您的位置: 首页 >教育科研>教师论文>详细内容

【中学劳技】徐进高--浅析3D打印技术与劳动技术学科融合

来源: 发布时间:2018-10-26 09:45:07 浏览次数: 【字体:

浅析3D打印技术与劳动技术学科融合

徐进高

张家港市外国语学校  215600

摘要通过介绍3D打印技术概况,分析3D打印技术与劳动技术课程的学科结合点。将3D打印技术引入劳动技术课程,有助于提高学习者的学习积极性、动手设计能力和创新能力。当前由于3D打印技术及其打印材料的限制,使其在教育教学中的应用还有待普及,但是随着技术进步,3D打印技术走进技术课堂是时代发展和开展创新型教育的必然趋势。

关键词:3D打印 劳动技术 学科融合 作用

3D 打印技术又称快速成型技术或添加型制造技术,它是将计算机的三维模型数据通过配套设备将纳米材料分层叠加,像打印机一样“打印”输出形成实物产品。通过将3D打印技术与劳动技术学科整合,为学生提供了学习和动手环境,让学生直接运用这一世界前沿科技,以引人入胜的实践环节为牵引,同时融入机械设计、结构设计、功能设计以及电子电路的融合,充分培养学生的创新能力。

1 3D打印技术概况 
  3D打印技术是指通过连续的物理层叠加,逐层增加材料来生成三维实体的技术,与传统的去除材料加工技术不同,因此又称为添加制造(AM,Additive Manufacturing)。3D 打印(3Dprinting)是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术,被称为“具有工业革命意义的制造技术”。运用该技术进行生产的主要流程是:应用计算机软件设计出立体的加工样式,然后通过特定的成型设备(俗称“3D 打印机”),用液化、粉末化、丝化的固体材料逐层“打印”出产品。 
  作为一种综合性应用技术,3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识,具有很高的科技含量。3D打印机是3D打印的核心装备。它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统,主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。此外,新型打印材料、打印工艺、设计与控制软件等也是3D打印技术体系的重要组成部分。 

2 3D打印与劳动技术结合的作用

3D打印在劳动技术课程中发挥着重要作用,主要体现在以下三点。 
2.1
抽象具体化,激发学生创造发明热情 
   学生利用三维制图软件将自己的想象物制作为可视化图形,然后用3D打印机打印出来,即将个体抽象的想象物转变为可共享可触摸的具体物,这就是抽象具体化。3D打印技术支持下的劳动通用技术课堂与传统的完全不一样,传统的劳动技术中,学生的活动内容相对刻板,不能充分的发挥学生的想象力和创造力。 
2.2
为每个学生参与实验创设条件,提高学生创新动机 
   建构主义者认为,学习活动应该发生在情景中应该和社会实践活动结合起来。3D打印技术的出现帮助学生营造真实的问题情景,完成模型制作,从而提高学生的学习积极性。传统的课程很多是教师演示学生观看,学生自己动手操作的机会少,造成这种现象的原因有两方面:一方面是设备欠缺,无法满足人人实践操作;另外一方面是因为有些活动设计具有危险性,为避免学生操作不当造成人身伤害而不允许学生实践操作。在劳动技术教学中也存在这样的现象,学生无法实践,只能观看教师演示,难以提高学生的学习兴趣和创新动机。3D打印机的出现变革了传统的演示实验,将教师演示变为学生操作,为学生参与实验提供了同等的机会。3D打印技术为开展劳动技术教学创设良好的学习环境,激发学生的学习兴趣并提高创新动机。 
2.3
快速成型的特点满足学生个性化发展需求 
  劳动技术课程的培养目标是提高学生的技术素养,促进学生全面而富有个性的发展。一些课程活动设计,要求学生具有创造发明的意识,在实践中创新。3D打印快速成型的独特优势为学生个性化发展创设条件,满足学生的发展需求。 

3 3D打印与劳动技术学科融合的模式

基于3D打印技术的劳动技术教学实施过程由问题情境创设、三维模型设计、三维模型构建、三维模型打印和教学评价六个核心模块。即在创设问题情境环节发现问题之后,学习者在解决问题的任务情境之下进行3D模型设计和模型构建。然后,打印实物三维模型并在课堂互动环节通过展示、探讨、应用模型的活动对模型加以验证和修改,进而解决实际问题。最后,通过评价环节,精细化设计技巧,完善设计思想,提高学习者设计能力和创新能力。
3.1问题情境创设 
  对于学习者而言,创设问题情境可以有力激发学习者学习兴趣。从学习者的学习经验、知识结构以及教学内容出发,创设具有趣味性、探索性、延伸性并有助于学习者个性化学习、交互合作的问题情境将有效激发学习者强烈的问题意识和探究动机,有助于引起学习者对发现问题的深入思考、探究欲望和钻研热情。同时,置身于问题情境,才有可能挖掘学习者的设计灵感,创作出既有价值又能让人耳目一新的作品。对于教师而言协助学习者找到一个高质量的问题激发学习者的求知欲,将为后续教学活动的顺利进行奠定基础。 
3.2三维模型设计
 
  经过创设问题情境阶段,学习者在接受问题刺激之后,其思维已被激活,处于活跃状态。此阶段是学习者最为敏感、最易出现创新思维的阶段。学习者在设计思想的指导下,遵循满足学习者个性化需求和解决真实问题的设计原则进行模型设计。教师则针对学习者在设计过程中存在的问题实施个性化的指导,帮助学习者在模型构建初期就降低设计失误的概率。 
3.3三维模型构建 
  在此阶段学习者利用Blender、Web 3D、AutoCAD等三维建模软件依照三维模型设计构建数字化三维模型。学习者也可以通过在3D建模资源库和教育资源中心等搜寻或修改符合要求的已有模型,这样能充分地开拓学生的思维,培养学生的创造力。 
3.4三维模型打印 
  模型打印主要借助3D打印机来实现,学习者只需把数字化三维模型数据传输到3D打印机,然后选择匹配的打印介质,根据打印要求设置打印机参数就可以轻松便捷地完成模型打印工作。 
3.5课堂应用和教学评价   

将打印的三维模型应用到课堂当中,教师通过课程设计科学合理安排模型应用的时间和地点,为学习者创设一种轻松自由的学习环境。通过模型展示和课堂互动环节,学习者进行充分交流和互动以讨论模型中存在的问题。最后通过评价模块,验证模型的可用性,检验得出结论的正确性。教师对模型给出反馈,指导模型的再次修改,学习者进行自我评估和学习者互评,不断完善模型。 

结束语:3D打印技术是一种新兴的学习技术,教育领域将是未来3D打印技术推广应用的重要市场。本文通过分析3D打印原理和3D打印技术在劳动技术课程中的作用构建了基于3D打印技术的劳动技术教学应用模式,以期为后续实际应用和精细化研究奠定基础。。

参考文献: 
[1]
王灿才. 3D打印的发展现状分析[J].丝网印刷, 2012,(09). 
[2]
王雪莹. 3D打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企事业, 2012,(09). 

[3]王 鑫,王 静.工程教育体系下机械设计课程实验和实践环节研究[J].中国电力教育,2010,(10). 

 


分享到:
【打印正文】
×

用户登录