董育偉

淮陰工學(xué)院機(jī)械與材料工程學(xué)院基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 淮安 223300

目前，專業(yè)課程教學(xué)是工科專業(yè)人才培養(yǎng)體系中的關(guān)鍵組成，如何整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)滿足國(guó)家高科技創(chuàng)新人才的要求，也是當(dāng)代材料專業(yè)教學(xué)中需要面臨的重點(diǎn)教學(xué)任務(wù)。2019年教育部發(fā)布了關(guān)于提高高素質(zhì)人才培養(yǎng)的若干建議，學(xué)校要將最新的科研成果轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生所獲取的知識(shí)，提高學(xué)生們學(xué)習(xí)的積極性，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)學(xué)生科研活動(dòng)的有效指導(dǎo)，加快科研實(shí)踐平臺(tái)的建立，更好發(fā)掘和培育創(chuàng)新型人才是未來(lái)科學(xué)人才培養(yǎng)的主要發(fā)展趨勢(shì)。

一、3D打印技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用現(xiàn)狀

近些年，我國(guó)大力推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，在制造業(yè)涌現(xiàn)出了一系列新型技術(shù)，其中3D打印技術(shù)就是一種新高端制造技術(shù)，而且3D打印技術(shù)在國(guó)內(nèi)各個(gè)高校中推廣，也紛紛設(shè)置了專業(yè)學(xué)科。同時(shí)，有些知名高校設(shè)置了專業(yè)的3D打印技術(shù)研究部門。高校將相關(guān)的課程與企業(yè)經(jīng)營(yíng)相融合，有助于將企業(yè)研發(fā)成果直接應(yīng)用到生產(chǎn)線上。國(guó)家給予高校高端制造課題研究投入更多政策、資金支持，學(xué)校為社會(huì)培養(yǎng)高端新型的技術(shù)人才，在高校的專業(yè)教學(xué)中引入3D打印技術(shù)，至關(guān)重要，在未來(lái)有著顯著應(yīng)用前景。

學(xué)校在生產(chǎn)制造、醫(yī)學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)等多個(gè)專業(yè)中都開設(shè)了3D打印技術(shù)課程，使用3D打印技術(shù)，能夠鍛煉學(xué)生們的動(dòng)手動(dòng)腦能力，提高同學(xué)們學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)的熱情，調(diào)動(dòng)同學(xué)們學(xué)習(xí)的積極性，能夠展現(xiàn)出更好的課堂教學(xué)效果。在制造實(shí)驗(yàn)課上，有些理論知識(shí)比較抽象，在課堂中靈活應(yīng)用3D打印技術(shù)的實(shí)物教學(xué)模型，幫助學(xué)生們深度了解課程知識(shí)。針對(duì)于所開設(shè)專業(yè)課程，教師設(shè)計(jì)3D打印教學(xué)專題，設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目，讓學(xué)生組建項(xiàng)目小組，結(jié)合自己的專題去設(shè)計(jì)方案，最終完成產(chǎn)品的研制，可以獲得更好的3D打印產(chǎn)品。而且還能夠展示匯報(bào)。使用創(chuàng)客創(chuàng)設(shè)平臺(tái)的方法，讓學(xué)生們?cè)谡n余時(shí)間就可以參與3D打印技術(shù)相關(guān)的科研創(chuàng)造活動(dòng)中，還有學(xué)生們自主學(xué)習(xí)制作動(dòng)手能力，學(xué)校與企業(yè)也深度合作，在教學(xué)中，融入校企協(xié)作中，學(xué)生們制作出優(yōu)秀的3D打印成果來(lái)展示，也可以為企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)提供技術(shù)的支持［1］。

二、材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

（一）對(duì)實(shí)驗(yàn)課上的教學(xué)重視度不足

在實(shí)驗(yàn)課上教學(xué)期間，實(shí)驗(yàn)課是目前專業(yè)教學(xué)的一部分，在實(shí)驗(yàn)課上，學(xué)生們掌握理論知識(shí)，通過(guò)這些實(shí)踐課程，學(xué)生就可以將比較抽象的一類知識(shí)引到實(shí)踐中，提高知識(shí)的靈活應(yīng)用能力，還能夠鍛煉學(xué)生專門的動(dòng)手操作能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)潛能。在當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，教師受到傳統(tǒng)教育思想理念的限制，語(yǔ)言與課程思路的限制，過(guò)去課堂被定義為理論，但是與現(xiàn)代化實(shí)踐教學(xué)也有一些沖突，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容往往都是教師在課堂上解釋。以開展驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，教師在課程講解前期，先設(shè)計(jì)好教學(xué)流程，學(xué)生們?cè)賱?dòng)手操作，但是過(guò)于限制，就會(huì)影響到學(xué)生們發(fā)揮自己創(chuàng)新力和想象力，不能達(dá)到未來(lái)的課程教學(xué)目標(biāo)［2］。

