第一篇：Ansys Workbench软件在材料力学教学中的探索与应用
Ansys Workbench软件在材料力学教学中的探索与应用
摘 要：将Ansys Workbench软件应用于材料力学中，通过仿真模拟，求解出位移和应力等参数的分布云图。Ansys Workbench软件更加直观展示材料力学一些概念和定理，增加了学生学习的兴趣，培养了学生的工程意识，并且教学效果好。
关键词：Ansys Workbench软件 材料力学 教学
中图分类号：0311.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）08（c）-0171-02
对于机械类的学生来讲，材料力学是一门十分重要的专业基础课，学好此门课程的内容不仅为后续课程打下良好的力学基础，而且也可以将工程力学知识直接应用于工程实践，解决实际工程问题。对于学生来说，在有限的课堂里，既理解力学的基本概念和理论，又培养自己分析和解决实际问题的能力。显然，学生是做不到。这就要求材料力学教师采取有效的教学方式，充分调动学生主动性，把抽象的教学内容具体化，Ansys Workbench软件可以对这样问题进行模拟仿真，可得到事半功倍的教学效果[1]。材料力学教学中存在的问题
由于材料力学典型特点是内容抽象、理论性强。为了拓宽大学生的就业方向，各学校相应调整了培养方案，材料力学压缩到80个学时。保证教学内容不变，在学时减少下，保证教学质量完成教学任务，每位任课教师都面临严峻的挑战。教师改变了传统的板书教学，而采用多媒体教学，虽然课件可以图文并茂，信息量大，但也存在弊端。为了节省课堂教学理论推导的时间，直接由多媒体给出推导的最终结果，学生对此印象不深，对结果理解不够透彻，到实际应用中就发蒙，无从下手。因此，提出把Ansys Workbench软件引入课堂，作为课件的补充材料，使教学过程更清晰，内容更加连贯和完整，激发学生学习的兴趣，促进学生的工程实践能力和创新意识的提高，为国家培养出更多高素质的工程人才[1，2]。Ansys Workbench软件在材料力学教学中的优势
材料力学与工程实际联系极为密切，其中一些定理、定律和结论广泛应用于各行各业，是解决工程实际问题的重要基础课程。材料力学中，概念较多，对定理的理论推导也多，并且有些概念比较抽象，只单纯的教学讲解，学生不容易接受和理解。通过Ansys Workbench软件模拟后，可以用云图显示内容，具有比较直观的特点。这种新的授课方式，可以通过颜色、动画等大量的信息刺激学生，将充分调动学生的身心，提高课堂的氛围，调动学生学习的主动性，降低材料力学学习的难度。同时，可以通过软件建模，增加学生对材料力学学习的兴趣，培养学生较强的结构分析能力和创新意识。通过软件模拟，学生经过整个建模的过程，载荷的加载方法、材料性质的加载，加深学生对工程背景的理解，提高解决工程实际问题的能力[1]。Ansys Workbench软件在教学中的应用案例
3.1 问题描述
弯矩作用在钢杆模型（见图1）。钢杆模型由1体和2体两部分组成：1体的长宽高是10 mm×5 mm×15 mm；2体的长宽高是10 mm×5 mm×15 mm，在端面3处被固定，弯矩作用在1体上，方向为垂直Y轴，由X轴指向Z轴，分析在弯矩作用下钢杆的变形及应力分布[3]。
3.2 结果分析
根据Ansys Workbench软件使用方法，启动Workbench并建立分析项目静态结构分析；导入创建的几何体；添加材料库；添加模型材料属性；划分网格；施加载荷与约束；结果后处理等步骤后，求解出等效应力分析云图（见图2）、等效应变分析云图（见图3）和总变形分析云图（见图4）。结语
把Ansys Workbench软件引入到材料力学，教师灵活运用到教学中，通过创建模型，进行仿真模拟，求解后可以输出应力、应变和位移等参数的分布云图，生动直观展现在学生面前，调动学生学习的兴趣。同时，也激发学生使用Ansys Workbench软件解决实际材料力学问题，培养他们的良好工程意识和创新思维，提高他们的工程实践能力。
参考文献
[1] 桑建兵，于文英，焦永树，等.数值模拟在工程力学课程教学中的应用研究[C]//力学与工程应用.2012.[2] 谢华刚.在力学教学中应用有限元ANSYS软件的优越性分析[J].高等教育研究：成都，2011（4）：67-68.[3] 黄志新，刘成柱.超级学习手册[M].北京：人民邮电出版社，2013.
