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塑料加工成型及模具設(shè)計(jì)課程群雖然屬于高分子工程領(lǐng)域的教學(xué)范疇，但所涉及的知識(shí)貫穿了高分子材料的性質(zhì)、塑料加工機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)與使用、塑件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)、成型模具設(shè)計(jì)與制造等領(lǐng)域，橫跨了高分子材料、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造以及計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科。不但有較多的理論授課學(xué)時(shí)，也有一定學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，是一類理論性、實(shí)踐性強(qiáng)的教學(xué)體系。很多知識(shí)點(diǎn)和內(nèi)容相對(duì)抽象，需要學(xué)生具備一定的抽象思維能力。而使用傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段，教師往往很難使學(xué)生充分理解所講授的知識(shí)點(diǎn)，無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，導(dǎo)致學(xué)生把課程當(dāng)做負(fù)擔(dān)，產(chǎn)生畏難情緒，教學(xué)效果大打折扣。

例如在“高分子材料成型加工基礎(chǔ)”與“塑料制品工藝學(xué)”的教學(xué)中，涉及關(guān)于聚合物性質(zhì)、成型設(shè)備結(jié)構(gòu)與成型工藝關(guān)系的知識(shí)點(diǎn)，單純的課堂教學(xué)很難保證學(xué)生能夠充分理解和掌握。而在隨后的實(shí)驗(yàn)中，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，往往開(kāi)展的是簡(jiǎn)單驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，大大限制了對(duì)學(xué)生思考和動(dòng)手能力的培養(yǎng)。而在“塑料模具設(shè)計(jì)與制造”、“塑料模具CAD”的教學(xué)中，由于加工成型設(shè)備以及模具的種類繁多、且內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加上傳統(tǒng)模具制造成本較高，使得教學(xué)模具缺乏。在進(jìn)行課堂教學(xué)以及CAD實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于缺乏模具實(shí)物，不得不依靠教學(xué)掛圖等二維平面手段進(jìn)行講解，學(xué)生無(wú)法對(duì)模具的結(jié)構(gòu)和組成產(chǎn)生直觀的感知，導(dǎo)致學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)效果大打折扣。雖然有多媒體輔助手段，但上述問(wèn)題依然不能得到有效解決。針對(duì)上述問(wèn)題，教育工作者在教學(xué)方法上做出了有益的嘗試和努力。比如梁春杰等和陸軍建等將多媒體等現(xiàn)代教育技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)法相結(jié)合，并將創(chuàng)意教學(xué)和案例教學(xué)引入到授課當(dāng)中。張道洪等采用動(dòng)畫仿真技術(shù)、成立科研興趣小組等手段調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性；伍凱飛等和王乾探索了信息化教學(xué)中各種網(wǎng)絡(luò)信息化平臺(tái)工具在高分子材料成型加工技術(shù)及模具課程中的應(yīng)用。吳育釗將項(xiàng)目教學(xué)法引入教學(xué)當(dāng)中，調(diào)動(dòng)學(xué)生在相關(guān)課程中的學(xué)習(xí)熱情和主動(dòng)性。

筆者作為長(zhǎng)期承擔(dān)本校塑料加工成型與模具設(shè)計(jì)課程群的授課教師，積極采取了一些相應(yīng)的革新手段來(lái)提高教學(xué)效果，比如引入多媒體教學(xué)，增多實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐學(xué)時(shí)等，雖然取得了一定的效果，但離創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)還有一定的距離。如何引進(jìn)新型教學(xué)技術(shù)或手段，通過(guò)與現(xiàn)有教學(xué)方法進(jìn)行融合，高效地將課堂教學(xué)和實(shí)習(xí)實(shí)踐有機(jī)結(jié)合起來(lái)，強(qiáng)化教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力，是亟待解決的一個(gè)難題。由于3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，極有可能在未來(lái)成為高分子材料成型技術(shù)中的一個(gè)重要分支。同時(shí)，3D打印技術(shù)在材料開(kāi)發(fā)、個(gè)性化制品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，非常適合將其引入塑料加工成型及模具設(shè)計(jì)課程群的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，通過(guò)將該技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際的教學(xué)活動(dòng)中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化的課程實(shí)驗(yàn)，甚至開(kāi)展一定的科技創(chuàng)新活動(dòng)。這對(duì)于培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和動(dòng)手能力的科學(xué)及工程類人才具有較好的輔助作用。下面，我們將探討一些將3D打印技術(shù)與現(xiàn)有教學(xué)體系及方法有機(jī)結(jié)合的方式和方法，供大家共同研討。

