3D打印技術在測繪教學中的應用

徐 工 蘇曉慶＊

（山東理工大學 建筑工程學院，山東 淄博 255000）

0 引言

教育部發布的《關于開展新工科研究與實踐的通知》[1]中指出，高校在培養人才的過程中，傳統工科專業必須隨著時代發展轉型升級[2]。國務院印發的《新一代人工智能發展規劃》提出，要將3D打印、機器人、編程課程等人工智能技術與科學課程結合起來，加快我國復合型人才培養[3]。

測繪工程作為通過測量地球表面自然形狀和人工設施的幾何分圖，并結合某些社會信息和自然信息的地理分布，繪制全球和局部地區各種比例遲的地形圖的一門學科，與社會生活中的各行各業息息相關[4]。然而，在測繪教學過程中有相當一部分知識點是微觀的、抽象的，盡管教材中有很多插圖來介紹他們的結構和功能，但這并不能帶給學生很好的體驗感，導致學生的學習效果難以達到最佳。3D打印技術的發展給上述問題提供了新的解決思路。

本文通過對現有文獻進行分析，結合實際來探索3D打印在測繪教學中的應用方法，按照新時代對于學生培養的要求，探究結合3D打印技術的教學實踐活動對于培養學生的影響。

1 3D打印技術及其特點

3D打印屬于快速成型技術的一種，原理類似于使用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料的噴墨打印，將物體的三維模型分割成無數細小的薄片，再進行逐層打印并黏合就生成了立體實物[5]。3D打印作為一種創造性很強的新技術，在工業設計、工程和施工、醫療產業等方面迅速發展，一些教育研究者開始對3D打印在教育教學中的應用進行探索[6]。

3D打印不需要傳統的刀具和機床等加工工具就可以設計并制造實物模型，不僅生產成本低而且加工周期短。3D打印能夠很好地實現個性化生產，利用這一技術能夠制造出傳統工藝無法制造的模型。這一技術非常適合在教學時制造特定的模型配合授課。

2 測繪教學現狀

測繪工程專業需要培養學生的空間想象能力、抽象思維能力以及測圖和繪圖的能力，在傳統測繪教學過程中，教師講解測繪儀器構造、形狀時一般采用PPT等形式展開，但這種方式通常存在一些不足，主要表現在以下三個方面。

2.1 學生的空間想象力不足

在《測量學》《GNSS原理及應用》《工程測量學》等課程的教學中，涉及對測繪儀器構造、儀器使用等方面的講解，儀器構造與規則幾何物體相差較大，導致學生無法對儀器及各種結構關系深入理解，再加上部分學生的空間想象力不夠強，使其對測繪儀器結構與操作的概念并不明確，進而導致測繪儀器教學課程效率不高。

2.2 無法反映儀器的真實情況

在測繪教學中，無法避免需要學習測繪儀器的構造、原理及使用，但是現有的直觀的圖形并不能反映儀器的具體情況，再加上學生空間想象力的限制，使教師不得不借助簡單的立體實物對測繪儀器進行模擬，而現有的簡單實物模型基本是類似于正方體、圓柱體的簡單幾何模型，并且種類也比較單一，使得教師很難體現結構復雜的測繪儀器。

2.3 教學手段過于單一

在目前的測繪教學過程中，部分教師運用口授方法，在用圖形輔助進行教學，教學手段單一，導致抽象思維能力不高的學生很難理解復雜的儀器結構，使得測繪教學中的儀器操作部分教學效率不高。

針對上述問題，本文通過個人教學體會并結合他人教學經驗，探索將3D打印技術應用到測繪教學中，對測繪課程的教學方法進行探討。

3 3 D打印在測繪教學中的應用

3D打印技術與測繪教學進行結合，有利于幫助學生將對事物的抽象印象表達為具體形象，鍛煉學生的抽象邏輯思維，獲得更好的認知體驗。在測繪領域，3D打印技術可用來完成測繪儀器模型、立體地圖和仿真實物模型的制造等方面，應用廣泛。

3.1 測繪儀器模型制作

傳統的測繪教學主要依靠口授與PPT相結合的模式，但在測繪教學任務中，相當大一部分的知識點涉及測繪儀器的結構、原理及應用，僅僅使用口授與PPT的結合難以清晰地描述復雜的測繪儀器，再加上部分學生空間想象能力不強，導致課堂效率不高。若使用測繪儀器實物進行教學，一方面由于課堂學生較多不可能每人都能進行仔細地觀摩，若教師只是在講臺上對測繪儀器進行講解，教師后排的學生可能對儀器的外形都無法形成清晰的印象；另一方面測繪儀器是結構復雜的精密儀器，價格昂貴，不能離開教師的視線，若要使每個學生都能接觸到測繪儀器，授課教師務必要進行陪同指導，這會浪費大量的時間，降低課堂效率，再加上課堂人員較多，可能會發生意外導致儀器損壞，這就導致使用測繪儀器實物進行教學可行性不高。

3D打印是由三維數學模型生成的實物模型，精度非常高。使用3D打印技術能夠制作測繪儀器實物模型，該模型可以代替測繪儀器實物被用來進行測繪儀器結構、原理及使用的課堂教學。使用3D打印制作的測繪儀器模型能夠較為精確地表達測繪儀器各個結構，便于教師講授。使用3D打印技術制作測繪儀器模型制作簡單，效率較高，成本低廉，且較為堅固，不用擔心模型受損。由于模型制作材料為白色，教師可以使用馬克筆在儀器模型上進行標注，幫助學生更好地理解儀器結構。模型能夠在學生中進行傳閱，使每個學生都能近距離接觸儀器模型，提高課堂效率。

3.2 “立體地圖”制作

測繪專業教學離不開《地圖學》的學習，需要學生理解各種地形地貌，但傳統教學多使用圖片進行教學，部分學生空間想象能力較差，不能很好地理解地形構造?！傲Ⅲw地圖”是具有地物、地形高程信息的三維比例尺地形圖，與傳統地圖相比，能夠直觀地體現地形變化。

傳統測繪教學中，地形地貌的高程信息主要通過等高線表達，對部分空間想象力不強的學生來說，理解較為困難?！傲Ⅲw地圖”可以更好地反映地形在高程上的變化，能夠立體直觀地表達出山谷、山脊和陡崖等地形地貌，幫助學生更好地理解不同的地形，提高教學效率。

4 結語

綜上所述，教師將3D打印有效地融入測繪教學中，不僅能夠提高課堂效率，加強學生對知識點的理解，增強學生主觀能動性，激發學生學習的積極性，還能夠幫助學生提升空間想象能力、邏輯思維能力和創造性等，使測繪教學實效得到提升。因此，要重視3D打印技術在測繪教學領域中的應用，此技術可能會為測繪領域帶來新的生長點。