文/廣州市增城區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)校 羅鳳微

3D打印技術(shù)基礎(chǔ)訓(xùn)練是近幾年中職院校模具制造技術(shù)專業(yè)新開(kāi)發(fā)的一門(mén)專業(yè)技能課程。3D打印與制造技術(shù)是以3D數(shù)字模型為基礎(chǔ)，通過(guò)逐層打印可粘平臺(tái)的材料(包括塑料、金屬、生物材料等)來(lái)構(gòu)造產(chǎn)品的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在汽車(chē)、航空航天、工業(yè)設(shè)計(jì)等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，甚至應(yīng)用在珠寶、教育、科研和醫(yī)療領(lǐng)域。開(kāi)設(shè)3D打印技術(shù)基礎(chǔ)訓(xùn)練課程意在使學(xué)生理解3D打印軟件的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，掌握3D打印操作的專業(yè)技能，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。研究表明，堅(jiān)持以學(xué)生為中心，采取案例教學(xué)方法可以有效開(kāi)展3D打印技術(shù)基礎(chǔ)訓(xùn)練的教學(xué)。

一、3D打印技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)問(wèn)題及歸因

(一)案例教學(xué)與3D打印技術(shù)基礎(chǔ)訓(xùn)練

案例教學(xué)是教師借助具體案例引導(dǎo)學(xué)生在閱讀案例或經(jīng)歷案例、討論案例和拓展案例中進(jìn)行互動(dòng)與交流，從而感受知識(shí)、經(jīng)歷知識(shí)的形成過(guò)程，獲得知識(shí)、技能和方法的一種“做中教、做中學(xué)”的教學(xué)活動(dòng)?？梢?jiàn)，案例教學(xué)也是一種開(kāi)放的、互動(dòng)的新型教學(xué)方式。

3D打印技術(shù)基礎(chǔ)訓(xùn)練課程尤其適合案例教學(xué)。這首先是因?yàn)?D打印技術(shù)基礎(chǔ)訓(xùn)練是一門(mén)理論與實(shí)際結(jié)合、訓(xùn)練與創(chuàng)新并舉的技能課程。學(xué)生主要是通過(guò)具體案例了解 3D 打印技術(shù)的概念和原理，認(rèn)識(shí) 3D 打印機(jī)，設(shè)計(jì)并打印實(shí)物。教師帶領(lǐng)學(xué)生利用UG8.0三維設(shè)計(jì)軟件，運(yùn)用拉伸等命令，設(shè)計(jì)制作七巧板，來(lái)學(xué)習(xí)無(wú)支撐填充實(shí)體的設(shè)計(jì)與打印。引導(dǎo)學(xué)生用三維設(shè)計(jì)軟件Pro/Engineer5.0和3D打印機(jī)設(shè)計(jì)和制造小鑷子，來(lái)獲得有支撐填充實(shí)體的設(shè)計(jì)與打印技術(shù)。3D打印技術(shù)基礎(chǔ)訓(xùn)練的自身特點(diǎn)決定了其教學(xué)必然采用案例教學(xué)法。其次，中職學(xué)生也比較適合案例教學(xué)法，案例來(lái)自生活和生產(chǎn)實(shí)踐，真實(shí)生動(dòng)。中職學(xué)生初中基礎(chǔ)差，不善于邏輯思維，但想象力比較強(qiáng)，特別是動(dòng)作思維很好，用案例教學(xué)法恰好可以揚(yáng)長(zhǎng)避短，長(zhǎng)善救失。

(二)開(kāi)展案例教學(xué)的問(wèn)題及歸因

很多教師都在專業(yè)課教學(xué)中運(yùn)用了案例教學(xué)法，但仍未持之以恒，形成常態(tài)。 為此我們深入課堂了解實(shí)際情況，歸因如下。

首先，案例選擇不恰當(dāng)。案例是案例教學(xué)的載體，要做到簡(jiǎn)單、真實(shí)、典型，具有舉一反三、觸類旁通的作用。但是觀察案例教學(xué)課堂，案例選擇不能從生活中的簡(jiǎn)單東西入手，不是從學(xué)生喜歡的東西入手，而是選擇新奇的、華麗的、復(fù)雜的案例。這樣學(xué)生興趣不高，案例教學(xué)難以有效開(kāi)展。

