摘要：目的：文章旨在探討案例教學(xué)在3D打印工藝教學(xué)中的應(yīng)用，以提高學(xué)生的實踐能力、問題分析與解決能力，培養(yǎng)高質(zhì)量復(fù)合型人才。方法：首先，結(jié)合實際情況，明確在3D打印課程中應(yīng)用案例教學(xué)的現(xiàn)實意義；其次，闡述在3D打印課程中應(yīng)用案例教學(xué)的基本原則；最后，提出具體的案例教學(xué)應(yīng)用策略，如選擇合適的案例、引導(dǎo)學(xué)生提前閱讀案例、組織課堂討論和互動、結(jié)合理論知識和實踐操作等。結(jié)果：將案例教學(xué)應(yīng)用于3D打印課程中，可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論的基礎(chǔ)上，更好地將知識應(yīng)用于實際操作中。通過分析與解決實際問題，提高學(xué)生的實踐能力、問題分析與解決能力。此外，案例教學(xué)還有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，使他們在面對復(fù)雜問題時能夠提出創(chuàng)新的解決方案。同時，校企合作和實踐教學(xué)平臺的搭建，使學(xué)生能夠更好地了解行業(yè)動態(tài)，提前適應(yīng)職場環(huán)境。結(jié)論：將案例教學(xué)應(yīng)用于3D打印課程中，有助于提高學(xué)生的實踐能力、問題分析與解決能力，培養(yǎng)高質(zhì)量復(fù)合型人才。因此，教育部門、高職教育機構(gòu)以及教師應(yīng)充分認(rèn)識案例教學(xué)的重要性，積極探索其在3D打印課程中的實際應(yīng)用策略。通過改革教學(xué)模式、創(chuàng)新教學(xué)方法、搭建實踐教學(xué)平臺等措施，使3D打印課程更加貼近行業(yè)和社會發(fā)展的需求，為我國增材制造產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)更多優(yōu)秀人才。

關(guān)鍵詞：案例教學(xué)；3D打印工藝教學(xué)；應(yīng)用策略

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-9436（2024）04-0-03

0 前言

《增材制造術(shù)語》（GB/T35351-2017）將增材制造定義為“以三維模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過材料堆積的方式制造零件或?qū)嵨锏墓に嚒薄Ｔ霾闹圃煲喾Q3D打印，其工藝流程包括3D建模、切片路徑規(guī)劃、打印和打印零件的后處理。通過學(xué)習(xí)3D打印工藝課程，學(xué)生可以掌握3D打印技術(shù)的基本原理、應(yīng)用領(lǐng)域和項目管理等方面的知識，為從事3D打印相關(guān)行業(yè)奠定基礎(chǔ)。

1 案例教學(xué)在3D打印工藝教學(xué)中應(yīng)用的意義與原則

1.1 意義

1.1.1 提高學(xué)生的實踐操作能力

案例教學(xué)法通過提供具體的案例，讓學(xué)生在實際操作中掌握3D打印技術(shù)。在案例教學(xué)過程中，學(xué)生可以親自動手操作增材制造設(shè)備，了解不同材料的性能，從而提高自己的實踐操作能力。

1.1.2 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和問題解決能力

案例教學(xué)法鼓勵學(xué)生進(jìn)行討論和分析，引導(dǎo)他們從不同角度思考問題。在案例討論過程中，學(xué)生可以借鑒他人的經(jīng)驗和教訓(xùn)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和問題解決能力。

1.1.3 增強學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力

案例教學(xué)通常以小組形式進(jìn)行，學(xué)生需要與組內(nèi)成員共同完成案例分析和討論。在這個過程中，學(xué)生能夠?qū)W會傾聽他人意見、表達(dá)自己的觀點，從而提高團(tuán)隊協(xié)作能力。

1.1.4 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

案例教學(xué)法通過生動、具體的案例，使抽象的3D打印技術(shù)變得更加形象、直觀。這種教學(xué)方法可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使他們更愿意投入3D打印工藝課程的學(xué)習(xí)中。同時，要求學(xué)生將所學(xué)理論知識與實際操作相結(jié)合，從而培養(yǎng)他們的理論聯(lián)系實際能力。通過案例教學(xué)，學(xué)生可以更好地了解3D打印技術(shù)在實際應(yīng)用中的意義和價值［1］。

