機(jī)電專業(yè)創(chuàng)新教育3D打印技術(shù)研究實(shí)踐

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［摘要］以3D打印技術(shù)為載體，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的興趣。中職學(xué)校在全面提倡實(shí)施素質(zhì)教育的過(guò)程中，創(chuàng)新教育作為最具代表性的教育模式，對(duì)在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域培養(yǎng)中職學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力具有積極意義。將3D打印與中職學(xué)校所提倡的創(chuàng)新教育課程相結(jié)合，是激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新興趣的有效途徑之一。

［關(guān)鍵詞］創(chuàng)新教育；3D打印技術(shù)；創(chuàng)新課程體系；課程融合

一、國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀分析

（一）國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀分析社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步的永恒主題就是創(chuàng)新，科教興國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施、教育改革的全面深化、以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為首要任務(wù)的全面推進(jìn)，是我國(guó)21世紀(jì)爭(zhēng)取主動(dòng)和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重大決策。對(duì)中等職業(yè)教育來(lái)說(shuō)，深入探討和研究創(chuàng)新教育，培養(yǎng)一大批具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的新技能型人才，是必須完成的戰(zhàn)略性任務(wù)。我國(guó)創(chuàng)新教育起步較晚，雖然越來(lái)越多的中職院校開(kāi)始意識(shí)到學(xué)生創(chuàng)新教育的重要性，但還處于摸索階段。學(xué)生創(chuàng)新能力不強(qiáng)，中職院校的創(chuàng)新教育仍存在一些亟待解決的問(wèn)題。山東省經(jīng)過(guò)近幾年創(chuàng)新教育的建設(shè)與發(fā)展，一些中職院校的老師在經(jīng)過(guò)相關(guān)的培訓(xùn)與教育后，教學(xué)觀念已得到很大改善，嘗試教創(chuàng)融合、理實(shí)一體、學(xué)做結(jié)合、工學(xué)結(jié)合的人才培養(yǎng)機(jī)制。經(jīng)過(guò)不同層次的創(chuàng)新類比賽很多學(xué)生的觀念也得到了很大轉(zhuǎn)變。這對(duì)優(yōu)化職業(yè)院校科技創(chuàng)新教育環(huán)境，深化中職學(xué)生的創(chuàng)新思維，不斷培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生的實(shí)踐水平不斷提升，為專業(yè)培養(yǎng)更多的優(yōu)質(zhì)人才，發(fā)揮了極其重要的推動(dòng)作用。

（二）國(guó)外研究現(xiàn)狀分析目前，在高校教育實(shí)踐探索中，將創(chuàng)新教育和創(chuàng)業(yè)教育結(jié)合起來(lái)，是比較成功的教學(xué)嘗試之一，相關(guān)教育實(shí)踐證明，這種創(chuàng)新的教育模式對(duì)提升人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要作用。在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育方面，美國(guó)的實(shí)踐相對(duì)較早，至今已經(jīng)有60多年的歷史了，所以，美國(guó)在“雙創(chuàng)”教育方面積累了更多成功的經(jīng)驗(yàn)，相關(guān)教學(xué)水平也領(lǐng)先全世界。1.百森商學(xué)院的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程百森商學(xué)院依據(jù)優(yōu)越的師資力量，通過(guò)對(duì)真實(shí)的案例分析和模擬，幫助鍛煉學(xué)生的分析和判斷力，對(duì)提升學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和素養(yǎng)具有一定的效果。在課程設(shè)計(jì)上，也具有一定的創(chuàng)新性，在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程設(shè)計(jì)上，研究出一種以學(xué)生認(rèn)知為基礎(chǔ)的課程體系。其中，課程體系建設(shè)中，以企業(yè)實(shí)際面臨的社會(huì)環(huán)境為基礎(chǔ)，針對(duì)具體的創(chuàng)業(yè)過(guò)程進(jìn)行模擬，以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和素養(yǎng)的有效培養(yǎng)。因此，學(xué)生可以積極參與創(chuàng)新學(xué)習(xí)，教學(xué)效果非常好。2.其他高校的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育除此之外，其他高校也有較為知名的創(chuàng)業(yè)中心，如斯坦福大學(xué)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育模式被稱為“產(chǎn)學(xué)研一體化”教學(xué)模式，加州大學(xué)伯克利分校、麻省理工學(xué)院、芝加哥大學(xué)、馬里蘭大學(xué)史密斯商學(xué)院丁曼創(chuàng)業(yè)中心等。它們都已經(jīng)在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育方面積累了相對(duì)成功的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐案例。