其次，案例操作不規(guī)范。學(xué)生操作比較隨便，不按規(guī)范操作，影響技術(shù)提高和專業(yè)技能的形成。這一方面是教師的示范操作問(wèn)題，另一方面是設(shè)備問(wèn)題、材料問(wèn)題、課室問(wèn)題。案例操作是教學(xué)的關(guān)鍵，學(xué)生是在操作中感悟知識(shí)，形成技能的。嚴(yán)格地說(shuō)，只有規(guī)范的操作才能生成知識(shí)，提高技能。

再次，案例討論不深刻。案例分析討論是學(xué)生合作學(xué)習(xí)的主要方式，但課堂上教師一般把問(wèn)題丟給學(xué)生，讓學(xué)生自己討論，致使討論很難進(jìn)行。問(wèn)題產(chǎn)生的原因是討論前學(xué)生缺乏自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力，沒(méi)有充分準(zhǔn)備，問(wèn)題設(shè)計(jì)缺乏啟發(fā)性、生成性，很難引起學(xué)生的興趣和思維碰撞。

總之，在案例教學(xué)中，教師忽視了學(xué)生的主體作用，不是以學(xué)生為中心設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，致使案例教學(xué)不能有效開(kāi)展。

二、以學(xué)生為中心的案例教學(xué)及特點(diǎn)

以學(xué)生為中心的案例教學(xué)就是強(qiáng)調(diào)在案例教學(xué)過(guò)程中，要從學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)際出發(fā)，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和技能形成規(guī)律選擇教學(xué)案例，引導(dǎo)學(xué)生積極參與案例實(shí)踐，學(xué)習(xí)案例的操作程序和方法，積極展開(kāi)小組交流與合作，感悟知識(shí)，訓(xùn)練技能，提高專業(yè)技能和職業(yè)能力。以學(xué)生為中心的3D打印技術(shù)基礎(chǔ)訓(xùn)練案例教學(xué)具有以下特點(diǎn)。

(一)突出學(xué)生主體性和學(xué)習(xí)實(shí)踐性

以學(xué)生為中心的3D打印技術(shù)基礎(chǔ)訓(xùn)練案例教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體性和學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的實(shí)踐性，學(xué)生的主體性在案例教學(xué)中主要體現(xiàn)在三個(gè)方面。

第一，學(xué)生主動(dòng)參與到案例中來(lái)，深入案例情境，體驗(yàn)案例角色，把握案例的具體操作過(guò)程。如，學(xué)習(xí)手機(jī)殼的設(shè)計(jì)，學(xué)生要進(jìn)入設(shè)計(jì)師角色，了解具體工作任務(wù)，利用UG8.0三維設(shè)計(jì)軟件打造一款雙色手機(jī)外殼，再和同學(xué)一起研究設(shè)計(jì)操作步驟。

第二，學(xué)生一般以小組學(xué)習(xí)的方式參與案例實(shí)踐和研討。雖然是教師引導(dǎo)學(xué)習(xí)活動(dòng)，但學(xué)生主要以工作中的身份參與，自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，與同學(xué)一起探究問(wèn)題，直指問(wèn)題的解決。在用UG設(shè)計(jì)方法創(chuàng)建手機(jī)殼底板時(shí)，對(duì)如何拉伸產(chǎn)生異議，如何選擇距離和方向成為討論的焦點(diǎn)。這時(shí)教師可以因勢(shì)利導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生討論或者試驗(yàn)，以小組探究學(xué)習(xí)的形式解決問(wèn)題。

第三，學(xué)生的案例學(xué)習(xí)過(guò)程，主要是通過(guò)他們自己動(dòng)手、動(dòng)腦，感悟知識(shí)和技術(shù)，總結(jié)技能和方法，這一總結(jié)、感悟，感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的升華必須由他們自己完成。這也是案例教學(xué)過(guò)程中學(xué)生主體性與教學(xué)實(shí)踐性的結(jié)合。

