【《以3D打印为载体的“机械基础”课程设计及应用效果分析案例》14000字】

以3D打印为载体的“机械基础”课程设计及应用效果分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u28177以3D打印为载体的“机械基础”课程设计及应用效果分析案例 16150第1章以3D打印为载体的《机械基础》课程设计 267511.1以3D打印为载体的项目化课程开发 252761.1.1课程标准的修订 2236101.1.2教学项目开发 3296461.2以3D打印为载体的评价体系的建立 6280221.3以3D打印为载体的《机械基础》课程案例设计 9236221.1.1教学设计 10260301.1.2项目指导书的开发 1219554第2章以3D打印为载体的《机械基础》课程实施和效果分析 13169422.1以3D打印为载体的《机械基础》课程实施 1328162.2以3D打印为载体的《机械基础》课外应用及拓展——解决企业实际问题 16312622.2.1《机械基础》融合3D打印的创新实践设计 16142022.2.2《机械基础》融合3D打印的创新设计在企业中的应用 17268642.3以3D打印为载体的《机械基础》课程实施效果分析 21第1章以3D打印为载体的《机械基础》课程设计1.1以3D打印为载体的项目化课程开发1.1.1课程标准的修订课程标准是对学生在经过一段时间的学习后应该知道什么和能做什么的界定和表述。课程标准的修订，综合考虑专业现行学科课程体系架构对课程的总体定位及要求，结合各专业的需求，对标1+X证书（轨道交通装备无损检测），确定了四部分教学内容，构建了知识、能力、素质目标，明确了评价目标。修订后的课程标准如表3-1所示。表3-1《机械基础》课程标准内容知识目标能力目标素质目标评价目标1+X技能点机构1.了解机械、机器、机构、构件和零件的基本概念。2.了解运动副的概念。1.了解各种运动机构的原理，机构特征以及运动特点。1.初步具有分析和选用机械零部件及简单机械传动装置的能力。2.具有独立判断齿轮啮合、润滑以及磨损情况的能力。培养学生善于动脑、动手、勤于思考，及时发现并分析问题的学习习惯。1.能够认识和掌握基本机械结构的组成。2.能够掌握运动，传动等机构的结构特征。连接、传动系统检测连接与支撑零部件1.了解键、销以及螺纹连接的基本原理知识。2.掌握联轴器种类及应用。1.了解离合器和制动器种类及应用。1.具有正确操作和维护机械零部件的基本能力。2.能安装要求对连接件进行调整和紧固。1.具备合作修配联轴器键和键槽的能力。使学生树立安全生产、节能环保和产品质量等职业意识，具有创新意识和创新精神。1.具备一定的机械零部件拆装的基本思路和能力。2.具有设备使用的安全和规范意识。连接、传动系统维护机械传动了解带、链传动的基本知识，工作原理及特点。掌握齿轮传动基本知识和故障类型。熟悉机械拆装安全和文明生产操作规程。1.具有正确操作和维护机械设备的基本能力。2.齿轮、轴承装配工艺要求。培养学生善于动脑、动手、勤于思考，及时发现并分析问题的学习习惯。能够根据示意图进行机械设备的装配（齿轮油泵、减速箱等）齿轮、轴承及变速箱故障液（气）压传动1.掌握液（气）压传动原理及作用。2.掌握液（气）压元件工作原理及作用。1.了解液（气）压密封件种类。2.了解液压油防污染基础知识。1.能够独立判断执行元件运行状态。2.能够合作检查液压油和气源的状态。1.能够合作检查润滑系统工作状态。培养学生合作意识，使学生具备合作学习的能力。能检查液压油源和气压气源状态。能判断执行元件运行状态。液（气）压传动及润滑系统检测2019年2月13日，国务院印发《国家职业教育改革实施方案》（以下简称《方案》）。《方案》提出，从2019年开始，在职业院校启动“学历证书+若干技能等级证书”制度试点工作，该证书也称“1+X”。该证书对职业学校的人才培养、毕业能力指标以及课程标准的修订都起到了引领的作用。我校与“中车”集团合作，开设了“1+X”培训，因此参考“1+X”证书的技能考核点，以学生最终学到的知识技能为导向（OBE理念），结合前期对课程内容的调研结果，确定了四部分的教学内容、教学目标和评价目标，完成《机械基础》课程标准的修订。