二、本項(xiàng)目研究的意義

在職業(yè)教育中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是新時(shí)期人才培養(yǎng)的基本要求之一。而要實(shí)現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，需要在具體的實(shí)踐過(guò)程中來(lái)完成。所以，針對(duì)中職學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，不僅要從思維訓(xùn)練方面做起，還要從職業(yè)教育層面做起，注重為學(xué)生創(chuàng)設(shè)更真實(shí)的工作場(chǎng)景，讓他們?cè)诰唧w的工作崗位中解決問(wèn)題，鍛煉自身的能力和素養(yǎng)，提升創(chuàng)新能力。在這一過(guò)程中，還需要將中職學(xué)生的創(chuàng)業(yè)能力作為重要培養(yǎng)目標(biāo)之一，通過(guò)不斷強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)業(yè)能力，讓他們未來(lái)更好地適應(yīng)社會(huì)。

（一）培養(yǎng)中職學(xué)生的創(chuàng)新能力符合社會(huì)發(fā)展要求當(dāng)前，我國(guó)實(shí)施科教興國(guó)戰(zhàn)略，培養(yǎng)中職學(xué)生的創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)能力，也是時(shí)展對(duì)新時(shí)期人才提出的新要求。學(xué)生要真正將科教能力和知識(shí)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，就需要在學(xué)習(xí)過(guò)程中不斷在實(shí)踐中解決問(wèn)題，接受高質(zhì)量的創(chuàng)新教育。

（二）培養(yǎng)中職學(xué)生的創(chuàng)新能力是為企業(yè)提供專業(yè)人才的需要目前，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中，人才競(jìng)爭(zhēng)是核心。而在企業(yè)發(fā)展中，創(chuàng)新是必要的條件和動(dòng)力?，F(xiàn)代企業(yè)的技術(shù)人員需要有更多的知識(shí)和技能，那些掌握豐富的專業(yè)知識(shí)，有著熟練的業(yè)務(wù)能力、學(xué)習(xí)能力、信息技術(shù)能力、問(wèn)題解決能力的人，他們是企業(yè)爭(zhēng)奪的人才。所以，新時(shí)期為了適應(yīng)企業(yè)的人才需要，為企業(yè)提供更多的專業(yè)技術(shù)人才，必須在中職教育中強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)，促進(jìn)人才綜合實(shí)力的提升。

（三）培養(yǎng)中職學(xué)生的創(chuàng)新能力是促進(jìn)中職學(xué)校教育改革的需要現(xiàn)階段，我國(guó)的職業(yè)教育中存在諸多問(wèn)題，教育面臨改革創(chuàng)新之際，開(kāi)展對(duì)中職學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，可以有效應(yīng)對(duì)中職教育中的相關(guān)問(wèn)題，解決中職教育特色不顯著、學(xué)生實(shí)踐能力弱、崗位競(jìng)爭(zhēng)力不足、創(chuàng)新能力不足等問(wèn)題。目前中職教育中理論教學(xué)是側(cè)重點(diǎn)，實(shí)踐教學(xué)相對(duì)不足，專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程、實(shí)習(xí)課程以及技術(shù)課程教學(xué)層次不高，不能滿足專業(yè)人才培養(yǎng)工作的需要。對(duì)此，開(kāi)展“雙創(chuàng)”教育，可進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，可有效促進(jìn)中職教育改革，促進(jìn)中職院校教學(xué)質(zhì)量不斷提升。

