機電專業(yè)創(chuàng)新教育3D打印技術研究實踐

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

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

一、國內(nèi)外相關研究現(xiàn)狀分析

（一）國內(nèi)研究現(xiàn)狀分析社會的發(fā)展與進步的永恒主題就是創(chuàng)新，科教興國戰(zhàn)略的實施、教育改革的全面深化、以培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力為首要任務的全面推進，是我國21世紀爭取主動和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重大決策。對中等職業(yè)教育來說，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。我國創(chuàng)新教育起步較晚，雖然越來越多的中職院校開始意識到學生創(chuàng)新教育的重要性，但還處于摸索階段。學生創(chuàng)新能力不強，中職院校的創(chuàng)新教育仍存在一些亟待解決的問題。山東省經(jīng)過近幾年創(chuàng)新教育的建設與發(fā)展，一些中職院校的老師在經(jīng)過相關的培訓與教育后，教學觀念已得到很大改善，嘗試教創(chuàng)融合、理實一體、學做結(jié)合、工學結(jié)合的人才培養(yǎng)機制。經(jīng)過不同層次的創(chuàng)新類比賽很多學生的觀念也得到了很大轉(zhuǎn)變。這對優(yōu)化職業(yè)院校科技創(chuàng)新教育環(huán)境，深化中職學生的創(chuàng)新思維，不斷培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和意識，促進學生的實踐水平不斷提升，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作用。

（二）國外研究現(xiàn)狀分析目前，在高校教育實踐探索中，將創(chuàng)新教育和創(chuàng)業(yè)教育結(jié)合起來，是比較成功的教學嘗試之一，相關教育實踐證明，這種創(chuàng)新的教育模式對提升人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要作用。在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育方面，美國的實踐相對較早，至今已經(jīng)有60多年的歷史了，所以，美國在“雙創(chuàng)”教育方面積累了更多成功的經(jīng)驗，相關教學水平也領先全世界。1.百森商學院的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程百森商學院依據(jù)優(yōu)越的師資力量，通過對真實的案例分析和模擬，幫助鍛煉學生的分析和判斷力，對提升學生的創(chuàng)新思維能力和素養(yǎng)具有一定的效果。在課程設計上，也具有一定的創(chuàng)新性，在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程設計上，研究出一種以學生認知為基礎的課程體系。其中，課程體系建設中，以企業(yè)實際面臨的社會環(huán)境為基礎，針對具體的創(chuàng)業(yè)過程進行模擬，以實現(xiàn)對學生創(chuàng)新能力和素養(yǎng)的有效培養(yǎng)。因此，學生可以積極參與創(chuàng)新學習，教學效果非常好。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，如斯坦福大學的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育模式被稱為“產(chǎn)學研一體化”教學模式，加州大學伯克利分校、麻省理工學院、芝加哥大學、馬里蘭大學史密斯商學院丁曼創(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成功的經(jīng)驗和實踐案例。

二、本項目研究的意義

在職業(yè)教育中，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力是新時期人才培養(yǎng)的基本要求之一。而要實現(xiàn)學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，需要在具體的實踐過程中來完成。所以，針對中職學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，不僅要從思維訓練方面做起，還要從職業(yè)教育層面做起，注重為學生創(chuàng)設更真實的工作場景，讓他們在具體的工作崗位中解決問題，鍛煉自身的能力和素養(yǎng)，提升創(chuàng)新能力。在這一過程中，還需要將中職學生的創(chuàng)業(yè)能力作為重要培養(yǎng)目標之一，通過不斷強化學生的創(chuàng)業(yè)能力，讓他們未來更好地適應社會。

（一）培養(yǎng)中職學生的創(chuàng)新能力符合社會發(fā)展要求當前，我國實施科教興國戰(zhàn)略，培養(yǎng)中職學生的創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)能力，也是時展對新時期人才提出的新要求。學生要真正將科教能力和知識轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，就需要在學習過程中不斷在實踐中解決問題，接受高質(zhì)量的創(chuàng)新教育。

（二）培養(yǎng)中職學生的創(chuàng)新能力是為企業(yè)提供專業(yè)人才的需要目前，企業(yè)競爭中，人才競爭是核心。而在企業(yè)發(fā)展中，創(chuàng)新是必要的條件和動力?，F(xiàn)代企業(yè)的技術人員需要有更多的知識和技能，那些掌握豐富的專業(yè)知識，有著熟練的業(yè)務能力、學習能力、信息技術能力、問題解決能力的人，他們是企業(yè)爭奪的人才。所以，新時期為了適應企業(yè)的人才需要，為企業(yè)提供更多的專業(yè)技術人才，必須在中職教育中強化學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)，促進人才綜合實力的提升。

（三）培養(yǎng)中職學生的創(chuàng)新能力是促進中職學校教育改革的需要現(xiàn)階段，我國的職業(yè)教育中存在諸多問題，教育面臨改革創(chuàng)新之際，開展對中職學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，可以有效應對中職教育中的相關問題，解決中職教育特色不顯著、學生實踐能力弱、崗位競爭力不足、創(chuàng)新能力不足等問題。目前中職教育中理論教學是側(cè)重點，實踐教學相對不足，專業(yè)的實驗課程、實習課程以及技術課程教學層次不高，不能滿足專業(yè)人才培養(yǎng)工作的需要。對此，開展“雙創(chuàng)”教育，可進一步促進學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，可有效促進中職教育改革，促進中職院校教學質(zhì)量不斷提升。