1.1.2教学项目开发根据各专业需求，紧贴人才培养方案并对标1+X证书，重新修订了《机械基础》课程标准。依据《机械基础》课程标准的教学内容：机构、连接与支撑零部件、机械传动和液（气）压传动这四部分，设计了基于3D打印的教学项目。依据“碎片学习理论”，将四部分的教学内容碎片化处理，再进行整合，按照3D打印的制作难度和《机械基础》的课程内容进行教学项目设计，教学项目和知识体系（教学内容）一一对应，如“机构”具体讲授知识为认识机械、运动副和平面四杆机构，而在教学项目中，是以不同的任务形式出现，具体的教学项目与教学内容的关联如图3-1所示。图3-1教学项目与教学内容关联图结合人才培养目标、对标1+X，对课程的具体内容进行重组后，根据本专业的教学特点，开发基于3D打印的教学案例、精品课件、整合相关教学资源建立电子教案库、3D打印实训案例库、3D打印教学录像、3D打印相关图片、3D打印实物模型、试题库等内容组成专业的教学资源库，以方便教师“教”和学生“学”。由于3D打印机提供的巨大灵活性，在过去的几年里，这些技术得到了惊人的发展[23]。因此通过数字教学平台的建立使学生不仅能够在课堂上学到应当掌握的知识和技能，也可以通过网络在教室以外进行学习和交流。在此基础上，按照“任务驱动”模式，突出在任务完成后，学生应具备的岗位能力，共进行了4个学习项目开发，项目的选择基于学生就业的岗位需求，强调机械基础的通用性和实用性，强化技能的应用性。项目的组成既是独立且相互关联的任务，也是知识体系内知识点的综合。教学项目具体内容如表3-2所示.表3-2《机械基础》课程任务项目评价列表序号项目名称任务名称01项目一制作发条小车任务一制作车架——认识机械任务二制作发条——认识运动副任务三制作圆柱齿轮——齿轮的认知任务四制作花键轴——键的认知任务五制作转向装置——联轴器的认02项目二制作升降架任务一制作支架——认识平面连杆机构任务二制作升降控制器——认识螺旋传动03项目三制作迷你自行车任务一制作车架任务二制作车轮——认识轴和轴承任务三制作传动链——认识链传动04项目四液压传动任务一认识液压系统任务二方向控制回路任务三压力控制回路任务四速度控制回路任务五认识气压系统在项目的具体内容设置上，依据课程标准，不再以知识体系为课程内容框架，而是将内容重组，以3D打印为载体，加入课程思政，将项目分成若干个既独立又统一的子任务。以“制作升降机”项目为例，项目涵盖的《机械基础》教学内容虽少，但却有机械结构中最为经典的“铰链四杆机构”。在传统的教学中教师常用讲授法、演示法等方法进行教学，因此“铰链四杆机构”在传统教学中缺乏实训教学。作者探索如何将“铰链四杆机构”的教学内容设计成为学生能动、能做的实训项目，因此“制作升降机”项目应运而生。该项目分为两个子任务，分别为“制作铰链四杆机构”和“制作升降控制器”，与其对应的传统教学内容为“认识铰链四杆机构”和“认识螺旋传动”。在具体的教学项目设计中，细化了实训设计和评价目标，并加入思想政治教育，具体项目内容及要求如表3-3所示。表3-3制作升降机项目内容及要求任务实训设计评价目标思想政治教育任务一制作铰链四杆机构以3D打印为载体，选取合适模型，完成铰链四杆机构的组装。1.掌握铰链四杆机构的基本知识。2.具备零件拆装能力。学习铰链四杆机构的变化类型，培养学生应变能力。任务二制作升降控制器——认识螺旋传动以3D打印为载体，打印螺纹，并组装。1.具备正确操作零部件的基本能力。2.具备独立组装零件的基本能力。通过组装零件，培养学生严谨的工作习惯。“课程思政”是将各类课程与思想政治理论同向同行，形成协同效应，把“立德树人”作为教育的根本任务的一种综合教育理念。作者在设计具体项目的时候，也是将思想政治教育的内容融合其中。以“制作发条小车”项目为例，该项目涵盖的《机械基础》教学内容较多，项目的理论性、综合性也较强。因此在进行思政教育内容设计时候，充分考虑到内容的可行性和与专业课程的关联性。那么聚焦到具体的任务时，根据不同的任务，设置不同的政治内容，增强学生的民族自豪感，培养学生成为有爱心、有耐心、有恒心、有进取心的“四有”新人。