第二篇：多媒体教学在建筑力学教学中的应用
摘 要： 建筑力学课程理论性强，内容缺乏趣味，按传统教学方法教学，效果不理想。而教学过程中的多媒体使用 ，能激发学生的学习兴趣，在一定程度上提高了教学效果，但也存在一定的弊端。本文提出了在建筑力学的教学过程中使用组合教学的方法，能有效的提高教学效果。
关键词： 建筑力学；多媒体教学；组合教学；教学效果
The Application of Multimedia Teaching in Mechanics of
Construction
LI Jian-hua SU Fang
(College of Water Conservancy and Civil Engineering, Xinjiang
Agricultural University,Urumqi, 830052)
Abstract: The mechanics of construction curriculum is very
theoretical, and the content is short of interest.Teaching
with the traditional teaching methods, the effect is not
ideal.However, the use of multimedia in teaching process, can
not only stimulate student's study interest, but also enhance
the teaching effect in the certain extent, despite of some
certain maladies.In this article, we proposed the method of
using combination teaching in the teaching process of
mechanics of construction, which can effectively enhance the
teaching effect.Key words: mechanics of construction ； multimedia teaching ；
combination teaching ； teaching effect
建筑力学是建筑类专业学生必须学习的一门专业基础课。但是，建筑力学课程理论性强，内容缺乏趣味。按传统教学方法教学，常常是教师讲得很投入，但教学效果却不很理想，其根本原因是学生缺乏学习力学的兴趣。兴趣是最好的老师，是求知欲望的动力源泉，学生只有对建筑力学产生浓厚的学习兴趣，才会想学、爱学，才能学好。培养学生学习力学的兴趣，是提高教学效果、完成教学任务的关键。而多媒体教学可借助计算机的帮助模拟演示出生动、丰富的画面 , 具有良好的动态效果 ，能在一定程度上提高学生的学习兴趣，使教学者、教学媒介和教学成果达到三位一体的有机统一。教师在教学中调用一些专用软件进行实验仿真 , 使学生能够直观形象的看到从现实世界中抽象出的力学模型，使专业基础课与专业课有机的结合 , 为专业课的学习打下坚实的基础。在建筑力学教学中使用多媒体必须注意的问题及其应用效果
1.1 在建筑力学教学中使用多媒体必须注意的问题
(1)在教学中，使用多媒体的时机要适宜。应该利用多媒体展示的是教学内容的重点、难点，如果一味地追求整个课堂使用多媒体，会导致多媒体成为教学的干扰因素。而在讲解例题时，最好使用板书，使学生有一个思考的过程，以培养其思维模式，并加深其对重点、难点的理解。
(2)注意多媒体教学信息切换的速度。如多媒体的教学信息切换速度过快 ，使得学生无法跟上教师的讲课进度，从而造成学生“课上看热闹 , 课后没印象”，记忆不深的结果。
(3)多媒体在丰富表象方面具有很大的作用 , 但是表象不能代替经验 , 因此不能忽视语言逻辑的作用 ，要注意发展学生的想象力和思维能力。
1.2 在建筑力学中多媒体教学的应用效果
(1)信息来源集思广益。在建筑力学的教学中应用多媒体时，课件的文字、图形、图片规范清晰，教学内容规范 ，并且以成熟的教案、讲稿为蓝本 , 由优秀教师和有经验教师集体制作，既继承了他们的宝贵经验和成果 , 又综合了他们的教学优点 , 有效地提高了整体教学水平，使学生对所学内容产生了
“难点不难，疑点不疑”的良好效果。例如：几何组成分析一章，应用多媒体教学，动画模拟出各种几何体系，使学生直观、形象地了解了构件的组成，取得了良好的教学效果。
(2)信息量大 ，教学效率高。在建筑力学的教学中应用多媒体，能节约许多在黑板上作图和书写的时间，将节约出来的这部分时间进行习题的讲解与讨论，既加深了学生对内容的理解与运用，又提高了分析和解决问题的能力，激发他们思维的创造性，从而有效地提高了教学效率，加强了教学效果。
(3)信息表象直观。对传统教学难以奏效的内容 , 如语言文字难以表达 , 学生难以理解的形式与关系 ，较为复杂的变化过程等 ，可借助多媒体的动画模拟、局部放大、过程演示等手段予以解决。例如：约束中的铰支座、梁的弯曲变形等，可以用动画的形式将板书无法表示的空间物体及状态改变的过程清晰的演示出来 , 并简化出力学模型，使学生既容易接受，又降低了教师的讲授难度 , 而且还大大提高了学生的学习兴趣。
(4)能与实际有机的结合。教师在教学中调用一些专用力学软件进行实验仿真 , 既演示了实验现象和结果 ，又介绍了软件运行的环境和功能 ，而学生则可以学习、掌握软件的使用，通过应用这些软件去解题、设计、仿真，并使其对专业基础课（如钢筋混凝土结构、钢结构等）有一个初步的认识和了解，从而与专业课有机的结合起来。
(5)“教”与“学”的互动。传统教学一般来说主要以单向的教学为主 , 学生通常是被动接受的 , 不易发挥其主观能动性, 而多媒体教学可以弥补这个不足。在多媒体课件制作中 , 建立起友好的界面 , 通过人机对话实时处理教学信息 ，不仅激发了学生学习的积极性与主动性，而且启迪了学生思维的创造性 ，在培养学生自学能力的同时也提高了学生处理实际问题的应变能力。注重多媒体教学与传统教学的组合教学设计 , 优化教学效果