（二）專業(yè)課程內(nèi)容特色不太突出，內(nèi)容設(shè)置相對(duì)落后

在材料專業(yè)課程中，很多課時(shí)都是介紹一些已經(jīng)快要淘汰儀器設(shè)備的運(yùn)行原理、測(cè)試方法，這些內(nèi)容太過(guò)于枯燥乏味，而且對(duì)學(xué)生們來(lái)講比較難懂，企業(yè)實(shí)際使用也比較少，與自身所學(xué)的專業(yè)關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，造成學(xué)生們學(xué)到的知識(shí)相對(duì)滯后，而且實(shí)用性偏差，材料專業(yè)實(shí)踐課程，有許多的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中，會(huì)遇到過(guò)去的一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)、物理實(shí)驗(yàn)，在開設(shè)的課程中，就容易出現(xiàn)重復(fù)操作、重復(fù)學(xué)習(xí)的現(xiàn)象，也容易使學(xué)生們對(duì)該實(shí)驗(yàn)課程有一定的厭惡感。

（三）課程評(píng)價(jià)體系需要改變

在過(guò)去學(xué)科考核課程中，往往是使用課堂作業(yè)的方式考核學(xué)生，實(shí)驗(yàn)課多數(shù)都是學(xué)生提交一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告就能夠完成，單一的考核方式會(huì)造成學(xué)生們學(xué)習(xí)知識(shí)的所有要求，只是為了更多的考分，然而沒(méi)有考慮到知識(shí)的實(shí)用性。因此，這種考核方式太過(guò)于單一，未能夠適應(yīng)當(dāng)前教學(xué)改革發(fā)展要求。一些實(shí)驗(yàn)需要同學(xué)們相互配合協(xié)作完成，但是通過(guò)學(xué)生的作業(yè)雷同化現(xiàn)象比較突出，這種問(wèn)題經(jīng)常在實(shí)驗(yàn)課程出現(xiàn)，有的學(xué)生大包大攬，其他學(xué)生卻在場(chǎng)邊區(qū)觀摩［3］。

三、增材制造實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的改革及探索

（一）建立起學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的新型教學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?/h3>

在過(guò)去傳統(tǒng)理論教學(xué)方式下，教師單獨(dú)在課堂上講解理論知識(shí)，未來(lái)就要變更為學(xué)生的自主化研究，實(shí)施創(chuàng)新的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，教師激發(fā)學(xué)生們對(duì)于3D打印技術(shù)、增材制造技術(shù)研究的興趣、主動(dòng)性，也由過(guò)去被動(dòng)性的知識(shí)灌輸，向著主動(dòng)化學(xué)習(xí)研究方向發(fā)展。教師設(shè)計(jì)項(xiàng)目，學(xué)生們?nèi)齻€(gè)人為一組，讓學(xué)生主導(dǎo)完成實(shí)驗(yàn)課程，教師過(guò)去單純理論講解，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)的引導(dǎo)指引和學(xué)生們的互動(dòng)合作的項(xiàng)目實(shí)踐，讓學(xué)生們逐步變?yōu)閷?shí)驗(yàn)課程的負(fù)責(zé)人。在新型教學(xué)模式之下，學(xué)生們就有更多的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主動(dòng)權(quán)，而且還可以利用學(xué)生自己閑散時(shí)間來(lái)學(xué)習(xí)理論知識(shí)。在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，教師著重于鍛煉學(xué)生們的科研思維，作為教學(xué)重點(diǎn)，要引導(dǎo)學(xué)生大力去假設(shè)，通過(guò)采用合理驗(yàn)證方法，印證提出的假設(shè)，高效處理問(wèn)題。