(二)強(qiáng)調(diào)客觀真實(shí)性和案例的綜合性

3D打印技術(shù)基礎(chǔ)訓(xùn)練的案例都是真實(shí)的、客觀的。一方面這種案例是具體的、生動(dòng)的，承載著事物最根本、最重要的屬性，內(nèi)涵豐富；另一方面它也是綜合的，包含著認(rèn)識(shí)過(guò)程、操作過(guò)程和思維過(guò)程。案例的真實(shí)性和綜合性決定了案例教學(xué)的真實(shí)性和復(fù)雜性。學(xué)生要在真實(shí)環(huán)境中，在規(guī)范的操作中，根據(jù)自己的感受、體驗(yàn)和理解，發(fā)現(xiàn)知識(shí)及意義，訓(xùn)練方法和提高能力。學(xué)習(xí)遙控器電池后蓋的逆向設(shè)計(jì)，直觀來(lái)看學(xué)生是在學(xué)習(xí)遙控器電池后蓋的逆向設(shè)計(jì)與打印的UG設(shè)計(jì)方法和步驟，但是它包含著智能手機(jī)搜集材料、選擇模型、執(zhí)行視圖可視化光柵圖像等一系列技能，并且在設(shè)計(jì)和打印中理解了逆向設(shè)計(jì)的含義和價(jià)值，幫助學(xué)生形成逆向思維的思想方法。

(三)重視教學(xué)的啟發(fā)性和互動(dòng)的多元性

3D打印技術(shù)基礎(chǔ)訓(xùn)練案例教學(xué)過(guò)程實(shí)際是教師的啟發(fā)推動(dòng)、學(xué)生的自主探究、學(xué)生的思維碰撞共同完成的。教師的啟發(fā)推動(dòng)首先體現(xiàn)在案例的選擇，教師只有選擇簡(jiǎn)單、有趣、典型的案例，才能激發(fā)學(xué)生的求知欲，啟動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)活動(dòng)。其次體現(xiàn)教師的因勢(shì)利導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，引起學(xué)生的討論，并把研究引向深入。學(xué)生的自主探究是整個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)的基礎(chǔ)，沒(méi)有高質(zhì)量的自主學(xué)習(xí)，就沒(méi)有良好的小組合作，沒(méi)有討論的深刻性。案例討論不只是尋找正確答案，更在于獨(dú)立思考、合作探究，提高思維能力。在案例研究中，教師、師傅與學(xué)生三方的個(gè)體交往，還有教師或師傅與學(xué)生群體的交流，以及學(xué)生之間的多元的互動(dòng)，會(huì)有效地推動(dòng)案例教學(xué)的進(jìn)程。

三、以學(xué)生為中心的案例教學(xué)實(shí)踐

開(kāi)展以學(xué)生為中心的案例教學(xué)設(shè)計(jì)，一定要堅(jiān)持以學(xué)生為中心考慮教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段等諸多因素，一定要選擇具有典型意義的案例，讓學(xué)生在動(dòng)手操作中感悟知識(shí)、訓(xùn)練技能、增長(zhǎng)智慧。

(一)以學(xué)生為中心的案例教學(xué)策略

教學(xué)策略是為達(dá)成教學(xué)目標(biāo)所采取的系列方法的系統(tǒng)行為，是解決教學(xué)問(wèn)題的方法、技術(shù)的操作原則。以學(xué)生為中心的案例教學(xué)策略必須充分考慮“學(xué)生中心”和“案例”這兩個(gè)基本因素。