1.2 原則

1.2.1 針對性與實用性原則

一方面，教師在選擇案例時，應(yīng)確保案例與課程內(nèi)容緊密相關(guān)，具有針對性。案例應(yīng)涵蓋3D打印工藝的基本原理、設(shè)備操作、材料選擇、建模技巧等方面的知識，以便學(xué)生能夠全面了解3D打印技術(shù)。

另一方面，案例應(yīng)來源于實際生產(chǎn)或生活，能夠幫助學(xué)生了解3D打印技術(shù)在實際應(yīng)用中的意義和價值。同時，教師還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識運用到實際操作中，提高他們的實踐能力。

1.2.2 啟發(fā)性與互動性原則

教師在組織學(xué)生展開案例討論時，應(yīng)注重啟發(fā)性。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從不同角度思考問題，激發(fā)他們的創(chuàng)新思維。同時，教師還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生借鑒他人的經(jīng)驗，提高自身的問題解決能力。教師在組織學(xué)生展開案例討論時，還應(yīng)注重互動性。教師應(yīng)鼓勵學(xué)生積極參與討論，表達(dá)自己的觀點和看法。同時，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生傾聽他人的意見，學(xué)會與他人合作。

1.2.3 安全性與個性化原則

教師在開展案例教學(xué)時，應(yīng)注重安全性。教師應(yīng)向?qū)W生介紹3D打印設(shè)備的安全操作規(guī)程，提醒學(xué)生注意安全。3D打印涉及較復(fù)雜的原材料處理，尤其是對金屬粉末的處理。同時，教師還應(yīng)檢查設(shè)備的安全性能，確保學(xué)生在實際操作時的安全［2］。

2 案例教學(xué)在3D打印工藝教學(xué)中的應(yīng)用策略

2.1 選擇合適的案例

教師在選擇案例時，應(yīng)充分考慮教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容以及學(xué)生的實際情況，挑選具有代表性和實用性的案例。

第一，應(yīng)以教學(xué)目標(biāo)為依據(jù)。例如，如果教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生了解3D打印的基本原理，則可以選擇一些具有代表性的案例，F(xiàn)DM、SLA是3D打印技術(shù)的常見應(yīng)用案例。

第二，充分考慮教學(xué)內(nèi)容。例如，在講解3D打印的工藝流程時，可以選擇一些具有典型性的案例，讓學(xué)生了解不同工藝流程在3D打印中的應(yīng)用優(yōu)缺點。可以選擇一兩個具有代表性的構(gòu)件，結(jié)合構(gòu)件的設(shè)計特點和使用要求，讓學(xué)生思考選擇哪一種3D打印工藝，并展開小組討論。

第三，充分考慮學(xué)生的實際情況。例如，針對初學(xué)者，可以選擇一些簡單易懂、操作性強的案例，讓學(xué)生能夠快速上手，掌握3D打印的基本操作。而針對有一定基礎(chǔ)的學(xué)生，可以選擇一些具有挑戰(zhàn)性的案例，激發(fā)他們深入探究3D打印技術(shù)的興趣。

第四，代表性和實用性相結(jié)合。代表性意味著案例要涵蓋3D打印技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，如航空航天、汽車制造、生物醫(yī)學(xué)等；實用性則要求案例貼近學(xué)生的實際需求，使他們能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識運用到實際工作中，提高解決問題的能力。

第五，關(guān)注行業(yè)動態(tài)和前沿技術(shù)。例如，SLM輔助設(shè)計新型液壓閥塊、3DP砂型（芯）打印、SLS打印曲軸鑄模，為學(xué)生的職業(yè)發(fā)展打下基礎(chǔ)［3］。

第六，在案例設(shè)計中融入思政教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合3D打印技術(shù)在航空航天等高端領(lǐng)域的應(yīng)用，以及當(dāng)前3D打印材料和設(shè)備的國內(nèi)外發(fā)展差距，對學(xué)生開展思政教育，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和專業(yè)自豪感，引導(dǎo)學(xué)生樹立遠(yuǎn)大目標(biāo)，用所學(xué)知識解決重大關(guān)鍵技術(shù)難題。

