《3D打印技术》课程教学项目的开发与实施
一、引言3D打印技术作为一种快速成形技术，于最
近两年开始流行，广泛应用于产品设计的各个领域当中。

但3D 打印目前处于初步发展阶段，国内针对学生的教材不完整，教育方案不够系统化，师资力量紧张，配套设备比较昂贵。

为了跟上
时代发展的潮流，各中职学校克服困难，创造条件，纷纷开设
3D打印技术课程，普及3D打印技术。

湛江机电学校作为地方中职龙头学校，于2014年投入资金购买了基础型3D打印桌面机，选派教师到企业学习3D打印技术，解决了师资、设备等问题。

2015年在模具制造技术、数控技术
应用、机电技术应用等专业开设《3D打印技术》选修课，我们
在课程教学内容的选择、教学项目的开发以及教学过程的组织与
实施方面做了一些探索与实践，本文通过具体案例讲述了笔者在《3D打印技术》课程教学项目的开发、实施等方面所做的探索
与实践，并展示了教学成效。

二、教学项目的开发与研究
为了选择适合中职学生的课程教学内容，我们先对3D打印的原理及工作过程进行了研究和分析。

1.3D打印的原理
传统的机械加工方法是“减材制造”，在其制造过程中材料逐渐减少；锻造、铸造、粉末冶金等热加工方法，可粗略地看作
是“等材制造”；3D打印则属于“增材制造”，通过一层层地
累加材料最终达到物体的成形。

3D打印机就是可以“打印”出
真实3D物体的一种设备，功能上与激光成型技术一样，采用分
层加工、叠加成形，即通过逐层增加材料来生成3D实体。

称之为“打印机”是参照了其技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。

2.3D打印的工作流程
3D打印是利用设计产品的3D数据，采用分层、叠加成形的原理进行打印，其工艺流程一般分为三维建模、数据分割、3D 打印、后处理四步（如图1所示）。

（1）三维建模
三维建模是3D打印的基础，即在打印之前需在三维软件中
对产品进行建模，因此3D打印需计算机辅助设计（CAD）技术的参与。

建模过程可使用AutoCAD、Mastercam、Pro/E、UG、Solidworks等主流软件完成，需注意的是在整个建模过程中产
品尺寸要准确无误，打印机是严格根据这些数据来控制产品最终
外形的。

（2）数据分割
数据分割是将建好的模型数据导出为.stl或者.obj（这两者是世界通用的中间交换格式），再将中间格式的.stl或者.obj 文件载入切片软件（当前通用的切片软件有cura，make bot，Xbulider，Repetier host等）中，进行切片操作，即生成打印
机能识别的数据流格式文件（.gcode或者.x3g.s3g等格式），从而指导打印机逐层打印。

（3）3D打印
通过SD卡或者U盘把.gcode格式文件拷贝到3D打印机中，进行对应的物理打印参数的设置（不同打印机物理参数设置不同），打印机就可以把它们打印出来。

打印机通过读取文件中的
横截面信息，用合适的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。

（4）后置处理
三维打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够（在弯曲的表面可能会比较粗糙，像图像上的锯齿一样），要获得更高分辨
率的物品可以通过如下方法：先用当前的三维打印机打出稍大一
点的物体，再稍微经过表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨
率”物品。

有些技术可以同时使用多种材料进行打印，有些技术在打印的过程中还会用到支撑物，打印完成后需要去掉支撑物及
表面毛刺等。

3.3D打印校本教材
基于以上研究与分析，根据我校实训条件及学生知识储备，
编写了基于3D打印工作过程的校本教材《三维建模与3D打印》（教材目录见图2）。

教学内容及项目的选用以完成一个完整作品为主线，由浅入深地设置层次递进的项目。

作品实用又有趣，有利于调动学生的
学习积极性；任务由简单到复杂，有利于学生克服畏难情绪，一
开始就能感受成功的喜悦；不断上升的难度能持续引起学生的关注，将学习进行到底。

三、教学方法的选择与确定
开设本课旨在让学生了解制造前沿新技术，跟上时代发展的潮流。

通过项目教学，帮助学生了解实际工作的思维路径，获取
三维建模与3D打印技术的实际操作技能。

本课程是我校模具制造技术、数控技术应用、机电技术应用等专业的专业选修课，二年级下学期开设，学生已经学习了AutoCAD、Mastercam等计算机辅助设计软件，对三维建模及加
工制造比较感兴趣。

