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摘要：3D打印技术是近年来制造业有代表的颠覆性技术，它改变了传统制造的理念和模式，具有重大价值。本文列举了国内各高校将3D打印技术应用到机械专业创新型人才培养中的不同教学手段，结合郑州商学院信息与机电工程学院机械设计制造及其自动化专业人才创新培养模式现状，对运用3D打印技术培养民办高校机械专业创新人才进行探索研究。
关键词：3D打印；机械；创新培养；民办高校
本文引用格式：张佳琛.3D打印在民办高校机械专业人才创新培养中的应用[J].教育现代化,2020,7(44):22-24.
The Application of 3D Printing in the Innovative Training of Mechanical Specialty in Private Colleges
ZHANG Jia-chen
(Zhengzhou Business University,Gongyi Henan)
Abstract:3D printing technology is a representative disruptive technology in manufacturing industry in recent years.It is of great value because it has changed the concept and mode of traditional manufacturing.Combining with the current situation of innovation training mode of talents majoring in mechanical design,manufacturing and automation in college of information and mechanical and electrical engineering of Zhengzhou Business University,this paper explores the application of 3D Printing technology in training innovative talents of mechanical specialty in private colleges and universities by enumerating the different teaching methods that applying 3D Printing technology in the training of innovative talents in mechanical engineering of domestic universities.
Key words:3D Printing;Machinery;Innovative training;Private colleges
一 引言
理论性与实践性强且两者紧密结合是机械专业的一个显著特点，该专业涉及知识面广、涵盖内容丰富。随着我国信息科学技术的不断发展，未来社会需要机械专业学生掌握更扎实的理论知识和过硬的实操能力。高校机械专业培养具有良好职业道德、专业知识素养和职业能力，掌握现代机械制造及自动控制的理论知识、应用技术和操作技能，能够从事设计制造、科技研发、应用研究、运行管理、经营销售等方面工作的高素质应用技术型复合人才。主干学科包括：机械制图、理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、电工学、液气压传动、机械制造工艺学、数控加工技术、机床电气控制与PLC、单片机技术等。
3D打印即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。它在生产零部件时不用考虑生产工艺问题，任何复杂形状的设计均可以通过3D打印机来实现；将制造模型时间缩短为数小时，根据打印机性能和模型尺寸而定，性能越好时间越短。2015年2月18日，工信部颁布的《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》，2015年8月，李克强指出，3D打印是制造业有代表性的颠覆性技术，实现了制造从等材、减材到增材的重大转变，改变了传统制造的理念和模式，具有重大价值。在建设新工科历史背景下，各高校已经有针对地将3D打印技术全面深入应用到机械专业创新型人才培养中，将3D打印技术应用到机械专业教学中，改变传统单一枯燥的教学模式，探索一条创新性人才培养道路是值得研究的。民办高校如何根据学校机械专业特点，提高专业教育自主创新能力，激发学生的学习积极主动性以及创新能力，使学校培养出来的学生在未来竞争日益激烈的社会中立于不败之地，是值得探索研究的一个课题[1-5]。
