“创新教育”背景下3D打印技术在中职建筑专业教学的应用探究

程花

【摘要】培养创新型人才已经成为社会发展的重要任务，中职教育与技能型人才的创新有着较大的关系。随着国家“创新教育”工作的不断推进，结合3D打印技术的科普教育要求也会越来越高，将3D打印技术应用到中职建筑专业教学中培养复合型人才显得更为迫切。方案旨在研究构建人才培养新模式，通过3D打印同建筑教学的结合，实现创新教育与专业教育深度融合，以进一步启发学生的创新思维，提高职业可持续发展能力。

【关键词】创新教育；3D打印；建筑专业教学；创新思维

   1.引言

    在科技突飞猛进的今天，一个国家的创新能力关乎着国家兴衰命脉，大力培育创新精神、提高全民创新能力、杜绝更多的“卡脖子”问题迫在眉睫。创新教育培养的是创新精神，需要在整个教育过程中注重培养学生的相关习惯，才会日积月累，逐步培养和提高学生的创新思维，形成有较强开拓进取精神的创新型人才。

3D打印技术是通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的“切片”，继而指导打印机逐层打印。将3D打印技术与建筑学科融合的创新教育教学方式，可以通过该技术解决教学中设备不足的问题，通过3D打印模型直观呈现教学内容，将抽象的想象具象化，更加重要的是学生在模型设计的过程中理解知识原理，这种虚实结合的创新教学方式能够有效降低教师教学难度，激发学生学习兴趣。通过调研发现很多模型制作课中3D打印技术的应用已经有了初步效果，中职学校建筑专业推行引入3D打印在建筑学科中是时势所迫更是“创新教学”的主动探索。

   2.3D打印技术在中职学校教育现状分析

    在欧美国家的职教中3D打印技术运用较广泛，其最先是应用在高职课堂,现在已开始进入中职课堂。国内高职院校经过多年的探索，在该技术上已有较大的发展，但通过调查发现中职学校3D打印技术科普教育普遍存在停滞状态或者开展不深入，购置的3D打印机慢慢变成了各校之间参观的展品，主要原因为无独立专业教师团队，有些学校是带课教师专业素养不高，模型设计阶段无法独立，只是带领学生体验打印机的模型输出打印过程，无法真正的达到教学目标，不能很好的激发学生的创新意识。

    3D打印技术出现时间不短，但各方面应用并不足。究其原因还是传统行业对3D打印技术认知不够，更最重要的是现今社会创新的氛围不够浓厚。创新能力是我国迈进科技强国的关键。3D打印技术已开始广泛应用于教育领域，但是3D技术与其他学科相对独立，与创新创业学科融合的比较好，但与建筑学科融合研究仍显不足，新课改下要求3D技术与各学科融合教育既是压力更是契机。

   3.中职学校建筑专业教学困境

    3.1 教师讲解手段单一

   建筑专业课程理论知识讲解手段单一,主要通过PPT课件、动画视频及模型教具等来辅助教学,这种方式不利于学生创新能力的培养。例如在建筑识图课程教学过程中,教学目标中要求学生具备一定的空间想象力，把三维构建转化成二维投影图形，教师一般会运用传统手工教具或者课前PPT演示功能让学生进行观察，分析视图。这种教学手段不能完成教学目标，也不利于学生自主提高空间想象能力，且延长了备课时间，增加了教学难度。

    3.2 注入式教学

    在建筑专业课程中大部分采用教师讲课，学生被动接受知识的教学模式，学生积极性不高，兴趣不强。这种注入式教学模式把老师和书本的思想注入给学生，不利于学生创新思维的形成。学生接受这种被迫式教育学生会慢慢丧失创造力，丧失思维能力，俗话说授人以鱼不如授人以渔，并且传统教学模式很难让学生产生学习兴趣和对本专业的认同感,从而无法激起学生的课堂参与积极性,导致学生逐渐失去学习兴趣。在当今社会发展阶段,需要的是主动去获取知识的学生，为以后适应企业工作岗位奠定基础。

    3.3 教学目标概念化

    传统建筑专业课程教学目标概念化，考核方式比较单一。比如在传统的建筑识图课程教学中,教学目标主要是培养学生自身的专业能力和创新能力等,往往创新能力目标是否达成很难鉴定。在作业布置方面，往往也是课后习题的形式，无法设置一些开放式的或者成果展示式的作业，这种作业形式不利于学生学习主动性的形成，创新能力很难得到发展。

   4.3D 打印技术应用在建筑专业教学的必要性

    4.1助推3D打印技术科普教育

    在当今的社会发展阶段，教育部门已有把学生思考、动手、创新能力作为新的考核标准的趋势，今后每个学生对知识的检索能力，远大于对“知识”的记忆能力，3D打印技术的科普有利于为培养创新型、复合型、应用型人才打下一定的概念基础。

    3D打印技术由于其快捷高效个性化的优势，在抗击疫情过程中为解决医疗物资短缺提供了新的解决方法。湖南云箭集团有限公司紧急上马3D打印医用护目镜项目从设计开发定型到日量产600副仅用153个小时。深圳蛇口人民医院通过采集医护人员的面部三维特征优化防护面罩设计2小时就能完成个性化订制医护面罩的3D打印案。所以3D打印技术科普教育刻不容缓，需要多方部门共同努力推动该技术的学习。将3D打印技术应用在建筑专业教学中，可以落实技术的运用，我们应该主动拥抱3D打印技术，享受新技术红利。

