3D打印技术与应用课程的教学模式改革与探索
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摘 要：3D打印技术正在各行各业中发挥重要作用，如何培养高素质的具有创新能力、学习能力和实践能力的综合型3D打印技术人才是高等学校需要解决的首要任务。针对当前3D打印技术与应用课程教学存在的教学环节欠完备、教学内容相对陈旧和教学平台相对单一等问题，提出了引入实验教学环节、以科研促教学质量提升和建立“学校-企业-国际”多层次实践教学平台教学模式改革的举措与探索，为实现我国“制造2025”输送更多优秀人才做贡献。
关键词：3D打印技术 教学模式改革 全面型人才
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）10（b）-0167-02
3D打印技术属于一种新型的先进制造技术，它涉及材料、化学、光学、控制以及计算机等多学科交叉。其应用领域非常广泛，在航空航天、交通装备、生物医疗、文化创意等领域都具有十分光明的前景。然而，近年来随着国内外3D打印技术及应用的爆发式增长，该领域高层次人才数量极度匮乏。从本质上讲，3D打印技术的发展高度取决于该领域人才的水平，如何培养高素质的具有创新能力、学习能力和实践能力的综合型3D打印技术人才是高等学校需要解决的首要任务。
华中科技大学快速制造中心团队是国内最早、实力最强的3D打印技术研发科研团队之一。团队从1991年起开始3D打印技术与装备的研发工作，在3D打印教学与科研方面积累了大量经验。然而，3D打印新技术层出不穷、应用领域不断拓展，对该项技术人才技能的要求也日益提升。如何充分利用华中科技大学快速制造中心团队承担國家级重大项目的科研资源、与企业保持的紧密产学研合作资源、培养具有基础扎实、知识面广且深、实践能力强、国际化前沿视野的3D打印技术和应用的全面型人才迫在眉睫。
1 3D打印技术与应用课程的教学模式现状分析
1.1 教学环节欠完备
3D打印成形技术涉及种类多，包括成形高分子、金属、陶瓷等材料体系。以金属为例，成形方法又有激光选区熔化（SLM）、电子束熔融（EBM）、同轴送粉（LNES）等。涉及到的知识体系包括机械、计算机、数控和材料等。本课程目前仅设置32个理论学时，仅仅通过理论教学的方式，学生对各种技术只能形成基本的了解，对3D打印设备的运用及工艺的实现难以有深入的认识和体会。这与学校深化教育教学改革，全面推进素质教育，极力培养实践能力强的工科学生存在较大差距。
1.2 教学内容相对陈旧
3D打印新技术日新月异，新的应用应接不暇，催生了大量新的研究成果出现。而目前课堂教学使用的课本和教学课件还停留在几年前，基于此，学生学习的仅仅是相对陈旧的知识和技术体系。一方面，学生会感到课本知识太陈旧太乏味，导致学习兴趣不浓，进而影响教师课堂教学质量。另一方面，学生无法接触到最先进最前沿的3D打印技术及其成果，大大限制了学生知识面的广度和深度，影响学生后续继续从事3D打印技术研究的热情。
2 3D打印技术与应用课程的教学模式改革措施及探索
2.1 引入实验教学环节
为培养学生实际操作3D打印设备的实践能力，掌握常见3D打印成形工艺，拟引入8个综合性3D打印材料制备及成形实验教学环节。该实验课程来源于、服务于相关的理论课程教学。制订科学合理的综合性实验教学方案：实验课程教学由3D打印材料和3D打印工艺两个研究方向的教师承担，将材料制备和成形方法的知识引入到3D打印实验中。与传统实验教学方法截然不同，该课程实验内容不由教师确定，而是根据学生自己选择的课程论文内容来确定，教师给予建议与指导。实验教学实施具体过程如图1所示。
2.2 以科研促教学质量提升
学校具有较强的科研实力，拥有较好的科研平台。在这种背景下，一方面，教师通过在多项国家级重大项目中全方位锻炼专业能力，包括在项目前期调研、项目申报、项目实施及项目结题等环节，对3D打印技术的全球前沿方向及热点动态把握较准。同时在项目实施过程中会对当前3D打印技术产生新的观点、新的见解，提升对3D打印技术的认识水平，将其融入到课堂教学的知识体系中，促进在后续课堂教学中教师“教”的质量提升。
另一方面，基于教师承担的前沿科研项目，学生可根据自身能力和兴趣加入相应的研究小组。在教师及研究生的指导下，学生对3D打印技术的理论知识会有更深入的理解，对3D打印设备的操作技能会有显著提升。同时学生加入到某一个具体的课题研究中，会很好的培养学生发现问题、思考问题和解决问题的学术研究能力，最大程度的激发学生的好奇心和求知欲，提高学生学术研究水平的同时，必将促进该门课程学生“学”的质量提升。
通过上述教师“教”和学生“学”的“两位一体”的质量改进，实时更新教学内容，实现以科研促教学质量提升的目的。
2.3 建立“学校-企业-国际”多层次实践教学平台
团队将在学校的支持下，以材料成形与模具技术国家重点实验室为依托，建设国内领先的3D打印技术实验中心。根据3D打印实验教学和学生课题研究内容，将团队自行研发的3D打印设备与国家重点实验室相关设备集中起来，构建专门为培养学生服务的3D打印实验中心。该中心将配备多种先进的3D打印设备、材料合成及制件性能测试分析设备等，学生在此可实现3D打印成形材料合成与制备、3D打印成形工艺和3D打印制件性能分析等，必将有效地保障学生实践教学和课题研究的完成。
邀请全球3D打印领域专家来校做学术报告交流，让学生在交流中激发学习兴趣，了解该技术当前最新发展前沿动态。鼓励学生假期赴国外对口高校实验室访学，深入了解国外实验室在3D打印技术最新研究成果，培养学生国际化视野。
以此，建立起“学校-企业-国际”多层次实践教学平台，全力培养3D打印技术和应用的全面人才。
3 结语
3D打印技术被称为当今制造业的一场革命，该领域全面型人才的培养迫在眉睫。目前该课程的教学存在问题较多，教学模式需要不断的探索、思考和研究。应从3D打印技术课程自身的特点，理论和实验教学并重，以科研促教学，建立“学校-企业-国际”多层次实践教学平台，通过教学、实践以及教学实验中心的建设全流程提升3D打印人才培养质量，为实现我国“制造2025”输送更多优秀人才做出贡献。
参考文献
[1] 史玉升，闫春泽，周燕，等.3D打印材料[M].武汉：华中科技大学出版社，2019
[2] 蒋文明，吴和保，于传浩，等.对材料成型及控制工程专业实践教学的思考与探索[J].科技创新导报，2012（34）：172-174.
[3] 王玥霁，程莎莉，刘敬露，等.“3D打印”工程实训课程混合式教学模式改革研究[J].科教文汇，2018（10）：65-69.
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