1.案例選擇策略

案例是學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)、學(xué)習(xí)技能、提高能力、增長(zhǎng)智慧的載體，也是教師傳道、授業(yè)、解惑的平臺(tái)?？梢?jiàn)案例應(yīng)該具有訓(xùn)練技能、生成知識(shí)，以及舉一反三的作用。因此，案例教學(xué)所選擇的案例必須具有典型性，這樣才能生成、發(fā)散和擴(kuò)展。如，教學(xué)案例中用Pro/Engineer軟件進(jìn)行彈簧的設(shè)計(jì)與打印。首先，案例的操作可以使學(xué)生學(xué)會(huì)用Pro/Engineer軟件建立實(shí)體文件、創(chuàng)建彈簧上端蓋、彈簧上拉環(huán)、彈簧下端蓋、彈簧主體，以及導(dǎo)出與檢測(cè)STL文件的方法。其次，在用軟件建模的操作中，學(xué)生也熟悉各種指令，并且掌握了插入、旋轉(zhuǎn)掃描、伸出項(xiàng)等專業(yè)術(shù)語(yǔ)。更重要的是學(xué)生還感悟到：對(duì)于一些封閉、半封閉的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，3D打印技術(shù)可以進(jìn)行快速的成型制造。可見(jiàn)，選擇案例要堅(jiān)持以學(xué)生為中心，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)選擇易于學(xué)生感受，便于學(xué)生操作的典型案例。

2.自學(xué)指導(dǎo)策略

以學(xué)生為中心的案例教學(xué)的主體是學(xué)生。學(xué)生的自主學(xué)習(xí)是貫穿于整個(gè)案例教學(xué)過(guò)程的。實(shí)踐說(shuō)明學(xué)生主體作用的發(fā)揮有賴于教師的引導(dǎo)、點(diǎn)撥和推動(dòng)。自主學(xué)習(xí)的啟動(dòng)是教師以任務(wù)描述的形式布置任務(wù)的結(jié)果，自主學(xué)習(xí)的步驟是教師引導(dǎo)文的指引。如車(chē)床大滑板手輪的逆向設(shè)計(jì)與打印，教師可以這樣引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。首先要求學(xué)生明確，要通過(guò)車(chē)床大滑板手輪的操作案例，學(xué)習(xí)使用三維光學(xué)掃描的逆向設(shè)計(jì)與打印。其次要明確定制逆向設(shè)計(jì)流程：采集數(shù)據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理面片處理逆向建模3D打印。在這一過(guò)程中，學(xué)生不是機(jī)械地學(xué)習(xí)，而是有所發(fā)現(xiàn)、有所感悟，這就生成了知識(shí)和技能。子云：“不憤不啟，不悱不發(fā)”。教師創(chuàng)設(shè)憤悱之境，引而不發(fā)，是引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的最高境界。

3.小組研討策略

學(xué)生學(xué)習(xí)主體作用的發(fā)揮還在于學(xué)生團(tuán)隊(duì)的合作學(xué)習(xí)。3D打印技術(shù)基礎(chǔ)訓(xùn)練案例教學(xué)是在以學(xué)生為中心的教育理論指導(dǎo)下，教師帶領(lǐng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)通過(guò)描述案例、實(shí)踐案例、研究案例、拓展案例的過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)知識(shí)、積累經(jīng)驗(yàn)，并且通過(guò)學(xué)生之間的問(wèn)題討論和觀點(diǎn)碰撞，從而達(dá)到構(gòu)建理論知識(shí)和啟迪思維智慧的目的。面對(duì)同樣的設(shè)計(jì)與打印的問(wèn)題，每個(gè)學(xué)生都有自己的見(jiàn)解和解決問(wèn)題的辦法，一方面他想發(fā)表自己的見(jiàn)解，期望得到同學(xué)的支持和鼓勵(lì)；另一方面他也想要看到別人的觀點(diǎn)和方法，希望得到啟示和借鑒，完善自己的方案。這就需要教師開(kāi)展小組學(xué)習(xí)或者全班的討論，推動(dòng)合作學(xué)習(xí)。

(二)以學(xué)生為中心的案例教學(xué)過(guò)程

以學(xué)生為中心的案例教學(xué)過(guò)程一般包括案例的選擇與描述、案例的操作與討論，以及案例的評(píng)價(jià)與拓展。下面以無(wú)支撐填充實(shí)體的設(shè)計(jì)與打印教學(xué)為例，探究以學(xué)生為中心的案例教學(xué)課堂結(jié)構(gòu)和教學(xué)過(guò)程。

