機電專業創新教育3D打印技術研究實踐

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［摘要］以3D打印技術為載體，激發學生創新的興趣。中職學校在全面提倡實施素質教育的過程中，創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中職學生的創新意識和創新能力具有積極意義。將3D打印與中職學校所提倡的創新教育課程相結合，是激發學生創新興趣的有效途徑之一。

［關鍵詞］創新教育；3D打印技術；創新課程體系；課程融合

一、國內外相關研究現狀分析

（一）國內研究現狀分析社會的發展與進步的永恒主題就是創新，科教興國戰略的實施、教育改革的全面深化、以培養學生創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可持續發展的重大決策。對中等職業教育來說，深入探討和研究創新教育，培養一大批具有創新精神和創新能力的新技能型人才，是必須完成的戰略性任務。我國創新教育起步較晚，雖然越來越多的中職院校開始意識到學生創新教育的重要性，但還處于摸索階段。學生創新能力不強，中職院校的創新教育仍存在一些亟待解決的問題。山東省經過近幾年創新教育的建設與發展，一些中職院校的老師在經過相關的培訓與教育后，教學觀念已得到很大改善，嘗試教創融合、理實一體、學做結合、工學結合的人才培養機制。經過不同層次的創新類比賽很多學生的觀念也得到了很大轉變。這對優化職業院?？萍紕撔陆逃h境，深化中職學生的創新思維，不斷培養學生的創新能力和意識，促進學生的實踐水平不斷提升，為專業培養更多的優質人才，發揮了極其重要的推動作用。

（二）國外研究現狀分析目前，在高校教育實踐探索中，將創新教育和創業教育結合起來，是比較成功的教學嘗試之一，相關教育實踐證明，這種創新的教育模式對提升人才培養質量具有重要作用。在創新創業教育方面，美國的實踐相對較早，至今已經有60多年的歷史了，所以，美國在“雙創”教育方面積累了更多成功的經驗，相關教學水平也領先全世界。1.百森商學院的創新創業課程百森商學院依據優越的師資力量，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，對提升學生的創新思維能力和素養具有一定的效果。在課程設計上，也具有一定的創新性，在創新創業課程設計上，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，以企業實際面臨的社會環境為基礎，針對具體的創業過程進行模擬，以實現對學生創新能力和素養的有效培養。因此，學生可以積極參與創新學習，教學效果非常好。2.其他高校的創新創業教育除此之外，其他高校也有較為知名的創業中心，如斯坦福大學的創新創業教育模式被稱為“產學研一體化”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業中心等。它們都已經在創新創業教育方面積累了相對成功的經驗和實踐案例。

二、本項目研究的意義

在職業教育中，培養學生的創新能力是新時期人才培養的基本要求之一。而要實現學生的創新能力培養，需要在具體的實踐過程中來完成。所以，針對中職學生的創新能力培養，不僅要從思維訓練方面做起，還要從職業教育層面做起，注重為學生創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，提升創新能力。在這一過程中，還需要將中職學生的創業能力作為重要培養目標之一，通過不斷強化學生的創業能力，讓他們未來更好地適應社會。

（一）培養中職學生的創新能力符合社會發展要求當前，我國實施科教興國戰略，培養中職學生的創新和創業能力，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化為生產力，就需要在學習過程中不斷在實踐中解決問題，接受高質量的創新教育。

（二）培養中職學生的創新能力是為企業提供專業人才的需要目前，企業競爭中，人才競爭是核心。而在企業發展中，創新是必要的條件和動力?，F代企業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知識，有著熟練的業務能力、學習能力、信息技術能力、問題解決能力的人，他們是企業爭奪的人才。所以，新時期為了適應企業的人才需要，為企業提供更多的專業技術人才，必須在中職教育中強化學生的創新創業能力培養，促進人才綜合實力的提升。

（三）培養中職學生的創新能力是促進中職學校教育改革的需要現階段，我國的職業教育中存在諸多問題，教育面臨改革創新之際，開展對中職學生的創新創業教育，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、創新能力不足等問題。目前中職教育中理論教學是側重點，實踐教學相對不足，專業的實驗課程、實習課程以及技術課程教學層次不高，不能滿足專業人才培養工作的需要。對此，開展“雙創”教育，可進一步促進學生創新能力培養，可有效促進中職教育改革，促進中職院校教學質量不斷提升。

三、具體研究內容

1.在全面推進素質教育實施的過程中，創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中職生的創新意識和創新能力具有積極意義。目前，大多數高職院校都開設了創新教育系列課程。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。它是基于一個數字模型文件，被構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新教育課程相結合，已成為培養中職學生創新精神和創新能力的有效途徑之一。2.將3D打印技術引入機電專業創新創業教育中，充分發揮其“整體化知識”的創新引領作用，在3d打印教學中進行創新思維培養的實踐和研究。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字制造技術。3.開發機電技術應用專業系統化的創新課程體系（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，充分發揮學生的自主創新能力，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，結合機械制圖與AUTOCAD課程，確保相關項目的實用性，相關內容安排上，要結合學生的具體學習基礎和情況，循序漸進，注重學生的創新能力培養，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，實現多學科融合。（3）第三階段：加強課程內容的綜合性，以CREO建模設計為主，體現多學科的深度融合，讓學生在具體的問題解決中鍛煉創新能力，引導學生發現問題、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，構建新型的培養模式，進行創新教育的深入改革。（1）企業創新人才走進課堂。（2）在學生實習過程中，將學生融入企業的技術革新、生產管理革新過程中去。5.探尋激發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）轉變教師觀念，提高師資力量，引導師生協同創新

（二）開發一套以職業素養為基礎，以創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合日常生活中現有物體進行模仿設計。設計了四個綜合項目，分別是萬圣節墻貼、花瓶、萬圣節南瓜燈、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過程均由自己親手完成，到自己制作的產品能夠按照設計要求完成任務，其成功的喜悅，產生向具有無限開發潛力的創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，內容安排更符合學生的學習規律，從簡到難，更有利于培養學生的創造性思維，提高學生的創新能力和動手能力。大部分中職學生學習機械制圖內容時，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，學生先充分發揮自己的創新能力，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。這樣不但激發了學生學習創新的興趣，培養了學生創新的實踐能力，更全面地提升了對專業課程的學習興趣，增強接受專業知識的能力。第三階段：此階段的綜合項目旨在加強課程內容的綜合性。學習內容更深入、綜合性更強，依托CREO建模設計課程，體現了多學科融合。如橋梁模型設計、橋梁結構與承載力關系的探討教學中，具體的教學設計需要結合課程的實際教學目標，將重要知識點連接起來，進行內部關系的探討。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節，讓學生在不同節日中進行學習，實現學生多學科綜合素養的培養。因此，這一階段的教學是對以上兩個階段的升華和總結，讓學生能夠更好地掌握設計要點，將專業知識應用到實踐中，在具體的問題解決中實現知識掌握和應用，在設計中感受三維立體設計的美感，鍛煉理性思維和創新思維，這對學生的審美能力和創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