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1、浅析机械设计应用3D打印的案例式教学摘要：机械设计课程兼备基础性和实践性，对于机类专业学生综合素质培养来讲，是一门至关重要的主干课。但是传统机械设计教学模式过于僵化，难以保证课程教学质量，由此本文提出基于3D打印的案例式教学的方式和方法，希望打开机械设计教学的新格局。首先对机械设计课程特点、存在问题和3D打印技术进行了简单介绍，接着倡导以3D打印技术为基础案例式教学的方式改变传统课程教学模式，进而对于3D打印案例式教学的实现路径进行了分析，希望可以给予实际3D打印的案例式教学工作一定的启示。关键词：机械设计；3D打印技术；案例教学模式中图分类号:G642.0文献标志码:A文章编号：1674-9
2、324（2016）29-0197-023D打印外在不断发展的过程中，开始慢慢渗透到各行各业中去，逐步从工业向民用发展，在众多应用领域和行业中，教育教学对于3D打印的应用也进行了尝试和探索，以机械设计课程教学为例，希望在3D打印的基础上真正实现案例式教学模式的探索，希望由此迎来全新的机械设计课程教学格局。一、机械设计课程的特点以及当前教学中存在的问题1课程特点分析。机械设计是机类专业的一门专业基础课，其特点表现为：设计性（结果不唯一）、实用性（联系实际）和繁杂性。其繁杂性特点又表现为“五多”，即关系多、门类多、要求多、公式多和图表多。关系多指涉及诸多先修课程：如机原、公差、制图、金工、力学等等；
3、门类多指典型零部件多、且类型多，而设计方法各有所不同；要求多指设计同一机器或零件,应同时满足性能、工艺性、经济性等多个要求；公式多指设计计算公式；图表多指设计中需要查图表地方很多。总之，课程牵涉到的知识点较多，难度较大，理论性和实践性较强，对于学生的逻辑思维能力、空间想象能力和实践动手能力要求较高。2课程教学存在的问题。从当前课程教学的现状来看，存在问题集中体现在：传统教学方法依然是主导，重视理论学习，忽视实践运用；实践操作环节比重较低，教学灌输式倾向严重；教材与教学严重不协调，与学生素质与课时等不匹配、不同步，教学知识点处于彼此孤立的状态。总之，当前课程教法落后，效果不佳，手段单一，急需进行
4、创新、调整和改善。二、机械设计应用3D打印案例式教学模式的必要性在机械设计课程中应用3D打印案例式教学模式，就是通过3D打印来提高学生学习兴趣与动力，丰富教学方法手段，推动案例教学法在课程教学中的应用，由此促进课程教学质量的提升，主旨在培养学生的工程素养，即工程表达能力、工程计算能力和良好工程习惯，并注重学生多向思维和创新能力的训练。下面对3D打印案例式教学模式基本情况进行简单介绍：很多机械专业的学生在接触机械制图的时候，因为空间想象能力比较差，难以实现平面投影视图与零件图像之间的转化，常依托影射规则来实现三维零件图形的感知，这种认识过程存在很大的缺陷和不足，投影视图不能全面形象地展现出零件三
5、维图形，也就难以保证学生对于机械制图的深刻理解。此时，无论是依靠实体教学模型，还是依靠零件模型来帮助教学，都会消耗很多的时间去备课以及很多的资源去设计，不仅效率低下，教学效果也不可能很好，毕竟学生没有切身的参与进去。但是应用3D打印的案例教学模式就可以打破这样的格局。无论处于何种课程情境中，教师都可以在3D打印技术的帮助下，很容易打印出对应的立体模型，并且依照实际课程案例需求，实现对应的切割和改变，由此可以得到更加具体的三维零件模型，甚至实现设计结果的验证，在此过程中学生切实的参与进去，在3D打印技术的帮助下，也能够准确的找到案例教学法的切入点，这对于促进课程教学质量而言，是很有意义的尝试和探
6、索。三、机械设计应用3D打印案例式教学模式的策略1.基于3D打印的案例式教学模式的优势分析。在课程教学过程中运用案例教学模式，是当前该课程教学的普遍共识，认为这样的教学模式可以给予学生更多的机会去了解设计要点、方法和步骤，可以融合贯穿课程知识点，但是一直以来难以找到比较好的契机去推动案例式教学模式的开展。3D打印技术运用到教育领域之后，展现出其辅助教学的效能，我们意识到机械设计应用3D打印案例式教学模式的时机已经到来。该教学模式的优势集中体现在：其一，促进课程教学模式的改革，改变课程教学格局，使得其展现出参与式、启发式、探究式和讨论式的特点来；其二，促进课内讲授时间的缩短与课时匹配，使学生积极