三、具體研究?jī)?nèi)容

1.在全面推進(jìn)素質(zhì)教育實(shí)施的過(guò)程中，創(chuàng)新教育是最具代表性的教育模式，它對(duì)在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域中培養(yǎng)中職生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力具有積極意義。目前，大多數(shù)高職院校都開(kāi)設(shè)了創(chuàng)新教育系列課程。三維打印，又稱“增材制造”，是目前比較流行的快速成型技術(shù)之一。它是基于一個(gè)數(shù)字模型文件，被構(gòu)造的對(duì)象是逐層打印的。通過(guò)每一層不同圖形的積累，最終形成一個(gè)三維物體。將3D打印與中職學(xué)校倡導(dǎo)的創(chuàng)新教育課程相結(jié)合，已成為培養(yǎng)中職學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的有效途徑之一。2.將3D打印技術(shù)引入機(jī)電專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育中，充分發(fā)揮其“整體化知識(shí)”的創(chuàng)新引領(lǐng)作用，在3d打印教學(xué)中進(jìn)行創(chuàng)新思維培養(yǎng)的實(shí)踐和研究。在第一學(xué)期以3DOne三維實(shí)體設(shè)計(jì)基礎(chǔ)建模軟件，初步認(rèn)識(shí)3D打印技術(shù)，更多地引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用3DOne軟件建模，打印出自己的3D作品，從而進(jìn)一步認(rèn)識(shí)快速成型和數(shù)字制造技術(shù)。3.開(kāi)發(fā)機(jī)電技術(shù)應(yīng)用專業(yè)系統(tǒng)化的創(chuàng)新課程體系（1）第一階段：以3DOne三維實(shí)體設(shè)計(jì)課程建模為主，利用3D打印機(jī)打印制作簡(jiǎn)單模型，充分發(fā)揮學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，通過(guò)各個(gè)項(xiàng)目制作，初步形成空間思維，提高學(xué)生的空間想象能力。（2）第二階段：以真實(shí)項(xiàng)目為基礎(chǔ)，結(jié)合機(jī)械制圖與AUTOCAD課程，確保相關(guān)項(xiàng)目的實(shí)用性，相關(guān)內(nèi)容安排上，要結(jié)合學(xué)生的具體學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和情況，循序漸進(jìn)，注重學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，鍛煉學(xué)生的思維能力和實(shí)踐能力。這一階段的項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，要充分考慮綜合性，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科融合。（3）第三階段：加強(qiáng)課程內(nèi)容的綜合性，以CREO建模設(shè)計(jì)為主，體現(xiàn)多學(xué)科的深度融合，讓學(xué)生在具體的問(wèn)題解決中鍛煉創(chuàng)新能力，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，能夠自主地在設(shè)計(jì)模型中解決問(wèn)題，完成任務(wù)。4.深入挖掘校企合作，構(gòu)建新型的培養(yǎng)模式，進(jìn)行創(chuàng)新教育的深入改革。（1）企業(yè)創(chuàng)新人才走進(jìn)課堂。（2）在學(xué)生實(shí)習(xí)過(guò)程中，將學(xué)生融入企業(yè)的技術(shù)革新、生產(chǎn)管理革新過(guò)程中去。5.探尋激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)熱情的教學(xué)方法。在項(xiàng)目教學(xué)法、案例教學(xué)法、小組討論式教學(xué)法等多種教學(xué)方法中，注意研究各項(xiàng)目組成員教學(xué)方法的組織形式、實(shí)施過(guò)程及效果，尋找其在引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)方面的影響和作用。

四、改革方案設(shè)計(jì)