学校建有专门的模具设计与3D打印实训室，配置72台学生用计算机、15台套桌面型3D打印机（可计算机驱动，也可SD卡驱动），可以使用多媒体教学平台教学。

依据教学目标及学生学情，努力实践“教、学、做”合一的
项目化教学模式，主要采用任务驱动法、演示法、合作学习法等。

项目一应以讲授为主，可配以相关内容的教学视频、动画演示、
教学PPT等，并通过提问、书面作业等形式巩固课堂知识；项目二、三、四则主要使用任务驱动法，以学生为学习主体，教师为
主导，让学生带着任务分析思考，通过学习互助完成作品的设计
制作，再通过优秀作品展示评讲，引导学生自我评价，修改完善
作品，培养创新意识与精益求精的工作态度。

《3D打印技术》课程教学项目的开发与实施
四、项目教学的组织与实施
我们对每一个项目都进行了精心的教学设计，并据此进行教学组织与实施。

这里以“项目三：走进3D打印体验馆――吉祥挂件的设计与制作”为例进行介绍。

根据教学设计，做好充分的课前准备。

制作教?W资源文件（如图3所示），撰写了工作任务书、参考案例、灵感图例等，
旨在让学生明白他们在课堂上要做什么、怎么做；制定工作过程记录表、学习过程评价表、作品展示评价表等，要求学生在学习
过程中按要求填写并上交，引导学生自学、自评、互评，从而督
促学生完成课堂任务。

采用分组教学，根据班级人数（60人）及实训设备数量（15台打印机），将学生分成4人一组，独立设计，轮流打印，提高课堂学习效率。

准备好教学设备，检查电
脑及打印机是否能正常工作，安装打印材料，保障教学正常进行。

教学过程从“创设情景，导入任务”→“解析任务，层层推
进”→“合作探究，完成任务”→“交流赏析，体验美
好”→“自我完善，体验成功”等多个教学环节，循序渐进的学习让学生能力一步步提升。

把教学总任务由浅入深分解为6个子任务（以“?帧弊止壹?的设计与制作为例）：绘制“?帧弊窒呒堋?创建“?帧弊质堤迥Ｐ汀?输出“.STL”模型文件→装载
“.STL”模型文件切片→生成并保存GCode→打印“?帧弊止壹?，清晰的指引让学生像玩游戏一样过关斩将，轻松完成作品
的制作。

由于打印机数量有限，为了提高课堂学习效率，还安排了拓展任务：要求每位学生在打印操作间隙自主设计3个以上不同创意的作品，挑选最满意的作品进行创意阐述，制作作品展示文档，既培养学生分析问题、解决问题的能力，又锻炼学生综合运用多学科知识的能力。

五、教学成果的展示与分析
我们将作品评价贯穿于项目教学全过程，通过自我评价、优秀作品赏析、缺陷作品分析等引导学生分组讨论、互相学习、互
相评价，进行思维大碰撞，激发学生的好胜心，满足他们自己动
手完成任务并最终制作出精美作品的心理需求。

这里仍以“项目三：走进3D打印体验馆――吉祥挂件的设计与制作”为例进行
介绍。

1.自我评价
每人以最佳作品为例进行过程评价，填写自评资料。

边操作边记录，完成“工作过程记录表”；认真思考，撰写“作品展示
评价表”；客观公正进行自我评价，填写“学习过程评价表”。

2.秀作品赏析
对于优秀作品（如图4所示）的赏析，采用组内互评+组间互评+教师点评的方式进行。

（1）通过组内互评，选出本组完成最好的设计模型及打印
作品。

（2）每组派代表展示本组完成最好的设计模型及打印作品，
并进行创意说明。

（3）教师点评，组间互评，进一步升华完善作品。

3.缺陷作品分析
对有明显缺陷的作品（如图5所示），要及时跟踪，发现问题，提出改进意见，这样有利于学生进一步完善。

六、结束语
最早的课堂里，学生只能坐着听，多媒体技术出现后，许多教学内容变成可视的，3D打印技术引入后，教学内容将变成可触的。

由于3D打印技术能实现虚拟世界与实体世界的有机结合，3D打印机进校园将使得学生在创新能力和动手实践能力上得到
训练，将学生的创意、想象变为现实，将极大发展学生动手和动
脑的能力，从而实现学校培养方式的变革。

3D打印作为一门新的实践型课程，课程标准、教材、培养方案、教学资源等还有待
于完善、规范，我们将在教学实践中不断摸索，为培养高素质人
才贡献一份力量。