域尤其是在骨科耗材领域,3D打印技术得到了越来越多的应用,FDA已经批准多起3D打印医疗产品进入临床应用[1]。航空航天领域,GE已经把3D打印技术用在了发动机生产过程中[2]。个人消费领域,荷兰两家公司DUSArchitects和UniverseArchitec-ture已经在用3D打印技术建造房子[3],国内马义和也在利用3D打印技术建筑房子[4]。职业教育领域,发达国家早已经在职业教育领域开展3D打印技术教育,英国美国加拿大等国家都在职业教育中引入了3D打印技术。国内很多职业院校也在开展3D打印教学,不过还没有大面积普及和推广。

2.任务驱动教学法

“任务驱动”教学法,是指在教师指导下,把知识内容进行分解成为一个个的有实际意义的、符合学生认知水平的“任务”,以学生为中心,以完成一个个具体的“任务”为线索,把教学内容巧妙地隐含在每个“任务”之中,学生自己或者在教师的指导下提出解决问题的思路和方法[5]。当学生完成这个任务后也就建构了本节课所学的新知识。

“任务驱动”教学法主要特点是“任务驱动、做学一体”。职业院校《机械制图》课程实施“任务驱动”教学法有利于培养学生的的空间建模能力、提高学生的参与意识创新意识以及分析解决问题的能力。

3.基于3D打印技术的任务驱动教学在《机械制图》中的具体应用

《机械制图》作为一门专业性很强的基础课,是机械类学生的必修课,对增强学生的创新意识、图形表达能力、空间想象能力有着十分重要的作用。传统上课程的讲解是通过课本、PPT、教学模型、实物挂图等方式进行讲解,空间感的建立是通过从点线面的投影规律来学习三维立体零件图形。教学过程中,这种教学方法由于不够直观形象,笔者发现高职院校学生对点线面的投影规律以及二维图和三维立体零件图象的转化规律学习着非常吃力。由于教学用具一方面数量少,另外一方面教学用具不够灵活面对学生的各方面学习要求,比如全剖半剖局部剖等视图教学工作,结合学生对三维零件实体理解相对容易,本文采用基于3D打印的任务教学法,提升学生学习兴趣、提高学生空间能力,提高教学效果。

笔者结合以往教学经验,结合教学难点,基于3D打印技术,运用任务驱动教学方法,以三视图与剖视图绘制过程教学为例,进行教学探讨。

(1)任务确定:打印剖视三维零件实体,增强同学们对剖视图的直观认识。

(2)任务提出:规定时间内打印出零件,一方面增强空间感,建立对剖视图剖视面剖视画法的直观感受,另外一方面,加强对3D打印工作过程的认知,学习3D打印方法技能,使学生走上工作岗位后能够解决类似问题。

(3)研究任务,制订解决方案,打印零件:将学生分成若干小组,利用零件的三维模型,根据任务制订零件3D打印方案,根据零件的打印速度、填充率等因素,设置合理打印参数。要求速度要快,同时又要保证质量。

三视图与剖视图绘制过程课程教学中,学生在学习过程中,总是感觉剖视图不够直观,尺寸对应有一定难度,学生理解学习相对难度较大。基于3D打印技术,可以直接把剖视平面打印出来,在剖视平面上直接观察截交线相贯线切线画法。

目前工业生产过程越来越专业化规范化,如果直接把生产过程搬到学校非常不现实,也不安全,传统上采用的是去企业参观一段时间,然而目前企业的生产设备,为了安全高效,一般都在外面安装了安全生产外壳,使得学生参观过程只能看到设备外壳,无法了解到实际生产机理,如果使用3D打印,就可以把生产过程、装配过程简化后在课堂上进行讲解。

综上所述,《机械制图》教学中把3D打印技术引入任务驱动教学,不仅可以加深对剖视图以及投影规律的理解,可以把工业生产过程有个直观的了解认识,而且还能提高学生的学习兴趣学习效率、培养学生的空间建模能力、还能加强学生的分析问题解决问题与团队协作方面的能力。

参考文献:

[1]王技德,AutoCAD机械制图课程实施任务驱动教学法的任务设计,《内蒙古师范大学学报(教育科学版)》,2012(1).


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