2.2 引導(dǎo)學(xué)生提前閱讀案例

在3D打印工藝教學(xué)中，為了優(yōu)化課堂討論效果，教師應(yīng)提前將案例材料提供給學(xué)生，并指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行閱讀。這樣可以讓學(xué)生在課堂討論前對案例有一定的了解和思考，為課堂討論做好充分的準(zhǔn)備。以“SLM技術(shù)在航空發(fā)動機中的應(yīng)用”為例，學(xué)生須提前閱讀案例，了解其背景。隨著航空領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芎蜏p重設(shè)計的需求不斷增長，航空發(fā)動機關(guān)鍵零部件的設(shè)計和制造變得越來越復(fù)雜。傳統(tǒng)的設(shè)計方法往往需要經(jīng)過多次試驗和修改，耗時長、成本高，并且經(jīng)常受限于制造水平，需要犧牲一定的設(shè)計功能。而采用SLM（Selective Laser Melting，選擇性激光熔化）技術(shù)進(jìn)行3D打印，幾乎可以實現(xiàn)設(shè)計自由，打破傳統(tǒng)制造的瓶頸，并且可以實現(xiàn)產(chǎn)品的一體化制造和減重，降低成本。

SLM技術(shù)是一種先進(jìn)的3D打印技術(shù)，它使用激光作為熱源，按照數(shù)字化的三維模型逐層掃描并熔化金屬材料，最終形成三維實體。采用SLM技術(shù)，可以快速制造出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和內(nèi)部通道的航空發(fā)動機零件，而且制造過程不需要模具，大大減少了生產(chǎn)周期和成本。在這個案例中，學(xué)生需要了解SLM技術(shù)的工作原理，掌握SLM技術(shù)的設(shè)計和制造過程，了解SLM技術(shù)在復(fù)雜零件設(shè)計中的應(yīng)用，并分析SLM技術(shù)對航空領(lǐng)域減重設(shè)計和制造的影響。通過提前閱讀案例，學(xué)生可以在課堂討論中更好地了解SLM技術(shù)在未來高端制造和設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢［4］。

2.3 組織課堂討論和互動

在3D打印工藝課程課堂教學(xué)中，教師應(yīng)組織學(xué)生展開案例討論，鼓勵學(xué)生積極參與，表達(dá)自己的觀點和看法。同時，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生對不同的觀點進(jìn)行思考和探討，營造良好的互動氛圍。

以“3DP砂型（芯）打印”為例梳理課堂討論與互動流程。第一，課堂導(dǎo)入。教師簡要介紹3DP砂型（芯）打印的背景和重要性，激發(fā)學(xué)生的興趣。同時，引導(dǎo)學(xué)生思考3DP砂型（芯）打印與其他增材制造技術(shù)（例如激光增材、電弧增材和等離子增材）的優(yōu)缺點。對比激光增材、電弧增材和等離子增材，3DP不需要能量源，成型尺寸大、成型速度快、設(shè)備成本低。與傳統(tǒng)鑄造相比，3DP打印砂型（芯）能簡化流程、降低能耗、縮短周期、改善工藝。

第二，讓學(xué)生分組展開討論。將學(xué)生分成若干小組，每組學(xué)生討論3DP砂型（芯）打印的原理、工藝流程、優(yōu)點和應(yīng)用領(lǐng)域。鼓勵學(xué)生表達(dá)自己的觀點和看法，并選擇生活和生產(chǎn)中的合適案例，對3DP砂型工藝應(yīng)用進(jìn)行討論。

第三，教師點評。選派每組學(xué)生代表匯報本組的討論成果，鼓勵學(xué)生提問、發(fā)表意見，形成良好的互動氛圍。教師適時解答學(xué)生的疑問，引導(dǎo)學(xué)生深入思考。

第四，深入分析。引入相關(guān)視頻教學(xué)案例，介紹其在3DP砂型（芯）打印領(lǐng)域的核心技術(shù)PCM無模鑄型及其應(yīng)用。例如，廣東峰華卓立是全球3DP工程領(lǐng)域知名廠商，擁有相關(guān)專利100余項、生產(chǎn)高精3DP砂型（芯）打印機、提供復(fù)雜零部件的快速鑄造服務(wù)。其核心技術(shù)PCM無模鑄型由清華大學(xué)顏永年團(tuán)隊研發(fā)，在泵閥、航天、軍工、新能源汽車等多領(lǐng)域得到應(yīng)用。學(xué)生分組討論該案例中的關(guān)鍵成功因素，如專利技術(shù)、產(chǎn)學(xué)研合作等。

第五，總結(jié)與拓展。教師總結(jié)本次課堂討論的主要觀點和成果。鼓勵學(xué)生針對本次討論的內(nèi)容進(jìn)行深入思考，如探討3DP砂型（芯）打印在新能源汽車、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。通過課堂討論與互動，教師可以引導(dǎo)學(xué)生深入了解3DP砂型（芯）打印的原理、工藝和應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的思考能力和創(chuàng)新能力。同時，課堂討論與互動也有助于增強學(xué)生的團(tuán)隊合作意識和溝通能力［5］。