三、具體研究內(nèi)容

1.在全面推進素質(zhì)教育實施的過程中，創(chuàng)新教育是最具代表性的教育模式，它對在基礎教育領域中培養(yǎng)中職生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力具有積極意義。目前，大多數(shù)高職院校都開設了創(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之一。它是基于一個數(shù)字模型文件，被構(gòu)造的對象是逐層打印的。通過每一層不同圖形的積累，最終形成一個三維物體。將3D打印與中職學校倡導的創(chuàng)新教育課程相結(jié)合，已成為培養(yǎng)中職學生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的有效途徑之一。2.將3D打印技術引入機電專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育中，充分發(fā)揮其“整體化知識”的創(chuàng)新引領作用，在3d打印教學中進行創(chuàng)新思維培養(yǎng)的實踐和研究。在第一學期以3DOne三維實體設計基礎建模軟件，初步認識3D打印技術，更多地引導學生運用3DOne軟件建模，打印出自己的3D作品，從而進一步認識快速成型和數(shù)字制造技術。3.開發(fā)機電技術應用專業(yè)系統(tǒng)化的創(chuàng)新課程體系（1）第一階段：以3DOne三維實體設計課程建模為主，利用3D打印機打印制作簡單模型，充分發(fā)揮學生的自主創(chuàng)新能力，通過各個項目制作，初步形成空間思維，提高學生的空間想象能力。（2）第二階段：以真實項目為基礎，結(jié)合機械制圖與AUTOCAD課程，確保相關項目的實用性，相關內(nèi)容安排上，要結(jié)合學生的具體學習基礎和情況，循序漸進，注重學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，鍛煉學生的思維能力和實踐能力。這一階段的項目設計中，要充分考慮綜合性，實現(xiàn)多學科融合。（3）第三階段：加強課程內(nèi)容的綜合性，以CREO建模設計為主，體現(xiàn)多學科的深度融合，讓學生在具體的問題解決中鍛煉創(chuàng)新能力，引導學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，能夠自主地在設計模型中解決問題，完成任務。4.深入挖掘校企合作，構(gòu)建新型的培養(yǎng)模式，進行創(chuàng)新教育的深入改革。（1）企業(yè)創(chuàng)新人才走進課堂。（2）在學生實習過程中，將學生融入企業(yè)的技術革新、生產(chǎn)管理革新過程中去。5.探尋激發(fā)學生自主學習熱情的教學方法。在項目教學法、案例教學法、小組討論式教學法等多種教學方法中，注意研究各項目組成員教學方法的組織形式、實施過程及效果，尋找其在引導學生自主學習方面的影響和作用。

四、改革方案設計

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

（二）開發(fā)一套以職業(yè)素養(yǎng)為基礎，以創(chuàng)新實踐能力為重點的課程體系整個課程體系分為三個階段：第一階段：這一階段的模型主要是結(jié)合日常生活中現(xiàn)有物體進行模仿設計。設計了四個綜合項目，分別是萬圣節(jié)墻貼、花瓶、萬圣節(jié)南瓜燈、馬克杯。以3DOne三維實體設計課程建模為主，加入簡易的電路裝置和傳感器，為學生設計多功能的模型提供支持。學生針對項目主題進行研究、策劃、設計、建模和打印。從策劃、設計到制作、打印等一系列的開發(fā)過程均由自己親手完成，到自己制作的產(chǎn)品能夠按照設計要求完成任務，其成功的喜悅，產(chǎn)生向具有無限開發(fā)潛力的創(chuàng)新領域進行永無止境的探索的動力。第二階段：與第一階段的綜合項目相比，第二階段的綜合項目設計主題更貼近學生的日常生活，更具常識的認知性，內(nèi)容安排更符合學生的學習規(guī)律，從簡到難，更有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維，提高學生的創(chuàng)新能力和動手能力。大部分中職學生學習機械制圖內(nèi)容時，空間想象能力不足，尤其是學習三視圖、剖視圖、裝配圖等內(nèi)容時難以接受。因此，此階段項目實施時，遵循“3DOne三維建?！?D打印—AUTOCAD二維繪圖—機械繪圖”模式：提出一個項目，學生先充分發(fā)揮自己的創(chuàng)新能力，設計出多樣化和個性化模型并打印成型，然后通過測繪完成AUTOCAD二維繪圖，最終完成手工繪圖，學會枯燥難學的機械制圖知識。這樣不但激發(fā)了學生學習創(chuàng)新的興趣，培養(yǎng)了學生創(chuàng)新的實踐能力，更全面地提升了對專業(yè)課程的學習興趣，增強接受專業(yè)知識的能力。第三階段：此階段的綜合項目旨在加強課程內(nèi)容的綜合性。學習內(nèi)容更深入、綜合性更強，依托CREO建模設計課程，體現(xiàn)了多學科融合。如橋梁模型設計、橋梁結(jié)構(gòu)與承載力關系的探討教學中，具體的教學設計需要結(jié)合課程的實際教學目標，將重要知識點連接起來，進行內(nèi)部關系的探討。通過有效引導，促進學生在這一過程中鍛煉問題解決能力，確保設計的模型智能化、自動化程度不斷提升，還可以增設主題研究和討論環(huán)節(jié)，讓學生在不同節(jié)日中進行學習，實現(xiàn)學生多學科綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)。因此，這一階段的教學是對以上兩個階段的升華和總結(jié)，讓學生能夠更好地掌握設計要點，將專業(yè)知識應用到實踐中，在具體的問題解決中實現(xiàn)知識掌握和應用，在設計中感受三維立體設計的美感，鍛煉理性思維和創(chuàng)新思維，這對學生的審美能力和創(chuàng)新能力提升具有很好的作用。

作者：趙杰 單位：德州機電工程學校