摘要：随着3D打印技术的不断发展和成熟，其在机械设计领域的应用越来越广泛，极大地改变了传统设计和制造方式，为培养能够适应这一技术变革的高素质机械设计人才，有必要对现有的课堂教学进行创新性设计。本文将结合3D打印技术的特点，探讨如何将其有效融入机械结构设计的课堂教学，从而提升学生的实践能力、创新意识以及行业适应性。

关键词：3D打印技术；机械结构设计；课堂教学；创新策略；校企合作

随着新课程改革的不断推进，机械结构设计课程也开始进行相应的教学改革，尤其是在3D打印技术的影响下，学生学习兴趣得到了进一步提升，对学生进行创新设计能力培养具有积极意义，因此，相关教学人员需要对机械结构设计课程进行合理设计，在教学过程中以3D打印技术为基础，让学生能够通过实践操作来掌握基本知识。

一、3D打印技术特点分析

3D打印技术，作为近年来快速发展的一种先进制造技术，以其独特的成型原理和加工方式，在诸多领域展现了广泛的应用前景，该技术最显著的特点之一是成型过程的逐层堆积性，它通过将材料逐层累加的方式来构建三维实体，这一特点赋予了3D打印极高的设计自由度和制造灵活性，无论是复杂的内部结构还是精细的表面纹理，3D打印都能以较高的精度实现，无需传统加工中的切削工具或模具，从而大大缩短了产品的开发周期。此外，3D打印技术在材料选择方面也表现出了极大的多样性，从常见的塑料、金属到陶瓷、生物材料等，几乎所有类型的材料都可以通过适当的3D打印工艺进行成型，这种材料的多样性不仅满足了不同行业对材料性能的特殊需求，也为设计师提供了更广阔的创新空间，值得一提的是，3D打印技术还具有个性化定制的优势，在传统制造模式下，实现个性化定制往往意味着高昂的成本和复杂的工艺流程，然而，3D打印技术可以根据个人的需求和偏好，快速且经济地生产出定制化的产品，无论是医疗领域的个性化植入物，还是消费领域的定制饰品，都能通过3D打印轻松实现。最后，3D打印技术在节能减排和可持续发展方面也发挥了积极作用，由于它采用了增材制造的方式，能够显著减少材料浪费和能源消耗，同时，随着技术的不断进步，越来越多的可回收和生物降解材料被应用于3D打印中，进一步推动了绿色制造的发展。

二、基于3D打印技术机械结构设计的创新课堂教学设计策略分析

（一）整合3D打印技术与机械结构设计课程内容

在机械结构设计的课程中，整合3D打印技术的内容不仅是技术发展的必然趋势，也是培养学生综合实践能力的关键，因此，教师可以在课程中设置专门的3D打印技术章节，在这一章节中，除了介绍3D打印的基本原理和常见工艺外，更重要的是结合机械结构设计的实际需求，探讨如何运用3D打印技术进行优化和创新，例如，教师可以引导学生思考：在机械零件的设计中，如何利用3D打印的层叠制造特点，实现传统加工难以完成的复杂结构？如何通过调整打印材料和工艺参数，提升机械零件的性能和使用寿命？其次，项目式学习是整合3D打印技术与机械结构设计课程内容的绝佳方式，教师可以设计一系列具有挑战性的项目，让学生在实践中探索和应用3D打印技术，例如，教师可以布置一个“轻量化机械零件设计”项目，要求学生运用3D打印技术制作出一个既满足功能需求又尽可能减轻重量的零件，在这个项目中，学生不仅需要运用机械结构设计的理论知识进行初步设计，还需要通过3D打印技术来验证和优化他们的设计。最后，教师需要不断关注3D打印技术的最新发展，并将其及时纳入课程内容中，例如，近年来出现的4D打印技术，能够在打印过程中引入变形机制，使打印出的对象能够随时间或环境变化而改变形状或性能，这种技术为机械结构设计带来了更多的可能性和创新空间，教师可以通过分享最新的研究成果和应用案例，激发学生的创新思维和探索欲望。