二国内高校机械专业创新培养现状
内蒙古广播电视大学理工学院针对机械专业基础课单一传统的授课教学模式带来的学生普遍创新能力不足问题，提出在机械专业重要的专业基础课《机械制图》课程的教学过程中，利用3D打印技术简单快速地打印出学生难以想象出来三维立体图形，避免传统零件模型教具准备费时费力、教学效果不理想现象，例如学生可以在电脑上对两个相贯体组合进行三维建模并通过3D打印机打印制作，从自己的动手实践操作过程中能够更好地理解两物体相贯的具体结构，有利于学生学好专业基础课。
江西工程学院针对传统《机械设计》《机械原理》课程教学中存在的问题，利用3D打印技术大胆地进行课程教学改革创新，并将其运用到各教学环节中，得到了该校学生的广泛好评，取得了非常理想的教学效果。其3D打印教学具体思路如下：1.准备充足的硬件和软件；2.利用3D打印机打印制作课程中需要的实体模型，让学生观察熟悉；3.以具体的机械零件、机构模型案例组织教学，分析其工作原理和内部结构；4.实现课程设计与打印模型案例无缝对接；5.通过课程设计竞赛，激发学生学习热情。
江苏科技大学机电与动力工程学院在机械专业实践教学过程中探索出了一条“三位一体”的应用创新双结合的人才培养模式，“三位一体”即机械专业知识、机械类软件操作、3D打印应用相结合。创建相关实验室，制定创新人才培养方案，为学生提供实践教学平台，使其积极主动加入到相关课题项目中，检验基于3D打印技术创新型人才培养效果。北京航空航天大学机械工程及自动化学院的彭翀指出传统机械专业教学效果不理想的原因：1.教学方式不够直观；2.教学模型实用性差，难以激发学生兴趣；3.专用教学模型费时费力，不利于教学推广。研究3D打印技术在机械专用教具中的应用，以3D打印教具在《互换性与测量技术》《机械制造装备》《机械原理》3门机械专业课中的应用为基础，探索出了一种创新教学技术手段。
山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室为解决机械专业课程《机械制造技术基础》在授课过程中平面化的多媒体手段和立体教具费用高等问题，利用FDM型3D打印机打印出满足教学要求的典型刀具模型教具，与传统的单独开模设计注塑加工制作相比，大大降低了成本，节省时间。通过3D打印制作并涂色的刀具模型与传统模型相比，更加清晰直观地展示出刀尖、前刀面、后刀面等刀具切削部分专业内容，减轻学生因空间想象力弱造成的学习困难；在刀具模型的建模、3D打印制作过程中，可以降低课程的枯燥程度，能够提高学生对专业知识的兴趣、理解能力和积极性，FDM型3D打印技术在机械专业教学用具中的应用将随着3D打印技术的不断发展，得到更广阔的发展空间。
三 机械专业传统教学中存在的问题
传统的机械专业教学方法主要采用多媒体理论教学和实验教学等手段，多媒体可以通过课件、动画、图片的形式强化学生对所学机构、零件的空间想象能力；实验教学也可以提高一些学生的动手实操能力，但这些传统的教学手段在学生的创新培养方面还存在一些问题和不足。1.机械零件的内部构造、机构的运动原理等专业基础知识很难通过静态固定的教具直观反映，学生难以理解学习；2.教师讲授、观看教具模型、设定好的实验使学生被动接受知识，很难激发学生学习积极主动性和创新意识，作业、实验报告千篇一律不能体现学生的创新设计能力；3.传统的机械教具模型成本高、种类有限，很难让学生全面理解所学专业知识内容；4.传统的机械专业课程如《机械原理》《机械设计》的讲授，尤其是机械工程语言的《机械制图》课程的讲授过程，很难充分开发学生的空间想象、探索、创新能力；5.传统的机械专业课程教学过程中，注重学生对机械基本原理基础理论知识的认知学习，忽视了对学生机械创新设计能力的培养。
四 民办高校机械专业创新培养探索