表3-4截选了制作发条小车项目的内容和要求。表3-4制作发条小车项目内容及要求任务实训内容设计评价目标思想政治教育任务一制作车架——认识机械以3D打印为载体，利用切片软件修改模型参数并打印，完成车架的个性化定制。1.掌握机械的基本概念，能够分辨机器和机构的区别。2.具有设备使用的安全和规范意识。使用国内的软件体验便捷的操作，为中国制造点赞，增强民族自豪感。任务二制作发条——认识运动副以3D打印为载体，完成发条模型的打印任务。1.掌握运动机构结构特征。2.掌握特殊零件工作原理。体验传统工艺与新技术的结合，增强学生的包容心。任务三制作圆柱齿轮——齿轮的认知以3D打印为载体，利用切片软件修改模型比例，完成圆柱齿轮的制作。1.齿轮传动的基本知识和故障类型。2.具备判断齿轮故障的能力。齿轮的任一参数不能更改否则会啮合不良，培养学生严谨的工作习惯。任务四制作花键轴——键的认知以3D打印为载体，制作花键轴，并进行动力部分的组装。1.具备一定的机械零部件拆装的基本思路和能力。2.掌握键连接的基本原理学习对中性好又美观的花键，使学生善于发现身边的美。任务五制作转向装置——联轴器的认知以3D打印为载体，将转向轴和联轴器的模型进行切片和打印，并完成转向装置的组装。1.掌握离合器和制动器种类及应用。2.具备一定的机械零部件拆装的基本思路和能力。学习联轴器的组装，培养学生一丝不苟的敬业精神1.2以3D打印为载体的评价体系的建立《深化新时代教育评价改革总体方案》指出“教育评价事关教育发展方向，有什么样的评价指挥棒，就有什么样的办学导向”[24]。课程改革也需要评价体系作为依托。基于3D打印的《机械基础》课程也需要可信、可行、可靠的评价体系。依据修订的《机械基础》课程标准，对标1+X证书以及评价目标，确定任务的评价细则，共有6个维度，分别为“职业素养与安全”、“正确使用工具及仪器仪表”、“零、部件认识和作用分析”、“零件选型及配置”、“明确机构组成和工作原理”、“装配工艺标准及技术要求”。这6个维度适用于所有的项目，根据每个项目的教学目标和重难点不同，设置了不同的评价项目，评价等级分为A、B、C、D四个等级，依据完全掌握、掌握、基本掌握和未能掌握四项标准，对学生进行过程性评价，学期末综合过程评价作为本学期的考核结果。其中“职业素养与安全”、“正确使用工具及仪器仪表”的评价等级非A即D。具体任务评价细则如表3-5所示。表3-5任务评价细则序号评价要素评价项目评价等级ABCD1职业素养与安全职业素养与安全——2正确使用工具及仪器仪表正确使用工具及仪器仪表——3零、部件认识和作用分析3D打印模型选择正确性——4零件选型及配置销连接选型5明确机构组成和工作原理杆件位置合理、安装牢固铰链四杆机构组成铰链四杆机构运动类型分析6装配工艺标准及技术要求符合装配工艺与规范，是否出现松动等损伤销与杆连接正确性——1.细化过程评价过程性评价的“过程”是相对于“结果而言的”。过程性评价是在教学过程中关注学生解决问题能力，从而及时地对学生学习质量做出判定，肯定成绩并指出问题。图3-2教学评价赋值示意图过程性评价是以6个维度的评价细则为基础，借鉴澳大利亚TAFF的等级设计思路，结合人才培养方案要求，以及确定课程标准，围绕知识、技能和素养等方面确定三维教学目标及重难点，并对教学目标进行量化设计。评价体系最为核心部分在于评价维度的设定，而决定评价是否更具有真实性和客观性则是体现在评价的赋值上。根据任务的内容不同每个维度的赋值也不完全一样。作者根据布鲁姆教育目标分类的方法，取用认知的前四个过程即“认识、理解、应用和分析”作为评价赋值的理论依据，如图3-2所示，综合考虑每个任务对实际知识、技能的要求，完成每个任务评价的赋值。制作车架——认识机械任务雷达图和制作发条小车——认识运动副任务评价雷达图，评价都是按照六个维度进行，但不同任务侧重有所不同，赋值也不一样。细化的过程评价，不仅能帮助教师及时分析任务完成情况，还可以分析每个学生在六个维度下的掌握情况。使评价结果更加贴近实际情况，评价的过程更趋于公平。2.