在建筑力学教学中，注重多媒体教学与传统教学的组合教学 [1] 设计。组合教学是指在课堂教学中 ，根据教学目标和教学内容要求 , 合理地选择和应用多媒体教学方式与传统教学方式 , 组成一个双向传播途径的教学模式 ，从而达到良好的教学效果。组合教学在运用教学媒体时必须根据教学目标分析各种教学方式的特点与功能 ，有针对性的选择，在教学设计中进行良好的组合 ，并且必须准确选择和把握教学方式在课程中的最佳作用点。所谓最佳作用点就是在教学过程中 ，最适合发挥教学媒体作用的教学环节与具体教学内容 [2]。组合教学不仅包括现代教学的媒体，例如计算机、投影机等 ，而且还包括传统教学中的板书、讲述等个人媒体。不同的教学方式具有不同的性质和作用 , 在教学过程中显现和传递的教学信息各有所长 , 能否充分发挥教学媒体的优势 , 关键在于组合设计 , 即根据学科性质、内容和目标 , 有效的组合 ，并在教学过程中灵活实施。多媒体的组合教学设计方法的理论是“学习内容——教学目标的二维层次模型 ” [3]
。建筑力学从教学内容来看 , 可分为五个方面的学习，即认知学习、概念的学习、技能的学习、原理的学习和解决问题的训练 ，不同的教学内容可有针对性的选择不同的教学媒体。认知和概念的学习是指了解前人的经验并掌握 ，具有继承性。这时教师的任务主要是讲授 , 学生的任务主要是记忆。可考虑的媒体有 :
利用多媒体动画展示已有的建筑结构，并从中抽象出力学模型，教师通过板书讲述和讲解力学模型与基本概念等；技能的学习是指操作性教学。包括实验和解答习题，这时指导教师的主要任务是示范操作 , 学生的任务主要是操作练习。可考虑的媒体有 :
教师的讲述和讲解、板书等；原理的学习主要是指思维教学。这时教师的任务主要是引导 ，学生的任务主要是思考和建立思维模式。可考虑的媒体有 :
教师的讲述、多媒体课件等等；解决问题的训练是指应用教学。这时教师的任务主要是引导学生从现实生活中找出问题 ，运用已学的知识建立出合理的力学模型，并通过理论来解决问题。从上面的分析我们可以知道不同的教学内容应选择不同的媒体。因此在进行多媒体教学之前, 应对所教的每一堂课的内容进行教学设计 , 根据教学对象、教学内容，选择合理的教学媒体 ，优化教学效果，只有注重组合教学设计才能充分利用多媒体资源 , 提高教学效果。结束语
在建筑力学的课堂中运用多媒体教学是一种必然趋势。它不仅有利于加强教学的时代性、竞争性和开拓性 ，而且也有助于培养学生的创造性思维 ，激发其学习的积极性和主动性，对他们今后成为高素质的人才有着重要的作用。但我们在建筑力学的课堂中运用多媒体进行教学不能盲目的赶潮流，应注重多媒体教学与传统教学的组合教学设计，使之达到良好的教学效果。
参考文献：
[1] 马 玲.多媒体组合教学设计与多媒体软件设计 [J].中国电化教育，1996,（5）:17-18
[2] 刘 全.浅谈多媒体教学过程中存在的问题及对策 [J].武汉市职工医学院学报，2001，（12）
1988.35-38 [3] 历以贤 ．教育学原理 [M] ．北京 ：北京师范大学出版社，
第三篇：力学在新材料开发中的应用
力学在新材料开发中的应用
专业：交通工程
姓名：徐庆达
学号：201010615071
一、生活中的各种新材料 化学材料：
导电纤维——PACF导电腈纶短纤维、导电腈纶纱线
PACF纤维可以以0.55～5％的比例与普通的纤维混纺，再通过常规的纺织工艺，研发出永久型的抗静电产品，广泛应用于石油、化工、军工、航空、交通、海运、电子、药材、卫生、橡胶、塑料、计算机机房等。
SH－D导电粉
SH－D导电粉对材料通过活性处理及导电因子的掺杂处理，使在基体表面形成牢固的导电层，从而使该系列材料具有持久的导电性。可用于橡胶、塑料、外涂层、是一种理想的导电、抗静电产品添加剂。抗菌添加剂
在纳米材料的基础上采用络合包裹的方式将活性银离子包入内部，使其具有一定的催化氧化作用和缓释作用达到抗菌的效果。
SH－Ti抗紫外添加剂
具有优良的户外耐久性能和抗紫外线能力。可以用于橡胶、抗紫外塑料、薄膜及其制品、油漆、抗紫外纤维、防晒化妆品领域。该产品对250～380nm的紫外光有很强的吸收作用，全面抵御UV－A、UV－B对人体皮肤的伤害，而且无毒、无味、对皮肤无刺激，能够保持原有材料的色泽，具有良好的亲水性和亲油性，在有机溶剂和塑料中表现良好的分散性。
纳米是长度单位，大小为十亿分之一米（10-9m），纳米材料是用尺寸只有几个纳米的极微小的颗粒组成的材料。当材料的颗粒达到纳米级时，材料的性能会发生显著的变化。
纳米材料物理性质的变化
一、纳米材料对光的反射能力变得非常低，低到小于1%；
二、机械、力学性能成几倍增加；
三、其熔点会大大降低（如金的熔点本是1064℃，但2纳米的金属粉末熔点只有33℃）；
四、有特殊的磁性（如20纳米的铁粉，其矫顽力可增加1000倍）。
纳米材料的用途 1． 纳米结构材料:
包括纯金属、合金、复合材料和结构陶瓷，具有十分优异的机械、力学及热力性能。可使构件重量大大减轻。2． 纳米催化、敏感、储氢材料：
用于制造高效的异质催化剂、气体敏感器及气体捕获剂，用于汽车尾气净化、石油化工、新型洁净能源等领域。3． 纳米光学材料：
用于制作多种具有独特性能的光电子器件。如量子阱GaN型蓝光二极管、量子点激光器、单电子晶体管等。4． 纳米结构的巨磁电阻材料：
磁场导致物体电阻率改变的现象称为磁电阻效应，对于一般金属其效应常可忽略。但是某些纳米薄膜具有巨磁电阻效应。在巨磁电阻效应发现后的第6年，1994年IBM公司研制成巨磁电阻效应的读出磁头，将磁盘记录密度一下子提高了17倍。
5． 纳米微晶软磁材料
用于制作功率变压器、脉冲变压器、扼流圈、互感器等。6． 纳米微晶稀土永磁材料
将晶粒做成纳米级，可使钕铁硼等稀土永磁材料的磁能积进一步提高，并有希望制成兼备高饱和磁化强度、高矫顽力的新型永磁材料。
三、超导材料
1911年荷兰科学家用液氦冷却水银，当温度下降到-269℃左右时，发现水银的电阻完全消失，这种现象就称为超导电性。这样的材料称为超导材料。
超导体电阻突然消失的温度称为临界温度（Tc)。在临界温度以下时，超导体的电阻为零，也就是电流在超导体中通过时没有任何损失。