例如，學(xué)校開設(shè)高分材料增材制造作業(yè)中，教師給學(xué)生們一定的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生們動(dòng)手操作，學(xué)生自主組隊(duì)完成一個(gè)高分子3D產(chǎn)品的打印項(xiàng)目，學(xué)生使用高分子材料，使用打印機(jī)，能夠在課堂上，讓教師展示出學(xué)生們制作出來(lái)的作品，采用各種展示方法。教師理清學(xué)生們實(shí)踐思路，及回答學(xué)生們?cè)趯?shí)踐中所出現(xiàn)的問(wèn)題，提出問(wèn)題，并且引導(dǎo)學(xué)生去解決問(wèn)題，明確實(shí)驗(yàn)的思路。在全部實(shí)驗(yàn)期間，3D打印作品的設(shè)計(jì)思路也更加清晰，可以精準(zhǔn)查詢出作品的設(shè)計(jì)思想。學(xué)生在使用3D打印機(jī)時(shí)，還要重點(diǎn)考慮到如何降低產(chǎn)品的重量，材料利用率能夠大于50%，利用有限的材料，打印出大體積、精敏度更高的產(chǎn)品［4］。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容要緊扣學(xué)科的發(fā)展前沿領(lǐng)域

重點(diǎn)關(guān)注使用新型設(shè)備新技術(shù)方法，在實(shí)驗(yàn)室要關(guān)注一些新技術(shù)、新材料、新設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用，在有限時(shí)間內(nèi)，教師帶領(lǐng)學(xué)生掌握金屬材料的3D打印機(jī)操作要點(diǎn)，讓學(xué)生也可以在計(jì)算機(jī)軟件內(nèi)建立3D模型。同學(xué)們自主化構(gòu)建模型，逐層打印3D產(chǎn)品，并且獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，也能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，激發(fā)學(xué)生們學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)的熱情。

增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的專業(yè)性，學(xué)生在操作實(shí)驗(yàn)中如果發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，自己動(dòng)手查閱課下文獻(xiàn)資料，以及獨(dú)立自主去解決實(shí)驗(yàn)中所存在的問(wèn)題，如在使用金屬激光成型技術(shù)，研究新材料新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，在互聯(lián)網(wǎng)上或者在圖書館查閱相應(yīng)的技術(shù)文件資料，引導(dǎo)學(xué)生組織開展開放性的學(xué)習(xí)，創(chuàng)新訓(xùn)練實(shí)踐，能夠?yàn)楹笃诘目萍籍a(chǎn)品競(jìng)賽而提供工作技術(shù)支持。

（三）增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍的建設(shè)

通過(guò)加強(qiáng)創(chuàng)新人才隊(duì)伍建設(shè)，提高學(xué)校整體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)科研水平，同時(shí)學(xué)校還要重點(diǎn)關(guān)注教師人才隊(duì)伍的專業(yè)化培養(yǎng)，使教師與學(xué)生的距離更近，教師及時(shí)講解學(xué)生們?cè)趯?shí)驗(yàn)中所出現(xiàn)的問(wèn)題，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于理論知識(shí)的認(rèn)知理解。教師編制實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，通過(guò)與其他教師的合作，達(dá)到群策群力的目的，并制定出優(yōu)質(zhì)教學(xué)大綱，在講解時(shí)，增加更多實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備構(gòu)造講解和樣品配備方法的講述等一些細(xì)節(jié)的實(shí)驗(yàn)作業(yè)環(huán)節(jié)。在實(shí)驗(yàn)方案中，也要能夠加上更多實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的照片，各種各樣的樣品實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能夠增強(qiáng)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)之間的銜接度，也能提高學(xué)生們學(xué)習(xí)的興趣［5］。

（四）在課堂教學(xué)方式方面的改革

在過(guò)去傳統(tǒng)制造課程教學(xué)工作中，有些概念只有配合實(shí)體才能夠展現(xiàn)，但是設(shè)備造價(jià)偏高，太過(guò)于笨拙，不能夠在課堂上展示。因此，單純靠教師講解知識(shí)教學(xué)方式太過(guò)于單一，教師只是單純枯燥講解知識(shí)，學(xué)生們難以深刻理解制造課程內(nèi)容。而融合了3D打印技術(shù)后，可以改變過(guò)去傳統(tǒng)的教學(xué)方式，使用三維一體化的技術(shù)，可以幫助學(xué)生對(duì)理論知識(shí)有深刻的理解。學(xué)生在課程設(shè)計(jì)時(shí)，就要設(shè)計(jì)和打印出比較滿意的零部件，更好地掌握理論知識(shí)，也能夠大幅提高學(xué)生們的知識(shí)應(yīng)用能力，動(dòng)手操作能力，學(xué)生在這種新型教學(xué)方式之下，就會(huì)感受到材料增材制造技術(shù)的學(xué)習(xí)樂(lè)趣，同時(shí)也會(huì)進(jìn)一步提高3D打印技術(shù)課程學(xué)習(xí)的效果［6］。