增量评价增量评价是建立在任务评价的基础上，针对于学生个体成长，在同一个评价维度下，学生从第一个项目到最后一个项目的评价值增量，也是学生个人增值的体现。增量评价是学生增值的体现，学生的基础评级是项目一中第一个任务的初次评价，学生经过四个项目的学习和锻炼后，综合四个项目中6个维度下知识技能的掌握情况，进行最终评级。通过每个任务的评价，教师可以准确的了解本节课每名学生的掌握情况，及时发现某位同学的短板问题，便于进行个别辅导。在完成一个学期的学习任务后，可以通过每个同学的任务评价进行分析，确定学生在此过程中的个人增值度。1.可持续评价通过对学生每个任务的评价，综合分析该任务在六个维度下的知识和技能掌握情况。对照每个维度的标准值和平均值，分析出该任务在哪个维度上出现分差，究其原因后及时调整下一个任务的实施策略，形成一个可持续的改进过程，完成一个闭环的评价体系如图3-3所示。图3-3闭环评价体系1.3以3D打印为载体的《机械基础》课程案例设计在现代化智能化发展的当今社会，现代机械用来代替精密的、高难度的、手工劳动。这样既提高了产品的质量，又减轻了工人的劳动强度，而现代化智能化的机械的运动机构也越来越复杂，特别是对于运动速度越来越高的机械，为了保证各零部件机构运动的精确配合，对机构运动和动力特性的要求也越来越高。由此可见，实现高速度、高精度的复杂运动，关键在于设计制造精巧的机构[25]。依据课程标准，教学项目，教学流程按照课前、课中和课后线上线下进行设计。具体流程如图3-4所示。图3-4教学流程展示图1.1.1教学设计机构的选型和设计己成为机器设计的核心和首要环节[26]。机构有连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇机构等等，其中连杆机构是其它机构的理论结构原型，是机构的结构理论的主要研究对象[27]，而且在各种机构中，它表现为具有多种多样的结构相多种多样的特性，因此对连杆机构的研究正方兴未艾。连杆机构还具有一个独特的优点，就是可调性，即通过改变机构中各杆件长度，从而方便地改变了原机构的运动规律和性能。那么理论性较强的“机构”知识在《机械基础》课程中就显得尤其重要，而这部分知识在传统的教学中都以讲授为主，那么在智能化的大环境下，将其与3D打印相结合，在课堂中设计、制作从而达到一定的教学目的。依据“构建主义理论”和“碎片学习理论”进行知识整合，由于平面连杆机构广泛地应用于各种机械、仪表和机电一体化产品中，因此，选取了连杆机构作为代表。杆件机构由若干刚性构件用低副联接而成的平面机构，故又称平面低副机构[28]。平面连杆机构构件运动形式多样，可以实现转动、摆动、移动和平面复杂运动，从而实现已知运动规律和已知轨迹[29]。它的优点是运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑[30]，故磨损减小；制造方便，易获得较高的精度。以“项目二制作升降架”为例结合3D打印，设计了有效的课堂教学具体方案如下：《项目二制作升降架任务一制作铰链四杆机构》教学设计1.教学目标 掌握四杆机构的组成、和基本类型的判定方法。能够对生活和生产中的铰链四杆机构实例进行分析；利用3D打印设备制作个性化杆件，提高学生的主观能动性，动手操作能力，思维的积极性，提高其分析问题以及解决问题的能力。2.教学重点、难点铰链四杆机构的组成和基本类型的判定。1.教学方法和手段采用启发的教学：以实践为主线，将教师的讲授与学生3D打印实践相结合、由学生自主设计和制作3D打印的教具，分析铰链四杆机构的四杆机构组成及分类。学生讨论改变模型的尺寸，打印3D成品，再分析学生自主制作的模型运动特性，从而突破本节课的重难点。具体实施过程：（1）课前准备让学生通过3D打印设备以及辅助软件（inventor或UG）完成杆件数字模型和快速成型教具的制作。配合信息化教学如：微课、“易智教”教学平台等，让学生在“学中做、做中学”，在热烈愉悦的课堂气氛中，掌握教授内容和知识点。（2）新课导入——引利用信息化教学手段提供汽车“转向机构”作为新课的导入环节。