1997年，我们研制的超导材料的零电阻温度已达到134K，处于世界先进水平。超导材料的应用前景非常宽广，若用来输电可大大节约能源和材料
2011-4-17
第四篇：办公软件在教学中的应用优势
中央广播电视大学人才培养模式改革和开放教育试点 计算机专业专科毕业生论文
办公软件在教学中的应用优势
姓 名：学 号：专 业：学 校：指导教师：写作时间：
目录
论文摘要..............................................................1 一，办公软件结合多媒体教学, 相比传统教学方式的优势....................2 1.1传统教学特点`..................................................2 1.2 多媒体教学特点.................................................2 二．计算机办公软件的必要性............................................3 三．计算机网络环境有利于促进学生全面发展和提高他们的综合素质..........5 参考文献：............................................................6
论文摘要
随着科技的发展传统教学面临着新的挑战。传统教学以本为本，忠实地执行教材，教材上怎么写，教师就怎么讲，使教材成为禁锢学生自由创造、大胆创新的枷锁。多媒体技术具有处理文字、图形、图像和声音的综合能力，故采用多媒体技术的多媒体教学方法与传统的教学方法相比有着明显的优势，能够多方位、多角度、多途径地向学生传递信息，提供给学生灵活多样、丰富多彩的学习环境，使原本可能枯燥的课堂环境变得活泼，使抽象的概念与内容变得易记易懂。能够增加学生积极性和主动性，能够更好地学习和接受知识，而取得更好的成绩。
关键字：禁锢；枷锁；多媒体；综合能力;优势 一，办公软件结合多媒体教学, 相比传统教学方式的优势
传统教学是指教师在讲台黑板上讲解并辅以黑板板书，学生在座位上听讲与练习的教学方式。它的主要活动是教师依教学进度，把课本内容依序讲解给全班学生听：学生则经由上课专心听讲、练习和课后的温习来熟练课本与教师所讲授的知识内容，必要时教师补充许多教材或经由考试增加许多练习的机会。
1.1传统教学特点`
传统教学以“传递—接受”为特征，它主要有以下几个特点：（1）教师是知识的传授者，是整个教学过程的主宰；（2）学生是知识的传授对象，是外部刺激的被动接受者；（3）教材是学生的唯一学习内容，是学生知识的主要来源。传统教学具有以下优势：（1）有利于师生情感的交流；（2）有利于学生思维能力的培养；（3）是几千年教学模式精华的结晶；（4）有利于教师的教学创新。
在传统的教学中，教师负责教，学生负责学，教学就是教师对学生单向的“培养”活动，它表现为：一是以教为中心，学围绕教转。教师是知识的占有者和传授者，对于求知的学生来说，教师就是知识宝库，是活的教科书，是师所讲授的知识内容，必要时教师补充许多教材或经由考试增加许多练习的机会。
传统教学以“传递—接受”为特征，它主要有以下几个特点：（1）教师是知识的传授者，是整个教学过程的主宰；（2）学生是知识的传授对象，是外部刺激的被动接受者；（3）教材是学生的唯一学习内容，是学生知识的主要来源。传统教学具有的优势：（1）有利于师生情感的交流；（2）有利于学生思维能力的培养；（3）是几千年教学模式精华的结晶；（4）有利于教师的教学创新。
在传统的教学中，教师负责教，学生负责学，教学就是教师对学生单向的“培养”活动，它表现为：一是以教为中心，学围绕教转。教师是知识的占有者和传授者，对于求知的学生来说，教师就是知识宝库，是活的教科书，是学得比较好的学生演示，别的学生观摩的方法，发现他们普遍存在的问题，即可以解决问题，又可以让他们互相激励，从而获得较好的教学效果。
1.2 多媒体教学特点
多媒体技术具有处理文字、图形、图像和声音的综合能力，故采用多媒体技术的多媒体教学方法与传统的教学方法相比有着明显的优势：1.教学手段新颖。多媒体教学给课堂教学带来了新气息，多媒体利用现代科技将文字、声音、图像、视频、动画等多种传播媒介灵活地组合在一起，多方位、多角度、多途径地向学生传递信息，提供给学生灵活多样、丰富多彩的学习环境，使原本可能枯燥的课堂环境变得活泼，使抽象的概念与内容变得易记易懂。
2.教学形象直观。多媒体教学可以给课堂带来很多生机。比如：课堂情境的创设，能增强导入效果和活跃课堂气氛；讲授概念时，能将抽象的语言通过形象活动的课件展示出来；再利用多媒体进行教学时，给学生展示一个模型的建立过程，能激发学生的好奇心和求知欲，取得更好的教学效果；教师可以在教学过程中让个别学生起示范的作用，当老师教授完内容后，在学生普遍掌握基础知识的基础上，让学得比较好的学生演示，别的学生观摩的方法，发现他们普遍存在的问题，即可以解决问题，又可以让他们互相激励，从而获得较好的教学效果。
3.节约时间，提高了课堂效率。高质量的多媒体课件，形象具体、动静结合、声色兼备，恰当地加以运用，可以变抽象为具体，调动学生各种感官协同作用，解决教师难以讲清、学生难以听懂的内容，避免了教师大量书写、画图的麻烦，节约了时间，课堂容量大增，提高了课堂效率。
4.弥补客观条件的不足。某些专业的教学设计的器材设备及场地要求比较严格，对于一个教学单位来说，部分设备价格高达十几万甚至几十万，实在是力不能及。有些设备虽然价格上可以接受，但其在教学上的利用率不是很高，又造成资源上的浪费。多媒体教学可以改善现有客观条件的不足，在教学中能让学生先有一定的感性认识，再从书本上获得必要的理论指导。
5.扩大了授课范围，节省了人力。传统的教学方法，教师对学生面对面讲授，教师只能同时教一个班，利用多媒体和网络等手段，则大大扩大了授课范围，从而节约了人力资源。
6.实现了资源共享。多媒体教学准备过程中搜集和积累的大量相关专业素材，像图片、声音、影像资料、文字材料及课件等，都是可以保存在计算机、U盘及移动硬盘里的，非常方便保存和携带，可以重复使用，而且方便查找，更重要的是还有利于教师交流各自的教学体会，提高自己的教学水平，真正做到教学资源共享。