（一）轉(zhuǎn)變教師觀念，提高師資力量，引導(dǎo)師生協(xié)同創(chuàng)新

（二）開(kāi)發(fā)一套以職業(yè)素養(yǎng)為基礎(chǔ)，以創(chuàng)新實(shí)踐能力為重點(diǎn)的課程體系整個(gè)課程體系分為三個(gè)階段：第一階段：這一階段的模型主要是結(jié)合日常生活中現(xiàn)有物體進(jìn)行模仿設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了四個(gè)綜合項(xiàng)目，分別是萬(wàn)圣節(jié)墻貼、花瓶、萬(wàn)圣節(jié)南瓜燈、馬克杯。以3DOne三維實(shí)體設(shè)計(jì)課程建模為主，加入簡(jiǎn)易的電路裝置和傳感器，為學(xué)生設(shè)計(jì)多功能的模型提供支持。學(xué)生針對(duì)項(xiàng)目主題進(jìn)行研究、策劃、設(shè)計(jì)、建模和打印。從策劃、設(shè)計(jì)到制作、打印等一系列的開(kāi)發(fā)過(guò)程均由自己親手完成，到自己制作的產(chǎn)品能夠按照設(shè)計(jì)要求完成任務(wù)，其成功的喜悅，產(chǎn)生向具有無(wú)限開(kāi)發(fā)潛力的創(chuàng)新領(lǐng)域進(jìn)行永無(wú)止境的探索的動(dòng)力。第二階段：與第一階段的綜合項(xiàng)目相比，第二階段的綜合項(xiàng)目設(shè)計(jì)主題更貼近學(xué)生的日常生活，更具常識(shí)的認(rèn)知性，內(nèi)容安排更符合學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律，從簡(jiǎn)到難，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力。大部分中職學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械制圖內(nèi)容時(shí)，空間想象能力不足，尤其是學(xué)習(xí)三視圖、剖視圖、裝配圖等內(nèi)容時(shí)難以接受。因此，此階段項(xiàng)目實(shí)施時(shí)，遵循“3DOne三維建?！?D打印—AUTOCAD二維繪圖—機(jī)械繪圖”模式：提出一個(gè)項(xiàng)目，學(xué)生先充分發(fā)揮自己的創(chuàng)新能力，設(shè)計(jì)出多樣化和個(gè)性化模型并打印成型，然后通過(guò)測(cè)繪完成AUTOCAD二維繪圖，最終完成手工繪圖，學(xué)會(huì)枯燥難學(xué)的機(jī)械制圖知識(shí)。這樣不但激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)創(chuàng)新的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新的實(shí)踐能力，更全面地提升了對(duì)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)接受專業(yè)知識(shí)的能力。第三階段：此階段的綜合項(xiàng)目旨在加強(qiáng)課程內(nèi)容的綜合性。學(xué)習(xí)內(nèi)容更深入、綜合性更強(qiáng)，依托CREO建模設(shè)計(jì)課程，體現(xiàn)了多學(xué)科融合。如橋梁模型設(shè)計(jì)、橋梁結(jié)構(gòu)與承載力關(guān)系的探討教學(xué)中，具體的教學(xué)設(shè)計(jì)需要結(jié)合課程的實(shí)際教學(xué)目標(biāo)，將重要知識(shí)點(diǎn)連接起來(lái)，進(jìn)行內(nèi)部關(guān)系的探討。通過(guò)有效引導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生在這一過(guò)程中鍛煉問(wèn)題解決能力，確保設(shè)計(jì)的模型智能化、自動(dòng)化程度不斷提升，還可以增設(shè)主題研究和討論環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在不同節(jié)日中進(jìn)行學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生多學(xué)科綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)。因此，這一階段的教學(xué)是對(duì)以上兩個(gè)階段的升華和總結(jié)，讓學(xué)生能夠更好地掌握設(shè)計(jì)要點(diǎn)，將專業(yè)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中，在具體的問(wèn)題解決中實(shí)現(xiàn)知識(shí)掌握和應(yīng)用，在設(shè)計(jì)中感受三維立體設(shè)計(jì)的美感，鍛煉理性思維和創(chuàng)新思維，這對(duì)學(xué)生的審美能力和創(chuàng)新能力提升具有很好的作用。

作者：趙杰 單位：德州機(jī)電工程學(xué)校