（3）任务实施——学、做完成三个由浅入深的课中任务，学生通过动手操作制作3D打印的铰链四杆机构的模型，达到教学目标。即铰链四杆机构的组成，探索铰链四杆机构的类型，探索铰链四杆机构曲柄存在的条件，目标铰链四杆机构的应用，每一个教学任务层层递进，符合中职学生认识规律。任务一：3D打印杆件准备阶段：铰链四杆机构模型获取：教师发布5个杆件模型，学生选择4个进行打印。学生分成8个小组，每组4人，1人负责3D数字建模（设计师），1人负责3D打印设备的准备（工程师），1人为安全员，另外1人为记录员。在3D打印的同时，教师利用多种信息化手段来组织教学，引入铰链四杆机构的组成以及分类。任务二：组装杆件展示阶段：3D打印机切片文档的参数设置，选择适合的比例进行打印，得到最好的装配效果。铰链四杆机构的组装，选取适合的销连接，完成简单零件的装配。学生把各组3D打印制作好的铰链四杆机构模型按运动方式进行分类。（各小组派代表上来演示并展示到黑板上，相同的运动方式模型不重复展示）教师逐步引导得出铰链四杆机构可以分成三个基本类型。观察阶段：以小组为单位，针对学生展示的模型，引导学生认真观察运动情况，并记录相关数据填表。小组派代表汇报各种类型铰链四杆机构的运动特点。目标：引导学生说说课前收集到铰链四杆机构应用实例分别属于哪种类型？以及它们的工作原理，填写任务书表格。教师一一分析归纳总结。任务三：四杆机构运动特性猜想阶段：如果不能演示一个铰链四杆机构的运动过程，怎么判断它是哪种类型？各小组通过观察，根据任务书的数据，猜想铰链四杆机构的类型及是否有曲柄和杆长、机架的关系。并填写任务表格。通过交流展示，并对比自己设计的3D打印的铰链四杆机构来提出铰链四杆机构类型及判定方法。得出结论验证阶段：引导学生归纳总结铰链四杆机构曲柄存在的条件，并验证结论。让学生从任务中学，到任务中练，最后到任务中用。真正的学以致用。（4）完成任务书——评评价包括评价要素等级核定、任务等级核定、项目等级核定，三者均采取A、B、C、D等级评价。（5）课后作业（拓展提升）以小组为单位，自主设计升降架，完成3D数字建模，并利用3D打印机制作模型。实现升降功能。1.1.2项目指导书的开发依据《机械基础》课程标准和评价目标，编写实训任务指导书，使学生从实训中掌握知识和技能。任务指导书按照职业素养与安全、正确使用工具和仪器仪表、零部件认识和作用分析、零件选型及配置、明确机构组成及工作原理、装配工艺标准及技术要求六个维度进行设计，根据每个任务具体内容不同，涉及到的维度评价分数也不同。以制作铰链四杆机构为例，任务指导书理实一体，详细的为课程做出安排和指导，具体任务指导书见附录1。第2章以3D打印为载体的《机械基础》课程实施和效果分析2.1以3D打印为载体的《机械基础》课程实施本研究是在作者教学的中职学校(天津第一商业学校)进行的。通过将设计开发的3D打印在《机械基础》课程中应用案例用于实际教学当中，观察应用前后学生学习兴趣的变化，并通过随堂提问思考题的方式检验学习效果。选定制冷空调安装操作与维修专业14班作为实验班，对实验班的基本要求是每位学生需要认真的配合教师课堂和课下活动。另外把平时成绩相当的制冷空调安装操作与维修专业15班作为对照班，由此观察比较课程的应用效果。随后，同样的堂课，同样的教学内容，由教师在实验班和对照班进行不同形式的教学。在实验班，教师采用传统讲授式教学方式配合多媒体并加入了3D打印辅助教学，而对照班只采用传统讲授配合多媒体等教学方式。在实验班完成两个案例的教学实践，同时对照班也完成了同步教学之后，再次选择同一天在两个班级进行阶段性的测试。两个班级考试的内容完全相同，通过对试卷答题情况进行统计分析，分析课程给学生的学习带来的变化，总结3D打印在《机械基础》课程的应用效果。图4-1测试题截选为例确保实验的可靠性，作者在实验前对对照班和实验班进行摸底测试，如图4-1所示为测验的部分内容截选。整理实验班和对照班的测验结果，如图4-2所示。分析两个班的成绩不难发现，这两个班的数据在基础分值上基本持平，说明学生们的入学水平较为平均，为实验提供了良好的样本。