二．计算机办公软件的必要性
计算机多媒体技术以无可比拟的优势出现在了传统的教育模式面前，多媒体技术在教育中的应用使教学活动冲破了时间和空间的限制，形象、具体、生动而活泼地展现教学内容，很大程度上培养和激发了学生的学习兴趣，充分发挥学生的主体作用，使课堂教学效果事半功倍，极大地提高了教学效率，促进了教学内容和教学方法的更新。使计算机办公软件在教学应用中起到了举足轻重的作用，上升到了越来越重要地位。
二十一世纪是科学技术竞争和民族素质竞争的时代，其实质是人才、教育的竞争。教育的历史告诉我们，教育的每次重大变革和发展都离不开科学技术，科学技术是第一生产力也是教育发展的重要动力。Internet/Intranet 的迅猛发展，为信息的交流和共享，团队的协同运作提供了技术的保证，同时也预示着网络化办公时代来临。计算机多媒体办公软件具有集成性、控制性、交互性、非线性、实时性、信息使用的方便性、信息结构的动态性的特点，正是这个特点，使计算机办公软件在教学应用中起到了举足轻重的作用，上升到了越来越重要的地位。
现代科技发展日新月异，教学媒体种类多种多样，这些媒体的性能和特点都不尽相同，计算机媒体在教学内容上的表现上主要是以课件的方式进行的，课件是为了进行教与学活动而设计的计算机软件，它具有实施教育的本质、促进学习的功能。学生大多看腻了传统的只是讲解的教学过程，课本的应用只能是一种知识的简单再现，不能达到精炼信息和高密度集合信息的目的。与计算机技术教学相比：首先，计算机技术中的课件制作，可以生动再现“活”的课本，让学生学起来更形象。其次，多媒体技术的演化，可以减轻老师备课的负担，让老师讲起来更生动。再次，学生自己动手进行上机练习不仅可以强化学生的能力，更可以更好的增进信息之间的共享，达到更好的记忆效果。
现代社会是信息高速发展的产物，而高校学生的新特点告诉我们，他们的信息存储量是很大的，通过计算机技术的运用，不仅可以使师生之间的资源互换，老师之间的教育资源互换，还能达到国际之间的交流，交流范围甚广。多媒体课件能将文字、声音、图形、图像、动画、视频等多种信息集合与整合，达到某一确定目标的合理选择，并按照教学设计的要求，有机的鲜活的组合后显示在屏幕上，使学生获得多重感官刺激，提高学习效率和学习效果。但是，任何一种单一的媒体都不可能很好地面对整个教学过程，作为一个完整的课堂教学，当一种媒体的传递不能满足要求时，其他媒体可以进行补充，需要对性能各异的教学媒体进行优化组合，使其在教学过程中扬长避短，交互应用，协调统一教学效果。因此可见，根据学习者的特征以及教师的特征和教学内容的不同和教学目标的需要，使各种媒体有机结合，发挥各自的作用，相辅相成，构成教学信息传递的优化教学媒体群，共同参与教学全过程，这是迎合教学要求的，也是现代社会发展的必然要求。
三．计算机网络环境有利于促进学生全面发展和提高他们的综合素质
以计算机为基础的现代媒体能够优化教育、教学过程。其集中体现就是能充分发挥学生的主动性与创造性。事实证明：把计算机教学应用到教学过程，可以培养学生独立思考，创造能力和实践能力，创设出最理想的学习环境。这样，学生就可以在轻松与宽裕的环境中逐步获得独立思考，动手操作的能力。而我们在实验探索中，不仅仅能把网络的功能运用到课堂。教学中，更应该利用校园信息网络形成的智能环境，为学生创设一个轻松的学习、生活、成长的氛围，让学生在学校就可以进入国际互联网，开阔了视野，学会更多有用的信息，学会在没有老师的情况下自己学习，掌握一些二十一世纪社会所需要的能力。同时提高自己的自主学习、综合运用知识、动手和创造的能力。参考文献：
[1] 肖乐、周颜、陈明，计算机常用办公软件应用，清华大学出版社，2010-09出版，第三版
[2] 张海珊、劳动和社会保障部教材办公室，计算机办公软件应用(中级)，中国劳动社会保障出版社，2008-02出版，第二版
[3] 《工作过程导向新理念丛书》编委会，工作过程导向新理念丛书•中等职业学校教材•计算机专业•常用办公软件应用:office 2007中文版，清华大学出版社，2010-01出版，第二版 [4] 方**、田岭 中职中专计算机类教材系列•中等职业教育十一五规划教材:计算机应用基础及实训，科学出版社，2008-04出版，第二版
[5] 梁平枝、梁志标，职业院校计算机办公软件应用教学探讨，中国知网，2011—07
第五篇：3D打印技术在教学中的应用与探索
3D打印技术在教学中的应用与探索
摘要：随着3D打印技术的日益成熟，以及其在各行业和领域极具潜力的革命性应用，如何普及3D打印并为社会培养专业的3D打印人才是当前学校教育的一个重要课题之一。本文分析了3D打印分别在不同教学阶段的受众特点，针对大、中、小学总结出不同的教学目标和教学方法，提出了一个全过程的3D打印教学体系和培养方针。通过具体案例，本文指出可以将3D打印融入主流课程的教学实践当中，服务和提升已有课程的教学水平。最后，本文总结了3D打印在教学实践中可能面临的问题和解决方案，为有效开展3D打印在各阶段的教学提供了理论指导和实际建议。
Abstract： With the increasingly mature of 3D printing technology，as well as its application in various industries，how to popularize 3D printing and cultivate professional 3D printing talents for the society is an important task of the current school education.This paper analyzes 3D printing audience characteristics in different stages of teaching，sums up different teaching goals and teaching methods respectively for college，middle school and primary school，and