摘 要：“兴趣是最好的老师”，如何调动学生课堂上的学习兴趣与主观能动性一直是教学改革的焦点之一。本文探讨了将3D打印技术融入到机械三维CAD课程的教学实践之中，通过3D打印形成实物提高课程趣味性以激发学生的学习积极性，从而增强学生自主CAD设计并打印作品的主观能动性，提高学生机械CAD（UG）三维造型能力。进而，形成以3D打印技术为载体驱动的机械三维CAD课程教学改革实施办法。
关键词：机械三维CAD 3D打印技术 教学改革 兴趣 主观能动性
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）12（c）-0107-02
3D打印，以经过智能化处理后的3D数值模型为基础，通过逐层增加材料的方式来构造任意复杂的3D实体形状[1]。时至今日，3D打印技术已在制造业中不可或缺并正在快速改变传统的生产生活方式。三维数字模型文件是3D打印的基础，而高职课程《机械三维CAD》课程的学习则是利用造型软件进行数字模型文件的创建。众所周知，教学活动中所呈现普遍性矛盾就是想方设法培养学生对所学课程的兴趣[2]。由此，可将3D打印技术融入到机械三维CAD课程的教学改革之中，通过3D打印使三维数字文件实物化、具象化，实现产品（或模型）“即创作即得到”，从而极大地提高学生的学习兴趣。从现实的教学效果来看，在涉及利用三维软件进行模型创建以及自主创新设计时，学生们往往缺乏积极性与主观能动性，而3D打印却为我们提供了一个低成本高效率的实物成型技术平台。在国外，3D打印已是一种时尚[3-4]，而国内也有为数不少的院校已组建3D打印实训室。
本文探讨了将3D打印技术融入到《机械三维CAD》课程的教学改革，希望藉此培养学生的兴趣，激发学生学习的主观能动性，从而改善学习效果。
1 3D打印技术概述
3D打印是一种以数字模型文件为基础，运用不同形态的金属、塑料或树脂等材料，通过逐层堆积成型的方式来构造实物[1]。打印所需的模型文件可通过各种三维软件进行数字建模，或逆向工程得到实物的扫描信息。模型文件导入机器后，需要进行模型的分层处理，一般是借助切片软件对模型数据进行逐层分切，获取每层的截面信息。切片软件一般由3D打印机设备厂商提供。当数字模型文件创建成功后导入至切片软件中，根据打印需求设置打印参数，之后切片软件将自动进行切片，即模型微分过程。而3D打印成型则是积分过程，由每一层产品实体特征累积而成。
目前应用较为广泛的3D打印为FDM成型工艺。FDM工艺是将待成形件的三维数字模型沿Z轴进行分层切片，然后利用PLA或ABS等材料经打印设备熔融后成型模型的每一层并依次叠加，最终堆积形成产品。我校新成立的3D打印实训室正是FDM技术成型设备。
2 《机械三维CAD》课程的教学现状
《机械三维CAD》课程是我校机制专业与数控专业培养方案的核心基础课。通过前期教学发现同学们在利用UG建模时出现如下问题[1]。
（1）学生对于常见的拉伸、回转等命令能够正确使用，但在涉及到具体模型的创建时，其灵活应用能力较为欠缺。
（2）能够完成老师布置的课堂作业，但利用课外时间进行自主学习的较少，缺乏主动学习的积极性。
（3）缺乏主观能动性，没有自主进行三维模型创意设计的意识。学生兴趣欠缺，对于相对复杂的产品造型有畏难情绪，不肯动手动脑。
针对上述问题，归根结底，应在教学过程中想方设法解决学生学习积极性不高的问题。例如，学生可以自己选择自己感兴趣的主题来设计作品并进行产品打印实现实物再现，以提高他们的学习兴趣。
3 融入3D打印的《机械三维CAD》课程教学具体实践
傳统的《机械三维CAD》课程是通过老师的讲解来完成的，但学生在学习过程中感受不到造型设计的快乐，毕竟图形始终是抽象不可见的。3D打印的出现，使得学生的设计作品可以一种低成本、快捷的方式得以实现，是将图纸转变为产品实物的最佳载体。学生在将自己的设计作品逐步变成现实的过程中得到了极大的成就感，如此则激发了学生的学习兴趣。
明确告知大家最终的课程成绩评价体系：对于作品造型完整且打印得到实物产品的同学，成绩更优，而如有巧妙构思的造型设计则给予适当奖分。这样，能够最大程度地激发学生的创作热情与源动力。
现以某次课堂教学任务为例进行机械三维CAD与3D打印成型的课堂教学实践活动。在学生完成了常见的实体拉伸及简单的曲面造型等命令的学习后，即可进行融入3D打印的造型设计实战学习。老师需要布置设计作品题目的范围：（1）再现重庆工程职业技术学院官方微信卡通虚拟代言人—工小程形象；（2）日常生活用品，具体不限。二者选其一。设计作品需用3D打印机打印实现并准备答辩PPT，讲解自己的设计缘由、思路以及实现途径。学生可根据自己的兴趣自由选题，充分发挥设计者的创新力，最终每个同学在学期末都要提交自己独立完成的设计作品。
图1为3名同学就我校“工小程”形象进行造型的图片。可以看到，在细节部分，如：眼睛、嘴巴与手指的造型各有不同，显示出同学们的自主创新能力，体现了学生在学习过程中主观能动性的发挥。图2（a）为同学创建的水壶的三维数字文件，图2（b）为水壶实物的3D打印过程，图2（c）为多名同学3D打印呈现的水壶、台灯等生活用品实物图。实践证明，同学们对于能够进行实物成型的UG造型学习产生了浓厚兴趣，学生在完成自己学习任务的过程中，自觉进行了各种不同生活用品的造型，熟练掌握了造型方法，提高了造型技能；并且，在相互的交流过程中也提高了自己的创新意识，这种自觉行为的学习起到了事半功倍的效果。
4 结语
通过实施以3D打印为载体驱动的机械三维CAD课程教学模式改革，大大提高了学生的学习积极性与主观能动性，转变了目前以教为主到以学为主的学习模式，真正做到了使学生主动学习。学生的学习不再只是绘制抽象的数字模型，使沉闷乏味的课堂变成了创意无限的工作室。教学改革的成果不仅能提高学生的各方面能力，而且培养了高职学生的自主学习行为。学生在主动参与、善于思考的过程中提高了动手能力和创新创意设计能力，也必将成为对社会有用的技术技能型优秀人才。
参考文献
[1]林雪冬，孙建，叶京川.基于3D打印培养高职生创新能力的探索与实践[J].科技资讯，2017，15（25）：142-143.
[2]王睿鹏，耿桂宏，张书杰，等.结合3D打印技术的机械三维CAD课程教学改革探索[J].电脑知识与技术，2016， 12（11X）：147-148.
[3]Steve Wilkinson，Nick Cope.Chapter 10-3D Printing and Sustainable Product Development [Z].Green Information Technology，2015：161，183.
[4]Christian Weller，Robin Kleer，Frank T Piller.Economic implications of 3D printing：Market structure models in light of additive manufacturing revisited[J].International Journal of Production Economics，2015，164（1）：43-56.