依据新修订的教学标准，在实验班实施基于3D打印的《机械基础》项目化教学，开展“引——学——做——评”的教学实践活动，对实验班进行为期半年的教学实践，采用创新的评价体系，对学生的学习过程进行六个维度的评价，最终对学生一学期的学习效果进行综合评价。评价结果分别为A、B、C、D四个等级。图4-2对照班和实验班基础分数对比图通过一个学期的实践和探索，不断的完善项目构架，丰富教学内容，并在学期末对实验班的学生进行综合评价，为了量化评价结果以便于与对照班进行数据的比对，将实验班学生综合评价结果的A、B、C、D四个等级，按照A等级90分以上，B等级75-89分，C等级60-74分，D等级为60以下进行量化。并与正常参加期末考试的对照班的考试成绩进行比较，如图4-3所示。图4-3对照班和实验班期末分数对比图通过图4-3的对照班和实验班期末粉丝数对比图可以看出，以3D打印为载体的《机械基础》项目化的教学的期末分数要远高于同年级的其他班级的分数。教学过程充分体现学生主体，教师主导地位的教学理念，利用3D打印这种新技术、新方法、新手段让学生不再局限于传统的教学，而是利用信息化教学让学生动手、创新、实践，课堂中不仅能够学到机械基础知识，还充分利用多种建模软件。通过表4-1传统课堂和基于3D打印的《机械基础》课堂效果对比，能够清楚的发现，创新性课堂的出现让学生愿意学，愿意做。通过这样的教学方法和教学手段，使学生更加清晰地明确了课程的教学目标以及重难点，加深了印象，达到了预期的教学效果，也增强了学生团体协作精神。表4-1传统课堂和基于3D打印的《机械基础》课堂效果对比内容传统课堂基于3D打印的《机械基础》课堂课堂效果比较教师讲授知识设计学习环节，指导者课前准备更加充分，课堂轻松带入。学生被动接受主动的学习，动手，协作，探究注意力，活跃度提升，95%的学生能够参与课堂教学中。教学目标掌握知识运用技能，学会方法，学习能力掌握学习方法，学会学习，学习能力得到提升。教学内容知识传授协作、探究、创新内容由书本到实践的提升，学生的记忆点更加深刻。教学媒体教材、网络平台信息化技术、3D打印技术、逆向、网络平台提升学生的信息化能力和综合能力。教学形式讲授自主学习、协作创新合作学习，缓解很多学生因个人主义带来的性格上的专独。技术支持网络、Moodle等网络、Moodle、3D数字建模软件（inventor、3done）切片软件Cura学会多种软、硬件，会利用新技术提升自己的专业水平。评价方式作业、测验等3D创新产品设计等创新评价使得评价更加客观，激发学生兴趣，对学生而言形成一个正态的积极的学习“闭环”。2.2以3D打印为载体的《机械基础》课外应用及拓展——解决企业实际问题2.2.1《机械基础》融合3D打印的创新实践设计创新是长时间练习和反复实践的结果，作者在实验班开展项目化的实践教学活动，取得了良好的效果后，依据“非正式学习理念”，将实践活动延伸到了“二课堂”中去，将有兴趣、有思想、有担当的同学加入到3D打印的兴趣班中，指导学生学习更多的技能和理论知识。在这里，学生们不仅可以仿照案例，建立三维模型图，进行3D打印制作，学生们还能根据自己的需要进行造型的设计，由渐入深、循序渐进的完成不同类型的三维建模。建模过程，利用inventor软件进行建模。如图4-4所示Inventor建模的流程。通过Inventor软件的建模能够逼真的实现零件部件的造型，可将实体三维模型自动转换，通过零件建模，锻炼了学生的动手能力和创新力。由于《机械基础》的课程理论性很强，通过结合Inventor软件学生能够提高观察力，空间思维力，空间形体分析能力以及对机械传动、平面连杆机构、机械的连接与支撑等理论知识重点掌握，达到了较高的绩效目标。根据创新设计要求，设计升降架，具体的操作步骤如图4-5所示。图4-4Inventor建模的流程完成设计创建支架模型支架平面图创建草图完成设计创建支架模型支架平面图创建草图图4-5升降架的建模步骤2.2.2《机械基础》融合3D打印的创新设计在企业中的应用加快产教融合是《深化新时代教育评价改革总体方案》中对职业教育工作者提出的新要求，作者在进行《机械基础》课程改革的时候，也是考虑到改革的本身是否适合当代职业教育发展的特点，是否顺应时代的要求，是否能加快产业和教育融合。