puts forward a whole process of 3D printing teaching system and cultivation guidelines.Through the specific case，this paper points out that 3D printing could be included in the mainstream curriculum teaching practice to serve and enhance the level of existing teaching.Finally，this paper summarizes the problems and solutions of 3D printing teaching practice，provides theoretical guidance and practical advice for effectively carrying out 3D printing in every stage of the teaching.关键词：3D打印；技术创新；教学方法；人才培养
Key words： 3D printing；technological innovation；teaching methods；cultivation of talents
中图分类号：G40-057 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）32-0178-04
0 引言
发达国家已经开始探索3D打印技术对教育的影响，并成立了相关的项目用以促进3D打印技术与教育的融合，从而培养出适应现代设计、制造潮流的人才，从而提高自身的竞争力。新媒体联盟（New Media Consortium，NMC）在2013年地平线报告中提出，3D打印是未来四到五年内值得关注的新技术，它将带来教学、学习和研究领域的创新[1]。英国教育部已经选取多所小学作为试点学校，设立相关的基金，为学校购买3D打印机，并对教师进行相关培训，此外，还开设3D打印的相关课程作为学生的手工课。学生可以通过电脑建模，打印自己所喜欢的模型[2]。欧洲的一些国家也进行了3D打印的相关教学调研，如“未来教育与学习”（LIFE）项目，对欧洲7国的师生进行调研，以获得3D教学对学生课堂的专心度和学习成绩的影响[3]。希腊在两所高校开始初步试验将3D打印作为学习手段的教学方法[4]。美国STEM教育中的STARBASE Minnesota是对学生提供STEM训练的教育项目。该项目通过引入3D打印的支持，使学生能通过CAD软件自行设计相应课程的模型，并进行实际的测试和分析。该课程项目能极大地调动学生的积极性，使枯燥的数学分析亦能激发学生的兴趣[1]。此外，还有一些职业学校的项目，如PlayMaker。该项目围绕着3D打印技术这一核心的课程，学生可以设计、打印和验证模型的物理理论。
较之国外而言，国内3D打印的普及和教育仍处于起步的阶段。国家当前十分重视3D打印技术和应用的发展，例如我国科技部已将3D打印技术纳入国家863计划，各地学校也开始进行有关3D打印课程的试点。3D打印发展现状以及学校教育的可行性
目前3D打印机的成本及其打印材料、质量、时间等都是制约3D 打印在学校教育中普及的因素。解决好这些瓶颈能更好地促进教学和研究的发展，为探索教学新方向提供有效的方法。
1.1 3D打印机成本 3D打印机的成本一直是制约3D打印发展的瓶颈。3D打印机的售价从几千元到几十万元不等。为了降低3D打印机的成本，许多公司已经着手相对廉价的3D打印机的研发。据报道，有些公司已经开始抢占教育行业的市场，推销千元以下的3D打印机。随着3D打印机的成本进一步降低，其普及将不再是难题。
1.2 3D打印的材料 另一个制约3D打印普及的瓶颈是耗材。目前的3D打印可以支持多种打印材料，如热塑性塑料、尼龙、合金、金属粉末、石膏、陶瓷、可食用材料、光敏树脂等。虽然3D打印支持多种类型的材料，但不同的材料需要相应打印设备的支持，此外打印材料的价格也并不便宜。目前的教学研究中使用较为普遍的是PLA（生物降解塑料聚乳酸，Polylactic Acid）材料和ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，Acrylonitrile Butadiene Styrene Acrylonitrile Butadiene Styrene）。一千克的PLA或ABS耗材的市场价格为60元左右。随着材料的进一步改进和研发，生产技术的发展和生产厂商的增加，普通耗材的价格将慢慢降至教学可接受的范围内。
1.3 3D打印的质量 在打印模型的过程中，有时会由于机器本身或环境的问题，导致打印的质量并不理想，成品率一般在30%-50%左右，甚至更低。其中廉价的3D打印机也是使成品率降低的原因。种种原因将不利于教学实践和教学研究的使用。随着3D打印技术将不断改良和创新，打印质量会随之而提高。
1.4 打印时间 打印时间长也是一个亟待解决的问题，现在的3D打印时间普遍偏长，阻碍了教学实践以及教学研究的发展。据报道，现下最新研究的3D打印技术CLIP（Continuous Liquid Interface Production）的打印速度是旧式打印的几十倍以上，其打印出的物体表面也十分光滑，完整。这项技术若能普及，将弥补3D打印时间长的缺点。3D打印在不同教育群体中的教学分析与探讨
在3D打印的教学上，学校应该在3D打印的课程进行细致、深入地规划，推行多方向、多环节的主题学习。学生通过探索、想象、实践等环节的学习后，将激发想象力以及提高学习效率与兴趣。结合不同时期学生的学习方向，学生在各阶段的进程和方向上都有所侧重，进程如图1所示。
2.1 小学教学 以“感性认识”与“培养想象力”作为小学教学的方向。这一阶段的学生，发散思维力强，想象力丰富，活泼好动，接受新鲜事物的能力强。