    4.2 辅助建筑学科发展

    建筑专业是一门理论与实践联系比较紧密的学科，将抽象的想象具象化为3D实例，会较好的激发教师的教学动力和学生的参与积极性。3D打印技术的应用可以较快的将抽象的想象具象化，可以用实物形成反馈链来促进空间想象的进一步发展。这正是利用了游戏的及时反馈，会更有效的激发学生学习的兴趣，令学生从内心渴望学习，主动参与到教学活动中，形成教学相长的良好局面。若能进一步结合中职院校特点，探索出3D打印技术在中职建筑专业教学中的创新应用，积极参与 3D 打印技术应用与推广，将为培养建筑、3D打印的复合型人才奠定一定的基础，为实现科技强国战略性助力。经过不断的理论探索、实践反馈，应用3D打印技术不断改进、创新建筑专业教学方式，将会更好的“试错”以调动师生共同参与课堂教学的积极性，不断改进教学方式、拓宽学生思路。

    4.3 两者相互促进

    3D打印运用使教学内容更加真实、直观,在课堂上由学生提出问题，师生一起探究解决问题，学生可以切实参与到教学的各个环节。这种教学方式增加学生学习兴趣的同时提高教学效果;另一方面学生在参加设计到打印的过程中，动手实操能力也得到提高。通过融合教学方式，既能让学生接触最前沿的技术，还能激发学生的创新思维，保持与专业应用的密切联系，将会同时助推3D打印技术和建筑的发展。

   5.应用3D打印技术在建筑专业创新教学探索

    5.1 活页式教材，项目化教学

    结合建筑专业多个课程特点，多个教师共同编写切合本校建筑专业学生的校本教材，形成以项目教学的活页式教材，参考学生基础知识掌握的差别，科学安排学生加入学习活动，再由多个教师分工与配合形成多个训练方案。选定课题阶段，鼓励学生多搜集想法、进行初创作和加工，逐步形成“课题库”；选定课题之前，需要班级师生以“头脑风暴”形式对预选课题进行“再加工”，搜集课题可能存在的问题；教授3D打印方法时，学生可根据学习情况制定课题实现步骤；共享课题和成果阶段，主要是分批次展示优秀成果或成果部分可取之处；展示、讨论课题成果，主要是阶段总结，目的是发现优点长处，鼓励有兴趣的同学进行进一步深入研究。通过以上教学步骤的实施，激发学生内在的学习兴趣和创作动力，以期学生主动学、教师辅助教，取得教、学在课堂，深学在课外的效果。实时观察学生参与度以进行及时的改进，并通过观察课后情况，及时调整教学方法和形式；通过不断实践方案，根据实际效果进行动态化改进；最终形成切实可行动态更新的教学方案。

    5.2 O2O教学，赛训一体

    学生在搜索课题阶段主要是线上学习，结合线下多门建筑专业课程的学习基础确立适合自己的研究课题，在课堂授课环节主要采用理论与实践结合的教学方法，通过个人或者小组合作的方式完成项目创作，并进行展示分享，充分交流，取长补短，课后以比赛+训练的方式不断完善自己的方案，最后形成“课题库”。

在建筑专业学科的教学计划、教学大纲、考核方法、考核标准、评价标准等方面融入3D打印技术的内容形成新文件，在学生掌握基础知识和基本技能的同时，得到较好的建筑设计、建造的训练和实践，并最终实现理论知识和实际应用的良好结合，提高学生的综合能力，顺利衔接日后的工作实践。

    6.结语

    3D打印作为一种新兴技术，应在我国的落地生根和应用创新，把3D打印技术与建筑学科教学融合利于建筑专业的学生进一步具备复合型能力，培养利用新技术新手段解决问题的能力。方案实施良好后，利于在其他类似学科的推广，积极推进学科创新，有利于培养学生的专业创作能力，需要教育工作者在教学实施过程中结合实际情形和新动态不断探索改进。
参考文献：

[1]王子明，刘玮. 3D打印技术及其在建筑领域的应用[J].混凝土世界，2015，(1):50-57．

[2]孟伟.3D打印技术及应用趋势分析[J].科技创新与用,2021.(11)：146-148.

[3]蓝毅，王鹂，何国举. 《基于3D打印技术的土建类大学生创新创业教育探索》[J]. 建材与装饰，2019，(3):177．

[4]刘翠，胡小强，蒋逸皇. 3D打印技术及其在职业教育领域中的应用[J].电子制作，2014，(4)90-91．

[5]刘晓. 疫情背景下对3D打印科普工作的重新认识[J].科技视野，2020(12):118-119．

[6]王茜菊. 3D打印技术在机械课程教学中的应用探究，科技经济导刊,2018，(5)20-21．

[7]张景龙,张剑波. 3D打印技术在高校创新创业教育中的应用[J].张家口职业技术学院学报，2016(4)60-63．

[8]杨宋,张磊,付娟娟,杨帆,刘桂花. 基于“双创”的高职《3D打印技术》课程评价模式与教学方法研究[J].创新创业理论研究与实践，2021(3) 30-32．