因此，作者在我校的机械专业群规划中，找到了“指挥棒”，并利用课程改革的一些成绩，让一部分学生能利用所学知识，在学校中就能帮助企业解决实际问题。以3D打印为载体的创新设计在《机械基础》课堂中应用，使学生准确的掌握所需要的理论知识，并且通过课内学习能够与生产实践相结合，创新出适合企业使用的新技术、新方法、新策略，并提高了生产实践效率，课堂中设计的升降架用在焊接技术的大型管道焊接中，不仅能突显《机械基础》课堂的高效性，也解决了实际问题。具体方案如下：1.创新设计背景焊接技术是通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充金属，使工件达到原子结合的一种加工方法。以焊条电弧焊的原理为例，如图4-6所示，利用焊条和焊件之间产生的电弧热，将焊条和焊件局部加热到熔化状态，焊条端部熔化后的熔滴和熔化的母材融合一起形成熔池。随着电弧向前移动，熔池液态金属逐步冷却结晶，形成焊缝。电焊机正极连接焊钳，负极连接工件，形成电流回路，使得焊机进行正常工作。图4-6焊条电焊弧工业生产活动中，主要以大型罐类、筒类工件的生产制造为主，焊接技术被普遍应用。在产品的生产和制造过程中，为提高焊接质量和生产效率都采用埋弧焊和二氧化碳气体保护焊等高效率的焊接方法。焊接地线在与工件相连中，大都采用焊钳夹持工件方法。工件在滚动架随焊接方向旋转时，地线会随着工件转动，就会发生地线扭转缠绕或夹持地线钳松动问题。地线松动使焊接电流不能稳定产生电弧，工件表面受损，降低了产品的合格率。2.设计方案地线连接器全部由金属材料构成，分为两个部分：罐类、筒类接触导电装置和升降底座装置。二课堂的学生，利用《机械基础》课上的知识内容，以及3D打印的模型创新，将升降架上面安装上一个可以调整角度的V型架作为导电装置，利用螺纹连接和螺旋传动，使V型架改变角度，从而适合不同直径的罐类、筒类。利用建模软件，设计模型，并利用3D打印快速成型，检验“地线连接器”的可行性，并做调整。最后，按照3D打印模型，多次的分析实物的材料，经过多次的推敲实践，选出最适合的材料，制作出“地线连接器”的实物，如图4-7所示。图4-7（a）地线连接器（3D打印模型图）图4-7（b）地线连接器（实物）接触导电装置：将四个长螺丝插在弹簧圈内镶嵌在U型铁件内部作为固定装置的稳定支架系统如图4-8，支架与底盘用轴承连接，可根据所加工的工件直径调节角度，形成装置的固定系统。在固定系统和工件接触的地方，利用弹簧的伸缩性能使导电性良好的铍铜与工件无缝接触，地线钳夹在铍铜背面的铜线鼻子上，形成一个接触良好的电流回路的导电系统如图4-9。固定系统和导电系统共同组建了接触导电装置。图4-8稳定支架系统图4-9导电系统铍铜是以铍为主要合金元素的铜合金。它是铜合金中性能最好的高级有弹性材料，有很高的强度、弹性、硬度、疲劳强度、弹性滞后小、耐蚀、耐磨、耐寒、高导电、无磁性、冲击不产生火花等一系列优良的物理、化学和力学性能的特点。铍铜的密度8.3g/cm3，抗拉强度≥1000mPa，电导率≥18%IACS，导热率≥105w/m.k20℃。不同大小厚度的铍铜承载的电流也不同，可根据实际情况选择。例如，100*50*15mm的铍铜可负载最大电流800a。经过多次试验，铍铜是作为与筒体横向摩擦接触导电的最佳材料。弹簧使用的是圆柱形压缩弹簧。压缩弹簧的圈与圈之间有一定的间隙，当受到外载荷时弹簧收缩变形，储存变形能，用来辅助支撑铍铜与筒体在生产中始终有效的接触。铜线鼻子是常用于电缆末端连接和续接，能让电缆和电器连接更牢固，更安全，个别地方俗称铜线耳一般导线与接线端子连接时，如果是10mm²及以下的单股导线，需要在导线端部弯一圆圈接到接线端子上。而如果是4mm²以上的多股铜线则需装接线鼻子，再与接线端子连接。根据操作电流的大小可选用不同型号的线鼻子。选择范围在50-500a之间。升降底座装置如图4-10，将升降台安放在较大的铁质底座上，通过调节升降装置使得地线连接器的固定导电装置与工件接触，达到正负电流连通的作用，能够进行焊接生产活动。这部分是由学生在《机械基础》课堂中完成的。