1.案例選擇

選擇案例是案例教學(xué)的第一步，是案例教學(xué)能否成功的關(guān)鍵。曹明遠(yuǎn)、申云波主編的《3D設(shè)計(jì)與打印實(shí)訓(xùn)教程(機(jī)械制造)》選擇的案例“七巧板的設(shè)計(jì)與打印”就很恰當(dāng)。首先，七巧板是學(xué)生十分熟悉的、頗感興趣的智力玩具。學(xué)生看到制作精美的七巧板，必然會(huì)興趣盎然，投入到設(shè)計(jì)和3D打印任務(wù)。其次，七巧板包含了三角形、正方形和平行四邊形等基本圖形，設(shè)計(jì)七巧板圖形包含所應(yīng)用到UG 8.0 創(chuàng)建的基本繪圖與建模技能，學(xué)生在操作中獲得基本方法。再次，利用UG 8.0設(shè)計(jì)和打印七巧板比較簡(jiǎn)單，但也是可生成的，由此可以使學(xué)生拓展到無(wú)支撐填充實(shí)體的設(shè)計(jì)與打印。

2.案例描述

案例描述要簡(jiǎn)單扼要、層次清楚，不能信息不準(zhǔn)確、要求不明確。這個(gè)案例可以這樣描述：同學(xué)們，七巧板是我們熟悉的、流傳久遠(yuǎn)的智力玩具，請(qǐng)你們利用UG 8.0三維設(shè)計(jì)軟件，通過(guò)拉伸等命令，設(shè)計(jì)一款七巧板。

3.案例操作與討論

案例操作是指按要求完成案例的具體工作任務(wù)。在完成具體工作任務(wù)時(shí)，出現(xiàn)操作困難或產(chǎn)生疑問(wèn)時(shí)，學(xué)習(xí)小組或全班同學(xué)進(jìn)行知識(shí)、技能、技術(shù)的學(xué)習(xí)，以及更深層次的研討。這是案例教學(xué)的主要環(huán)節(jié)，是教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)。首先，要引導(dǎo)學(xué)生分析七巧板的幾何結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)小組討論制定設(shè)計(jì)七巧板的計(jì)劃，制定具體工作步驟。也就是草圖的創(chuàng)建、大三角形的模型創(chuàng)建、中三角形的模型創(chuàng)建、小三角形的模型創(chuàng)建、正方形的模型創(chuàng)建、平行四邊形模型的創(chuàng)建、底座模型的創(chuàng)建，以及STL的導(dǎo)出與檢測(cè)等8個(gè)步驟。圖形雖然不同但聯(lián)系密切，操作技能則大同小異。應(yīng)該重點(diǎn)解決草圖的創(chuàng)建、大三角形的創(chuàng)建和STL格式模型的導(dǎo)出與檢測(cè)。這三點(diǎn)要求學(xué)生在自主學(xué)習(xí)或觀看微課的基礎(chǔ)上，抓住關(guān)鍵問(wèn)題組織討論。如，討論在系統(tǒng)默認(rèn)草繪XOY平面下，如何按七巧板的圖案將正方形分為7塊。中職學(xué)生初中知識(shí)基礎(chǔ)差，這個(gè)圖形的繪制對(duì)他們而言比較有難度，有討論的必要。類似地，完成整個(gè)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

4.案例評(píng)價(jià)與拓展

這里所謂評(píng)價(jià)與拓展，本質(zhì)上是以評(píng)價(jià)的形式對(duì)上一環(huán)節(jié)的實(shí)踐和討論做理性的思考、反思、總結(jié)和擴(kuò)展應(yīng)用。讓學(xué)生反思學(xué)到哪些知識(shí)和技能，可以解決什么問(wèn)題，然后舉一反三去解決類似的問(wèn)題，也就是無(wú)支撐填充實(shí)體的設(shè)計(jì)與打印。

總之，開(kāi)展以學(xué)生為中心的案例教學(xué)，有利于提高3D打印技術(shù)基礎(chǔ)訓(xùn)練的學(xué)業(yè)成績(jī)，有利于提高學(xué)生的專業(yè)能力、創(chuàng)新能力和綜合素養(yǎng)，也有利于提高教師的專業(yè)化水平，值得我們進(jìn)一步探究和實(shí)踐。