民办高校本科教育作为我国高等教育的重要补充与支持，多年来得到国家的鼓励而不断发展，各个专业人才创新培养是其发展、完善的重要组成部分。郑州商学院信息与机电工程学院机械设计制造及其自动化专业自2015年8月建立以来培养服务地方经济发展需要，掌握扎实机械设计、机械制造、自动化设备等方面的基本理论基础知识，具有创新实践能力和职业素养的，能够在工业生产一线从事产品设计、生产制造、经营销售、售后服务等一系列工作的，德智体美劳全面发展的高素质应用型人才。以下是学院机械专业将3D打印应用于专业人才创新培养的探索。
（一）3D打印实训室建设
为满足信息与机电工程学院机械专业创新人才培养需要，学院实验中心先后采购极光尔沃Z603S型号3D打印机1台、极光尔沃A5型号3D打印机8台、天远三维OKIO-E型号三维扫描仪1台以及与打印机配套电脑和打印耗材，以此为基础建设3D打印实训室，实验中心专人负责设备定期维护并根据每学期耗材使用情况集中采购。3D打印实训室是面向机械设计制造及其自动化专业、机电一体化技术专业、电气工程及其自动化专业的综合性实验室，能够满足3D打印课程的创新实践教学任务。可巩固三维计算机辅助设计基础知识，强化增材加工意识，培养学生创新思维及综合设计制造的能力。
（二）3D打印特色课程
信工学院机械教研室研究决定在机械专业人才培养方案中增加3D打印课程，设定为专业必修课，并安排在专业基础课和专业课之间进行学习，起承上启下作用，贯穿整个机械专业课程始终；并将3D打印课程列入个性化培养就业创业方向课程系列，供工科机械、电气、电子、自动化等专业学生选报学习，本课程学习的目的是使学生掌握FDM桌面级3D打印机的基本操作技能和与之配套软件的使用，通过一些实践项目的锻炼，最终能熟练使用3D打印机打印出三维模型，通过学习3D打印实践课程，对学生今后的学习与就业有非常重要的现实意义。在3D打印个性化课程中通过引导学生打印本专业相关零件、机构等模型，可以让他们感性直观地理解巩固专业基础知识，为以后创新创业打下基础，通过数据调查，3D打印个性化课程报名人数位居信工学院开设的所有个性化课程榜首，其中机械专业学生选报人数占总人数90%以上，说明机械专业学生对3D打印技术的浓厚兴趣。
（三）3D打印机械创新教学
老师在机械专业3D打印课程授课过程中打破传统授课方式，有针对性地增设与机械专业课程《机械原理》《机械设计》《机械制造工艺学》等相关实验项目，提高学生机械创新设计能力，例如分组设计平面四杆机构并打印、设计行星轮系机构并打印、渐开线齿轮模型、链轮模型、常用金属加工刀具模型的设计与打印等，这样机械专业学生既能学习感受先进的3D打印增材制造技术，又能通过自己的创新设计巩固理解所学各类机构运动原理，了解各类机械零件模型的另类加工制造过程。
（四）3D打印机械创新竞赛
学院在3D打印实训室无课时间鼓励学生组团申请开放实验室，合理利用实验室资源，在训练巩固所学实操技能的基础上积极参加3D打印相关竞赛，以赛促学、以赛促教，培养学生创新意识，增强学生的机械创新设计能力、工程实践能力和团队合作能力。定期从学生社团中选拔优秀学生参加由西安交通大学、国家增材制造创新中心等单位联合主办的中国（国际）3D打印创意设计大赛高校组比赛。
（五）3D打印应用于机械设计课程设计
学院机械专业机械设计课程设计中的零件图的教学设计环节，打破传统的直接绘制零件图，学生可以依托3D打印实训室根据在规定的开放时间内申请进行课外实验设计打印零件，在3D打印实训室，学生们能够发散创新思维，自己动手设计打印在课程设计中要用到的零件，并对其进行预装配，提前发现设计的机械装置不足之处，优化设计内容。
五 结语
在新工科背景下，3D打印技术在民办高校机械专业创新教学中的应用有着重要的指导意义。本文针对机械专业传统的教学方法中存在的问题，在研究国内各高校运用3D打印技术对机械专业创新人才培养现状基础上，紧跟民办高校创新型人才培养教学改革、提高人才培养质量的步伐，阐述了郑州商学院机械专业在人才创新培养方面，如何建设3D打印实训室；通过打造3D打印个性化特色课程，分类培养贯穿专业基础课和专业课之间，培养学生的创新设计意识；增设与机械专业知识相关的实验项目的创新教学设计环节，提高学生创新设计能力巩固所学专业知识；以及如何利用实验室开放时间备战3D打印大赛和打印一些与机械设计课程设计相关零件，提升学生综合实践创新能力。对民办高校机械专业在人才创新培养中发挥3D打印技术创新教学功能具有一定的实际应用价值[6-10]。
参考文献
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