图4-10升降底座装置降台可以根据工作环境选用电动升降台、液压升降台或手动升降台等等。也可以根据滚轮架和筒体的大小进行升降调节。在企业调研中发现，升降台的高度控制在70-250mm之间。底座选用具有一定宽度和质量的金属材质。底座主要是在生产中起到连接器稳固的作用，即使不承受工件的重力施压，也要相对较重一些。1.实物操作图示使用地线连接器进行焊接准备过程。2.设计优势罐类及筒类焊接生产中，滚轮架的滚轮由于是橡胶绝缘的，所以地线只能夹持在筒体上。当滚轮转动时，地线随着筒体一起转动。时间长了地线会被扭断，焊接大罐时地线钳转到最高点时，由于电缆线的重力地线钳松动产生电弧，甚至从高处掉下来砸伤工作人员，所以对人身安全和工件的质量造成很大的影响，地线连接器在生产中可以有效的避免这些问题的发生。地线连接器只需要放在筒体的最下部，根据筒体与地面的高度进行简单调节就可以与工件完整接触。可解决因地线夹持不合理而产生的各种问题，从而保证焊接生产工艺的一致性，保证生产的高效率进行。地线连接器原理结构简单，易于操作，在安全生产中起到很重要的作用。通过创新的实践环节，拓展了学生的视野，丰富了学生的阅历，更体现了当代职业教育的目标，让学生学到、学会、会用、创新，这刚好符合了布鲁姆教育目标的分类理念，学生学习的知识最终用于生产之中。这个创新实践，不仅让学生在一课堂、二课堂中收获颇丰，此作品还参加了“挑战杯——彩虹人生”全国职业学校创新创效创业大赛，并获得全国二等奖的好成绩。随着科技的发展，在智能制造以及“中国制造2025”的大环境下，3D打印技术不仅在产业中广泛应用，也能够应用到我们中职的教育教学中，通过本课题的创新探究，基于3D打印技术在《机械基础》课程中的应用，开阔了教师的视野，并对中职的职教课程体系的改革，人才培养的创新方法，以及教育教学的实践有了历史的突破和飞跃。本次创新探究，不仅将《机械基础》的课堂内容丰富化，还推出了创新设计，并在2016年“挑战杯——彩虹人生”全国职业学校创新创效创业大赛中获得全国二等奖的好成绩。教师的创新研究也在2016年全国机械行业职业院校技能大赛——“海信杯”中职模具设计与制造技术技能大赛产品创新设计与3D制作赛项中获得三等奖的好成绩。图4-11（a）放置地线连接器于作业地点图4-11（b）将焊机地线与铜线鼻子连接2.3以3D打印为载体的《机械基础》课程实施效果分析2018年9月10日的全国教育大会习近平主席出席会议并发表重要讲话，他强调了在党的坚强领导下，全面贯彻教育方针。通过三年的课堂创新实践，在《机械基础》课程中加入了3D打印的模型制作，使得《机械基础》的课堂形式呈现丰富多样化。1.以3D打印为载体的《机械基础》课程有效提升课堂教学效果。学生为主体的课堂教学更为显著。学生主体，教师主导地位的教学理念在职业教育中被广泛应用，本课题学生在课堂中的表现与以往的传统教学对比，3D打印融入课堂教学过程充分体现运用新技术、新方法、新手段，让学生不再局限于传统的教学，而是利用信息化教学让学生动手、创新、实践，课堂中不仅能够学到机械基础知识，还充分利用多种建模软件，中职学生可以自主创作机械中的典型的连接支撑零部件、运动机构以及传动模块，真正意义上的体现学生为主体。通过表4-1传统课堂和基于3D打印的《机械基础》课堂效果对比，能够清楚的发现，创新性课堂的出现让学生愿意学，愿意做。通过这样的教学方法和教学手段，使学生更加清晰地明确了课程的教学目标以及重难点，加深了印象，达到了预期的教学效果，也增强了学生团体协作精神。学生在课堂中掌握的理论知识更为扎实。通过3D打印融入《机械基础》课程中的课堂创新实践，学生能够完全掌握机械基础的理论知识，真正意义上的做到了学有所成。通过创新性3D打印与《机械基础》相结合的68课时教学，学生可以自主设计制作使用3D打印技术制作的发条汽车模型、升降台模型、以及脚踏式垃圾桶等，完成学业的学生能够利用3D打印制作纯机械运动、传动机构的机械模型。将3D打印融入《机械基础》课堂中后，大大提升了学生动手能力，记忆能力，模仿能力，学会如何学以致用。图4-14某学生评价对比图学生能力目标的培养更为明确。学生在基于3D打印的《机械基础》课堂中，更能培养自身的能力