2.4 結(jié)合理論知識和實踐操作

在案例教學(xué)中，將3D打印工藝的理論知識與實際操作相結(jié)合非常重要，這不僅可以加深學(xué)生對理論的理解，還能提高他們解決實際問題的能力。通過使用高性能的激光選區(qū)熔化（SLM）技術(shù)，如德國EOS、美國3D Systems和國內(nèi)的鉑力特、湖南華曙等先進(jìn)設(shè)備，學(xué)生可以學(xué)習(xí)如何運用前沿技術(shù)快速制造高品質(zhì)的復(fù)雜零件。同時，通過案例教學(xué)，學(xué)生可以詳細(xì)了解SLM工藝流程，包括前端的設(shè)計和準(zhǔn)備工作、中端的打印和粉末鋪粉過程、后端的表面處理和熱處理等。每一個階段都是實際操作的重要環(huán)節(jié)，通過理論學(xué)習(xí)和現(xiàn)場觀摩，學(xué)生可以更好地了解和掌握整個SLM打印過程。SLM技術(shù)的優(yōu)勢，如無模鑄型、一體成型、設(shè)備自動化水平高、生成周期短，為傳統(tǒng)金屬加工業(yè)帶來了變革。

通過案例教學(xué)，學(xué)生不僅能學(xué)習(xí)這些技術(shù)的原理，還能了解到它們在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用和對環(huán)境的影響。由此可見，案例教學(xué)是連接3D打印工藝?yán)碚撝R與實際操作的重要橋梁，通過具體案例分析，學(xué)生可以在實踐中深化對3D打印技術(shù)的了解與應(yīng)用。這樣的教學(xué)方法有助于培養(yǎng)符合現(xiàn)代化工業(yè)需求的高技能人才，促進(jìn)綠色鑄造生產(chǎn)政策的實施，推動鑄造行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2.5 多元化評價方式

第一，理論知識考核。通過書面考試，如選擇題、簡答題等，考核學(xué)生對3DP技術(shù)、SLM技術(shù)、SLS技術(shù)等基本理論知識的掌握程度。

第二，實際操作考核。通過觀察學(xué)生在實際操作過程中的表現(xiàn)，如操作熟練度、解決問題的能力、團(tuán)隊協(xié)作能力等，評估學(xué)生的實際操作能力。

第三，創(chuàng)新思維考核。鼓勵學(xué)生在實際操作中提出創(chuàng)新性的想法，教師可以觀察學(xué)生的創(chuàng)新思維表現(xiàn)，如是否能提出新的設(shè)計思路、是否能優(yōu)化工藝流程等。

第四，作品質(zhì)量評價。對學(xué)生作品進(jìn)行質(zhì)量評價，如選擇較簡單易操作的FDM工藝，讓學(xué)生完成從設(shè)計、制作到處理的全過程，并對學(xué)生作品進(jìn)行評價。

第五，自我評價和同伴評價。鼓勵學(xué)生進(jìn)行自我評價，反思自己在學(xué)習(xí)過程中的優(yōu)點和不足，同時也可以讓學(xué)生互評，從不同角度了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

第六，教師評價。教師可以根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)，及時提供反饋和建議，以幫助學(xué)生了解自己的優(yōu)缺點，進(jìn)一步提高自己的能力。

通過以上多元化的評價方式，教師可以更全面地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力。

3 結(jié)語

案例教學(xué)法在3D打印工藝課程教學(xué)中的應(yīng)用具有重要意義。教師應(yīng)充分利用案例教學(xué)法，提高學(xué)生的實踐操作能力、創(chuàng)新思維、問題解決能力、團(tuán)隊協(xié)作能力和理論聯(lián)系實際能力，為培養(yǎng)具有實際應(yīng)用能力的3D打印技術(shù)人才奠定基礎(chǔ)。在具體實施過程中，要遵循基本原則，充分發(fā)揮案例教學(xué)法的優(yōu)勢。本文提出的策略能夠讓學(xué)生更好地掌握3D打印技術(shù)，為將來的工作和生活打下堅實的基礎(chǔ)。

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［5］ 周大帥，劉永志，郭灝，等.基于OBE理念的課程整合優(yōu)化：以“3D打印技術(shù)”課程為例［J］.裝備制造技術(shù)，2022（8）：216-219.

作者簡介：侯娟（1983—），女，安徽淮南人，博士，副教授，研究方向：增材制造。