结合以上的特点，每个小学单位至少配备一台以上的3D打印机。设置的3D打印课程应该“浅入浅出”。所谓的“浅入”，就是用生动活泼、浅显易懂的语言对3D打印的原理和3D打印机进行简单的介绍，让学生在感性上对3D打印有初步的认识，对打印原理、设备以及应用范围有个大致的了解。“浅出”就是通过做些有趣味性、引发联想、充分结合课程的简单小实验、小制作来加深学生对3D打印的认识和理解。此外，学校不能一味地使用强制性的考试、规范化的实验对学生进行应试教育，而应使用更自由、轻松的教学方式以提高学生的兴趣，使学生产生成就感，形成教学的良性循环[5]。3D打印课程的目的是将3D打印作为学生通往兴趣爱好的一座“桥梁”，而非仅作为一门来自于课堂又终结于课堂的课程。
在教学上，可以根据学校自身的特点、专家的研究等设计小实验、小制作。课程的核心必须是以拓展学生的思维、引导想象力为主，目的是要激发学生的想象力和兴趣、培养其思维能力。
2.2 中学教学 以“想象力和实践相结合”作为中学教学的方向。这一阶段的学生，发散性思维的能力与接受新鲜事物的能力依然很强，有一定的知识基础和逻辑思维能力。在小学阶段，学生有异想天开、天马行空的想法，在中学阶段，开设的3D打印课程应该有意识地引导学生的想象力，将想象力与实践结合。在数学、地理、生物等科目可以结合3D打印课程进行科目的交叉与融合。应该让学生在已有的认识基础上，加深对三维空间的理解，并且能简单地掌握建模软件如Auto CAD的操作，能进行简单或者相对复杂的建模。
在中学教学中，学生已经学习到地理、物理、生物、化学等学科。在现阶段的中学教学中，教学道具仍然匮乏，尤其在经济不发达的地区，更是如此。教师基本无法使用道具进行演示，只能利用课件、播动画和视频来替代。学习知识不应该和活动情景分离而独立抽象存在[5]，在情境中学习，与社会实践活动结合起来的学习将有利于学习的横向拓展和纵向深入。3D打印不受图形限制，可以打印出结构复杂的教学模型，教师将内部认知结构可视化，化抽象为具体，化复杂为简单[6]。理工科的课程中，实体化、可拆卸与装配、可运动的教学道具更能激发学生的兴趣和想象力。在制作个性化、非大批量的教学道具中，可以很好地利用3D打印的打印能力。
2.2.1 3D打印在地理课程中的应用 在地理课程的学习中，应用到大量的实体模型。实体模型能培养学生视空间能力，如教师可以打印出可运动的太阳系模型（其中包含可拆卸的太阳、水星、金星和地球等模型），在不同节气改变地球的位置；可以打印出不同时间段物体或现象的标志性状态的模型；也可以打印出可拆卸的房屋模型，用以演示地震对房屋的破坏；或者打印天气现象的运动模型，用以表现气旋、冷锋、暖锋等天气现象的运动；再比如使用模型层层分离的展示方式，展示不同地带的地形地貌、山岳的形状等。
通过打印图2的恒星系统，如太阳系（组件均来自3D打印）。教师可以结合课本介绍太阳系，并且移动地球等行星，以及对节气等知识点进行介绍。还可以从系统中拆卸地球模型，取出内部的每一层结构进行细致地讲解，让学生从宏观到局部系统地了解太阳系的结构。通过实物化的可运动太阳系系统，可以使知识生动形象，加深学生的认识。
2.2.2 3D打印在物理课程的应用 在物理的课程学习中，物理的许多电路、定律皆可由3D打印模型演示。如对自由落体、胡可、弹性碰撞等定律进行验证，或是合力的箭头模型、同步卫星模型、地球模型、实验电路模型的演示以及电阻、电容、电感等模型的类比演示等。同时，制作的3D模型可以与电子电路相结合，使模型能够完成相应的演示功能，如模型的LED发光、自行水平移动、垂直移动和旋转等。
通过打印如图3设备（含打印的无盖盒子、机械结构、排液管等，除了电压表、电源以及导线外，其他结构均由3D打印而成）的零件，可以引导学生在宏观上对电容有一个深刻的认识。在盒子里倒入导电液体，与电源、电压表连成闭合电路后，旋转可移动间距的旋钮，调整盒子的间距，或者调整排液旋钮，排出一定量液体，观察电压表的电压示数变化。随后教师可以通过联系所学知识，解释实验现象。学生能调整盒子间距、导电液体的量、以及更换“电容”介质等进一步加深对电容的重要公式及相关知识的理解。3D打印类似的实验装置可以很好地应用于教学，不仅可以验证理论的正确性，还能培养学生的动手能力，激发他们的想象力和兴趣。只要有3D模型就能随时打印并组装，快捷且方便。
2.2.3 3D打印在生物课程中的应用
在生物课程的学习中，能应用到大量的实体模型。使用3D打印的技术，可以打印出可拆卸的细胞、细菌、病毒的结构模型、可拆卸的多肽链、多糖、蛋白质、核酸等大分子的化学球形结构模型或者可运动的细胞膜的结构模型。打印理解难度较大的细胞有丝和无丝分裂等模型可以很好地解决学生的理解问题。
通过打印出细胞模型，如图4所示的半截面的植物细胞模型。3D打印出层1（细胞壁）、层2（细胞液）外壳以及各种不同的细胞器（使用不同颜色材料的打印，以增加细胞器的区分度）后，再组合起来。因为打印的难度不大，整体耗材少，所以可以打印出整班的数量。教师进行相关知识的讲解前，可以把打印好的模型分发给所有的学生。学生除了能在课堂上结合老师的讲解和课本的介绍，利用细胞的立体模型对植物细胞的知识进行深入了解外，课下还可以用模型做进一步的对照复习。通过拆卸细胞模型，可充分调动学生的视觉、触觉等感官，加深其对知识的理解。
在中学阶段，除了在课堂教学上使用结合3D打印的教学用具外，可以适度举行涉及3D打印的竞赛，竞赛可以采用外观设计、组合结构、教学用具创新等形式。考虑到中学生的3D设计能力并没有良好的基础，因此学校或比赛举办方可以提供相关的模型给学生参考。如在机器人DIY竞赛中，比赛举办方提供种类繁多的3D模型包，学生可以自行设计机器人的结构图，并从模型包中取出相应的3D模型并打印，最后根据结构图组装起来。
2.3 大学教学 在目前的大学教学中，3D打印技术使用比较广泛。涉及到实物的外观、结构、机械、电路等的课程，皆可使用3D打印技术。除了在高等数学、大学物理、机械原理与设计、材料力学等基础课或专业课程的教学中使用3D打印的教学模型外，也能在实验、课程设计中使用3D打印。
随着各专业学科的交叉与融合，以及3D打印技术的日益成熟，它与各相关学科的结合会越加紧密，其作为“桥梁”性质的实现方式会越来越重要。各高校的专业设置虽涉及到3D打印，但并没有开设3D打印技术的相关课程，因此学生建模水平不高，设计出的成品与实际需求相距甚远。