7、主动参与进去，有利于学生自主学习钻研能力的培养，以更大的兴趣参与到课程学习中去；其三，妥善处理理论教学与实践教学之间的关系，使得课内与课外的比重也朝着理想的方向发展；其四，有利于改变课程评价方式方法，在平时表现和期末考试成绩的综合评比之下，对于学生的成绩进行综合考量，由此形成更好的教学效果。2基于3D打印的案例式教学的实现路径选择。从目前教学经验来看，机械设计应用3D打印案例式教学实现途径主要有以下几种：整体案例式教学。即将课程设计任务纳入到课程教学体系，以课程整体教学案例的视角去开展课程设计，使课设内容和知识点得到优化组合。这种教法一般都是以建立3D打印案例模型的方式，使得课程设计更有目标性
8、和针对性。在使用整体案例式教学法的时候，要注重案例的合理选择，必须要具有代表性，其涵盖的课程知识点应该与课设题目之间存在特定的联系，由此可以保证课设任务的合理分解和安排，这才能够保证整体案例式教学法效果的实现。任务法教学。教学案例设计要与课设题目关联，并且在此基础上将其合理的分组安排,以任务驱动的方式，使得学生能够学习到对应的知识，进而实现课设题目相关任务的完成，在此基础上实现学生课外主动学习探究习惯的培养。任务驱动教学的过程中，关注的主要环节在于：以3D打印为基础，实现不同任务情境的塑造，由此才能够保证任务法教学效益和效率的实现。在此教法运用的过程中需要注意以下内容：任务情境设置要保证与学生
9、的知识系统相关，与学生的平时生活相关，与学生的兴趣点相关，与学生的认知能力相关，这是保证学生切实融入到对应课程教学的重要手段。实物教学法。就是倡导在3D打印的帮助下，尽可能的塑造更多的零件模型和机械模型，使得原本空洞的讲述过程变为眼睛可以看到的实际物品，由此实现教学效益和质量的提升。在实物教学法运用的过程中，教师在课程设计中需要注意以下几个方面:其一，找到学生工程表达能力培养的难点和重点，以此为切入点，实现对应实物的塑造，保证学生在参与3D打印的过程中能够更加清楚的去了解实物的构造，以提升实际的理解效益；其二，鼓励学生以小组的方式去开展模型的改进和设计制作过程中，给予学生更多的机会去接触去探究
10、，由此实现学生多向思维、创新能力和实践能力的培养提升，这也是本教学模式的最大优势之一。实习法教学。为了实现课程理论知识与实践知识之间的融合，为了促进不同课程之间的联动,常会采用的教学策略为：以动手操作方式引导学生去分析问题、讨论问题和探究问题。例如制图课中的减速箱测绘，二维CAD绘图，三维CAD,机设课轴系零件拆装实验，都可以以实习教学方式来贯穿进行，不断加深学生实际感性认知，并引导激发对原理理论的探究。实习法贯彻的过程中，需要对于实习过程进行引导和监督，对于学生可能遇到的问题，要在他们自己探讨的基础上，给予对应的引导，由此才能够发挥对应的效益。竞赛法教学。引入竞争奖励机制，在各章节知识（按常
11、用零件）教学过程中，加重对平时表现的评价在总评成绩中的占比，将课程设计成绩与课程成绩联动，采用竞赛法择优3D打印学生的设计成果模型，激发学生的学习兴趣和钻研精神。3D打印可以为竞赛法的执行营造良好的操作环境，学生可以在3D打印的引导下，保证以更加真实的姿态参与到竞争中去，并且以能够以更加直观的方式来呈现竞赛取得的结果，这对于实际的教学效率提升，教学氛围营造来讲，是很有必要的举措。四、结束语综上所述，机械设计应用3D打印的案例式教学模式，其的确能够引导课程教学质量朝着更高的方向发展和进步。对于课程专业教师而言，应该树立教学创新理念，正确认识3D技术在机械设计案例教学过程中的应用价值，找到全新课程
12、教学策略，由此保证机械设计的教学格局得到全面改善和调整。除此之外，还需要做好以下几个方面的工作：其一，学校要积极参与到3D打印技术引入的工作中去，正确认识3D打印对于机械设计课程质量提升的积极作用，由此保证建立健全对应的3D打印案例式教学体系，保证具备良好的3D打印技术环境和氛围；其二，对于课程应用3D打印技术的方式和方法进行探讨和研究，鼓励教师积极在此方面进行探索，在形成成熟的教学案例之后将其推广，由此发挥3D打印技术在促进专业教学效益提升的作用。参考文献：1金晓怡.机械设计课程案例教学的研究与实践J.机械制造与自动化，2011,(03)：73-76+126.2刘扬，银金光.“机械设计”课程中应用案例教学的探讨J.中国电力教育，2010,(27)：64-65.3龚晓群.机械设计基础课程任务驱动、案例教学模式研究JL南京工业职业技术学院学报,2008,(02)：89-90.4崔建昆，钱炜.机械设计课程实践教学中的工程案例和模块化教学J.中国科教创新导刊,2011,(28)：43-45.5陶平.以工程案例教学促进机械工程知识的建构一一以机械设计课程教学为例J.高教论坛，2015,(04)：24-26.