（1）將3D打印技術(shù)帶入高分子成型加工的授課環(huán)節(jié)。在“高分子材料成型加工基礎(chǔ)”和“塑料制品工藝學(xué)”的教學(xué)環(huán)節(jié)中，重點(diǎn)圍繞“組成-微觀結(jié)構(gòu)-物理性能-加工成型”這四個(gè)要素進(jìn)行展開(kāi)，尤其在成型加工設(shè)備及工藝方面，比如注塑、擠出、吹膜等，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，學(xué)生往往接觸到的是預(yù)先設(shè)定好的教學(xué)內(nèi)容和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)步驟，教學(xué)方式不夠靈活，導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中機(jī)械地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，無(wú)法發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題并進(jìn)行有效解決，造成學(xué)生不能對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)充分的理解和掌握。激發(fā)學(xué)生好奇心和創(chuàng)新意識(shí)更是無(wú)從談起。而熔融層積型3D打印機(jī)，其實(shí)質(zhì)是熱塑性高分子樹脂的熔融紡絲及層積定型過(guò)程，常用到的打印材料為ABS和聚乳酸。通過(guò)讓學(xué)生熟悉該類打印機(jī)的使用方法，制備出一些個(gè)性化的造型塑件，從而讓學(xué)生對(duì)3D打印產(chǎn)生興趣。向?qū)W生講解擠出及紡絲成型與高分子流變學(xué)、加工工藝、高分子微觀結(jié)構(gòu)和組成間的關(guān)系、接收板溫度（熱處理溫度）與塑件結(jié)晶、內(nèi)應(yīng)力及收縮變形間的關(guān)系等等專業(yè)知識(shí)。在對(duì)上述加工成型知識(shí)和內(nèi)容有了較深入的認(rèn)識(shí)和理解后，可以讓學(xué)生嘗試使用多種其他類型的熱塑性高分子樹脂進(jìn)行3D打印，指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)使用熔融指數(shù)儀、毛細(xì)管流變儀選定適合3D噴絲打印的高分子樹脂，并適時(shí)讓學(xué)生思考影響和控制高分子熔體流動(dòng)性能的影響因素有哪些；篩選出適合紡絲的樹脂后，通過(guò)3D打印機(jī)進(jìn)行打印實(shí)驗(yàn)，針對(duì)實(shí)時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生利用課堂所學(xué)習(xí)到的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行解決。

（2）利用3D打印制備仿真教具。“塑料模具設(shè)計(jì)與制造”、“塑料模具CAD”的教學(xué)中，由于金屬模具種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重，加之價(jià)格不菲，導(dǎo)致缺乏足夠的模具向?qū)W生展示，只能利用二維掛圖和PPT向?qū)W生介紹模具及其結(jié)構(gòu)，無(wú)法強(qiáng)化學(xué)生對(duì)模具內(nèi)部結(jié)構(gòu)的感官認(rèn)知，教學(xué)效果不佳。而利用3D打印可以方便的制得各類模具及相應(yīng)零部件的仿真教具，在課堂講解時(shí)結(jié)合平面掛圖、多媒體，使學(xué)生對(duì)模具的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能一目了然，增強(qiáng)了教學(xué)效果和學(xué)習(xí)興趣。在“塑料模具CAD”的上機(jī)實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)觀察事先3D打印的塑件，讓學(xué)生直觀了解所要繪制的塑件三維結(jié)構(gòu)，減少繪制過(guò)程出現(xiàn)的低級(jí)錯(cuò)誤，并可將學(xué)生完成的CAD圖樣用3D打印機(jī)打印出來(lái)，檢驗(yàn)建模效果，如圖2所示。而在隨后對(duì)塑件進(jìn)行的模具CAD開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)，教師將事先打印出的仿真模具及其可拆卸零部件向?qū)W生展示，加深學(xué)生對(duì)所要構(gòu)建模具內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及各個(gè)零部件裝配關(guān)系等關(guān)鍵要素的了解，減少學(xué)生建模時(shí)的盲目性，提高學(xué)習(xí)興趣和效果。

（3）成立興趣小組或者項(xiàng)目小組。在經(jīng)過(guò)上述課程教學(xué)后，成立若干圍繞3D打印的興趣小組或項(xiàng)目小組，以團(tuán)隊(duì)合作的方式設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)個(gè)性化3D作品；或者以項(xiàng)目的形式，根據(jù)教學(xué)需要，設(shè)計(jì)、繪制、打印并裝配一些新的教學(xué)模具，不但使高年級(jí)同學(xué)進(jìn)一步加深對(duì)模具結(jié)構(gòu)和功能的認(rèn)識(shí)，提高模具設(shè)計(jì)水平，還能進(jìn)一步豐富教學(xué)模具的種類。

（4）圍繞3D打印技術(shù)，鼓勵(lì)學(xué)生開(kāi)展科技競(jìng)賽和科研創(chuàng)新活動(dòng)。為進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、科學(xué)研究以及工程技術(shù)能力，激發(fā)學(xué)生對(duì)工程、設(shè)計(jì)、制造和科學(xué)相關(guān)課程的興趣，圍繞對(duì)大學(xué)生“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題-解決問(wèn)題-自主學(xué)習(xí)”這一能力體系的培養(yǎng)，以3D打印技術(shù)的應(yīng)用以及新型3D打印用高分子材料的開(kāi)發(fā)為主題，鼓勵(lì)學(xué)生積極申請(qǐng)和參與各類大學(xué)生科技競(jìng)賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。利用所學(xué)的高分子加工成型、塑料模具等方面的知識(shí)，逐步發(fā)現(xiàn)并解決在研發(fā)過(guò)程中遇到的種種不可預(yù)見(jiàn)的問(wèn)題，從而在完成預(yù)定競(jìng)賽和科研任務(wù)的同時(shí)，使大學(xué)生的科研和工程應(yīng)用能力得到了大幅度的提升和強(qiáng)化。

綜上所述，通過(guò)在相關(guān)課程群的教學(xué)和實(shí)踐中適時(shí)引入3D打印技術(shù)，在與現(xiàn)有教學(xué)體系和手段密切配合下，將會(huì)有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果；學(xué)生通過(guò)對(duì)3D打印技術(shù)的親自操作，以及對(duì)新型3D打印用高分子材料的研發(fā)，進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的理解、掌握，有利于鞏固所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，對(duì)提高高分子材料與工程專業(yè)學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，以及培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和能力的卓越工程師和優(yōu)秀科研人才具有重要的意義。

作者：徐鼐 李志君 杜杰 趙富春 單位：海南大學(xué)材料與化工學(xué)院高分子材料與工程系