（五）學(xué)習(xí)方式方面的改革

在傳統(tǒng)課堂教學(xué)期間，機(jī)械制造專業(yè)課程，會(huì)涉及大量復(fù)雜組合體的知識(shí)，學(xué)生們只是在課堂上聽(tīng)教師講解一些理論知識(shí)，或者查看教師播放的二維圖片，很難深入理解原理。在課堂上，融入3D打印技術(shù)，建立起開放性的實(shí)驗(yàn)室，讓同學(xué)們自己去建模，并且針對(duì)提出來(lái)的問(wèn)題，在課堂上討論，教師給其提供機(jī)會(huì)，讓學(xué)生們自主掌握3D打印技術(shù)，這種學(xué)習(xí)方式就能夠獲得監(jiān)督學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，激發(fā)了學(xué)生們學(xué)習(xí)的熱情，引導(dǎo)學(xué)生們?nèi)ブ鲃?dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)［7］。

（六）授課采取多種形式，激發(fā)學(xué)生們學(xué)習(xí)的興趣

結(jié)合3D打印材料和金屬合成獨(dú)特的特性，在課堂教學(xué)中，可充分使用多媒體演示、計(jì)算機(jī)三維建模的手段，在有限時(shí)間內(nèi)能夠最大限度發(fā)揮多媒體教學(xué)效果，讓學(xué)生們系統(tǒng)設(shè)計(jì)新產(chǎn)品，展開CAD的分析。了解到先進(jìn)制造技術(shù)引導(dǎo)下的產(chǎn)品，快速創(chuàng)新產(chǎn)品研發(fā)課堂教學(xué)，教師以學(xué)生為中心，讓學(xué)生們?cè)谡n下利用閑暇時(shí)間，自覺(jué)學(xué)習(xí)新知識(shí)，在上課時(shí)教師通過(guò)設(shè)計(jì)教學(xué)場(chǎng)景，讓學(xué)生作為老師來(lái)講解知識(shí)，這樣有助于讓同學(xué)們提高學(xué)習(xí)積極性，也讓學(xué)生在過(guò)去一味被灌輸?shù)闹R(shí)環(huán)境之下，轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)化的學(xué)習(xí)，也能夠促使同學(xué)們團(tuán)隊(duì)協(xié)作、溝通交流，實(shí)現(xiàn)對(duì)新知識(shí)的深度認(rèn)知和理解。學(xué)校也可以聘請(qǐng)外部的3D打印技術(shù)專家，來(lái)學(xué)校開展3D技術(shù)前沿講座，讓學(xué)生們都能夠聆聽(tīng)專家們講解，獲取3D打印技術(shù)理論，如此能拓寬學(xué)生的思維，讓學(xué)生不僅學(xué)習(xí)課本上知識(shí)，而且能夠活躍課堂氣氛，創(chuàng)新教學(xué)模式［8］。在學(xué)校工程訓(xùn)練中心，增加三維數(shù)字化的模型設(shè)計(jì)和3D打印快速成型技術(shù)課程，讓學(xué)生們可以近距離接觸這些設(shè)備，學(xué)習(xí)仿真研發(fā)和生產(chǎn)線的相關(guān)知識(shí)。學(xué)校為學(xué)生創(chuàng)造了一個(gè)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生都能夠?qū)W(xué)到的理論知識(shí)與科研實(shí)踐相結(jié)合，突出解決日常的實(shí)際問(wèn)題。

四、結(jié)束語(yǔ)

在教學(xué)資源的支持之下，通過(guò)整合高校內(nèi)部的課件教學(xué)資源，能夠協(xié)助發(fā)揮教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，讓優(yōu)秀的成果都能夠轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)資源來(lái)豐富教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新學(xué)生的思維，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)室來(lái)動(dòng)手操作，參與到該項(xiàng)作業(yè)，提高了學(xué)生們的科研攻關(guān)和創(chuàng)新能力水平［9］。在高校材料專業(yè)課程中，融合3D打印技術(shù)，對(duì)于教學(xué)模式轉(zhuǎn)變都有重大影響，學(xué)校配備足夠的資金，配備專業(yè)設(shè)備和教師人才，在課堂上使用3D打印技術(shù)，會(huì)展示出更好的教學(xué)效果，能夠豐富課堂教學(xué)內(nèi)容；3D模型增強(qiáng)了學(xué)生們的認(rèn)知，提高了同學(xué)們學(xué)習(xí)的興趣，而且還培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手能力，拓寬了學(xué)生的思維，為國(guó)家培養(yǎng)了更多專業(yè)化的制造人才。