3D打印本科专业建设的核心是“创新、设计、建模”。由于3D打印的接口面广，因此专业课设置要在不同方向上有所侧重。要学习的课程分为公共基础课、专业基础课、专业课以及课程设计。公共基础课包括高等数学、大学英语、大学物理、工程制图、线性代数、机械原理及设计、电工电子技术等。鉴于目前缺少适用于大学教学的3D打印教材，在此仅提供基础专业课的教学课程有：3D打印导论、3D打印原理、常规3D打印机的结构及组装、3D打印基础设计、3D建模基础与提高（使用目前流行的3DMAX、MAYA、Rhino等软件进行学习与应用）等。
学生自行选择不同行业方向的专业课，如动漫、机械、建筑、汽车、首饰等。以首饰专业课为例，它涉及到首饰设计、加工工艺、创意设计以及结构美学等课程。在选择相应的方向后，应增加该行业的相关知识的课程，以提高学生的基础。公共基础课、专业基础课作为学习基础，专业课则作为所学知识的综合运用。课程由浅至深，逐层递进和深入，最终促使学生掌握创新、应用的技能。教师在教授专业课时应注重引导学生的创新思维能力、发散思维能力，在实验、课程设计上应设计弹性大的题目。
至此，可以通过表1总结出小、中、大学不同学习阶段学生特点、教学基础、教学目标和教学内容。教学实践中的问题与建议
3D打印在本质上是多媒体技术的延伸，是虚拟现实技术的延伸，它拓展了人的感觉和知觉，促进了人的思维能力的进一步发展，它与教学的融合势在必行[7]。
目前，3D打印在教学实践中存在诸多问题或空白，拓宽教学实践的各环节将促使3D打印与教学实践进一步的融合与发展。以下提出相关的建议。
3.1 学校安装相关配套的3D打印机 目前大多数学校没有配备相关配套的3D打印机，而3D打印机是进行教学、研究的基础设备。如果教学条件允许，还可以配备相关的外围设备，如3D Camega、KinectDIY等专业3D扫描仪。此外政府可以出台相关的政策，为大中小学配备3D打印机及相关设备。据了解，我国政府计划将在两年内为全国四十万所小学安装3D打印机，用于学校的教学和研究。未来可能会在大、中学推行进一步的相关政策。
3.2 编撰规范化的教材 3D打印技术虽然不是一门新兴的技术，发展的时间也相应的比较长，但目前的教学中仍然缺少内容丰富、案例经典的教材作为教学的参考。因此可编写适合大中小学使用的3D打印技术的书籍作为教学的材料。但不强制要求各学校必须采用，学校也可以自行编写符合自身教学要求的教材。规范化教材编写的主要出发点是用于规范化的教学。
3.3 对教师进行培训 3D打印教师应该在技术和教学设计等层面进行学习和提高，做好领路人的角色。课程设计应该围绕“切合实际、拓展思维和激发想象力”的目的。在中小学教师的培训上，培训人员除了教授相应的3D打印原理、机械结构、耗材等知识外，应该将重点放在培训教师对学生的思维与想象力进行引导的方法和技巧上。培训大学和职校教师，应该使其“各习所长”，即在他们的专业方面，针对性地教授不同专业的结构、建模、耗材、支撑等方面的知识和经验，辅以典例为佳。
3.4 相关竞赛设计 在各类大中小学竞赛中，学生往往只能使用举办方所提供的配套组件进行组装和二次开发，这在很大的程度上阻碍和限制了学生想法的表达，不利于学生在实践中自由发挥和拓展。3D打印能很好地提供解决方案，学生可以根据自己的想法设计并打印出相应的模型，并组装在自己的参赛作品中。此外，为了使3D打印能更好地与教学、实践等融合，可以举行不同主题的比赛。竞技类型，如机器人足球、机器人篮球、机器人搏击比赛、竞速、花样飞行、抢夺比赛等；解决任务型，如智能辅助；开拓思维型，如组合联动结构。也可以举行开拓参赛团队思维的比赛，设计并打印出新颖、独特、具有创造性的机器人零部件、外壳、骨架等。鼓励比赛优秀的作品进行进一步的研发。这样的比赛除了能促进3D打印的技术更新和发展外，还能拓展学生对控制芯片的编程、机械结构、模拟电路的认识。
3.5 成立相关委员会 目前的3D打印并没有很好地纳入规范化的组织和管理中，成立相关的委员会是行之有效的方法。通过成立相关委员会，创立评选制度，可以支持大中小学的学生对感兴趣的方向进行创新。可以通过评选项目提供必要的资金，并配给相应的指导老师。再者，如果学生能够靠自身的能力切实改进了3D打印的技术，并有相应的展示方式，通过委员会的审核后，可报销其费用，并给予相应的奖励。
3.6 其他 授课老师引领学生发挥想象力，记录下他们对3D打印的想法（学习方法、技术的改进）等，将想法在大中小学校的网络共享平台上进行汇总，让不同的想法互相“碰撞”。也可以邀请相关方面的专家来校演讲，或是组织学生到政府、公司等开设的3D打印展区进行参观，使学生能接触到3D打印行业的新方向，了解3D打印的最新进展。总结
重视3D打印，就是要发挥一切积极的因素，使3D打印的课程和实践在学校教学中进行交叉与融合，不断循环发展。在3D打印教学的创新中，可以结合现在的在线教育、大数据等新技术，不断挖掘3D打印在课程教学的潜能和优势。在建设3D打印课程的体系中，需要多方协调和政策的支持，才能形成良好的教学和研究的氛围。
未来3D打印在教学、研究、设计、制造等方向的应用和实践将会进一步的深入和发展，它将以其独特的方式影响着人们生活的方方面面。
参考文献：
[1]王萍.3D打印及其教育应用初探[J].中国远程教育（综合版），2013（8）.[2]刘翠.3D打印技术及其在职业教育领域中的应用[J].电子制作，2014（6）.[3]王娟.3D技术教育应用创新透视[J].现代远程教育研究，2015（1）.[4]Vasilis Kostakis.Open source 3D printing as a means of learning： An educational experiment in two high schools in Greece [J].Telematics and Informatics，2015（32）.[5]黄敏.3D打印向基础教育走来――访南京市秦淮区校园3D研究社团[J].中小学信息技术教育，2014（10）.[6]杨洁.3D打印在教育中的创新应用[J].中国医学教育技术，2014（1）.[7]童宇阳.3D打印技术在中小学教学中的应用研究[J].现代教育技术，2013（12）.
点击咨询 