（二）采用线上线下混合式教学，拓宽学习渠道

线上线下混合式教学是现代教育技术发展的产物，对于整合3D打印技术的机械结构设计课程来说尤为适用，线上教学部分，教师可以利用网络平台提供丰富的3D打印技术教学资源，如教学视频、在线讲座、互动教程等，学生可以根据自己的学习进度和兴趣进行自主学习，不受时间和空间的限制。例如，教师可以发布一系列关于3D打印技术的基础教学视频，涵盖了从3D建模软件的基础操作到打印参数的详细设置，此外，教师还可以精心挑选数个行业内的在线讲座，这些讲座由一线工程师主讲，内容围绕3D打印在机械工程中的实际应用与挑战，学生在家即可通过观看这些资源，初步构建起对3D打印技术的系统认识。线下教学则更加注重实践操作和师生互动，教师可以组织学生进行实验室实践，亲手操作3D打印机，将设计理念变为现实，比如，教师可以组织实践工作，将学生分成若干小组，每个小组需利用所学的3D建模知识，设计并打印出一个具有实用价值的机械零件，如一个简单的齿轮或连接器，教师在现场提供技术支持，指导学生解决设计和打印过程中遇到的问题。实践结束后，各小组还需要进行成果展示，阐述设计思路、打印过程以及所遇挑战的解决方案。通过线上线下混合式教学，学生不仅能够获得更加全面和深入的学习体验，还能有效拓宽学习渠道，提升学习效果。

（三）构建多元化评价体系，对接企业需求

为了全面评价学生在整合3D打印技术的机械结构设计课程中的学习成果，需要构建一个多元化的评价体系，这个体系应该包括传统的笔试和作业评价，以检验学生对理论知识和基本技能的掌握情况。同时，还应该引入项目评价和实践操作考核，以评估学生在实际应用3D打印技术进行机械结构设计方面的能力，包括对学生设计的机械结构的创新性、实用性、可打印性等方面的评价，此外，为了对接企业需求，评价体系中还应该引入企业标准和行业认证，教师可以与相关企业合作，共同制定评价标准，确保学生的学习成果符合行业的实际需求，通过这种方式，学生不仅能够获得学校的认可，还能在就业市场上更具竞争力。

（四）建立校企合作实训基地，促进学生实践与创新能力提升

校企合作实训基地是提升学生实践与创新能力的有效途径，在机械结构设计课程中，学校可以与企业合作建立专门的3D打印技术实训基地，这个基地应该配备先进的3D打印设备和软件，以提供给学生进行实践操作的机会，同时，企业应该派遣经验丰富的工程师或技术人员担任实训导师，指导学生进行实际的机械结构设计项目，这些项目可以来源于企业的实际需求或研发任务，确保学生能够在实践中接触到真实的问题和挑战。

结束语：

总之，通过将3D打印技术深入融入机械结构设计的课堂教学，能够培养出既具备扎实理论基础又具有创新实践能力的复合型人才，这样的教学设计不仅响应了新时代技术发展的潮流，更满足了行业对高素质人才的需求。

参考文献：

[1]吴铠波. 基于STEAM的中职机械专业3D打印技术教学模式研究[D]. 浙江工业大学， 2020. DOI：10.27463/d.cnki.gzgyu.2020.000456.

[2]王宇，陈银，卢孔宝. 基于3D打印技术机械结构设计的创新课堂教学设计探索 [J]. 内燃机与配件， 2017， （19）： 153-154. DOI：10.19475/j.cnki.issn1674-957x.2017.19.089.

作者简介：

石春景，女，汉族，1990年6月，黑龙江齐齐哈尔人，凝聚态物理博士，特聘副教授，研究方向：功能纳米材料、超精密加工。

浙江省级高校基本科研业务费（GK239909299001-021）