高校創新創業教育3D打印技術研究

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摘要：3D打印技術依靠先進的解決方案、龐大的市場需求、獨特的技術優勢，逐步廣泛地應用于高校教育各細分領域。但是我國高校關于3D打印課程的教育體系尚未完善，研究出更適合學生的教育體系是當前的重要任務。文章以雙創教育為背景，借助互聯網平臺，將3D打印技術與STEAM教育理念恰當融合，改進傳統教育體系的不足，探索更適合學生成長的教育體系。最后，將此教學體系應用于高校，取得了良好成效。

關鍵詞：創新創業教育；STEAM教育；3d打印技術；教學模式

一、引言

在人類社會不斷發展過程中，創新扮演了重要的角色。2015年兩會政府報告中，總理提出要“把億萬人民的聰明才智調動起來，就一定能夠迎來萬眾創新的新浪潮”。為此，一些高校遵循教育部的相關政策，加強創新創業（以下簡稱“雙創”）人才的培養，理念和實踐也在不斷與時俱進，開始了“雙創”探索[1]。

二、3D打印技術在“雙創”中的角色

3D打印技術，即快速成型技術，它以數字模型文件為基礎，運用金屬或塑料來黏結材料，是一種通過逐層打印的方式來構造物體的技術。隨著制造業的迅速發展，3D打印技術市場潛力巨大，成為衡量國家制造業是否發達的標志，被稱為“具有工業革命意義的制造技術”[2]。作為一種綜合性技術，3D打印涵蓋機械基礎、電子電工基礎、機電控制技術、材料科學與化學等方面的綜合知識，具有極高的科學技術水平。

三、我國3D打印技術人才培養現狀

我國本科教育在3D打印技術和人才培養方面尚處于探索階段，整體水平不高，在服務產業發展方面存在諸多問題，具體反映在如下方面。1.內容呆板乏味。縱觀整個國內高校，尤其是一本類院校開設的3D打印課程，認知教育內容所占比重較小，主要強調操作過程、參數設置和概念講解。學生在不了解3D打印技術的前提下，很難真正掌握3D打印技術，激發學習熱情，故也難以對3D打印技術巨大的發展前景產生共鳴。2.教學形式單一。目前，由于教學用3D打印機配置比例較小，本科院校一般采用前期課堂理論教學加少量學時觀摩3D打印的教學形式。極少數具有大規模3D打印實驗室實訓教學能力的學校，雖然能允許學生自主上機操作，但其打印對象往往來自網絡的成熟模型或者是學生憑借興趣設計的一些簡單模型。由于市場經濟及行業專家的參與度不夠，學生對3D打印技術的真正魅力認識不足。3.實訓目標與市場脫節。目前尚未與市場掛鉤，或者說還沒有形成市場驅動的3D打印教育實訓模式。學生的3D打印作品，僅與自己的興趣相關，而學生對自己的設計能力、作品價值缺乏清晰的認識。這使得學生空有創新創業的熱情，而無法借助3D打印技術，進行有目的、有意義的創業創新訓練。

四、基于STEAM教育理念的互聯網+3D打印課程教學模式改革

針對上述局限性，湘潭大學“基于互聯網技術的傳統3D打印教學課程體系改革”省級教改項目課題組聯合相關企業合作開發了“互聯網+3D打印”教學管理系統。該教學管理系統利用網絡平臺執行相關課程和實踐環節，為教師創建一個具體化、可操作的平臺，讓學生體驗構思、設計、實現、運行過程的工程教育氛圍，有利于教學活動的開展。1.可實現互動教學。學生在學習3D打印教程的初期階段，須掌握3D打印課程的理論基礎知識，教學管理平臺配有相關課程和教學視頻，指導教師可以利用該平臺將教學內容推送到教室主屏、個人電腦、發言學生屏幕、制定小組屏幕及學生終端，學生亦可通過App同時訪問屏幕內容。系統還提供對PPT講義的現場反饋支持，教師可以把PPT講義分發給學生，學生則對每一頁PPT的學習效果做現場反饋。2.可實現分組教學。學生在學習3D打印技術的實訓階段，教學管理平臺具有分組討論、組內分享、組間共享以及多屏呈現等功能。分組討論：在學生操作3D打印機之前，該平臺可對學生無限制分組，并將不同3D打印模型任務分發給不同小組，學生任意選擇加入或者退出小組。組內分享：該平臺能拍攝每組討論和操作流程情況，將高清音視頻、多格式文件以及屏幕操作與組內成員討論。3.可實現智能管理。該平臺支持管理員預先導入或編輯學生花名冊、教師賬號信息，便于教師使用；教學管理人員、督導組教師可遠程實時查看課堂教學情況；系統支持遠程配置、監控和升級維護。

五、互聯網+3D打印技術與STEAM教育理念融促機制研究初探

如何在“互聯網+3D打印”教學管理系統中加強師生交流學習，激發學生學習興趣，是本課程教學實踐成功與否的關鍵所在[3，4]。考慮到STEAM理念（Sci-ence、Technology、Engineering、Art和Mathematics的縮寫）倡導用跨學科的方法教授科學、技術、工程和數學方面的知識，引導學生不斷更新專業知識，以適應快速變化的社會生活[3]，因此，在教學實踐中，教師應始終遵循STEAM教育理念。更重要的是，通過實現互聯網+3D打印技術與STEAM教育理念的融合和促進，學生在主動參與和充分交流中激發研究與探索的興趣，學習科學的思維方式與研究方法，體驗“互聯網+3D打印技術”的應用過程，培養創新意識與創新能力。該融促機制可抽象為“兩融合”和“三層面”的建設，具體概述如下。（一）“兩融合”“兩融合”是核心基礎，也是3D打印教學過程必不可少的一步，包括“互聯網+3D打印技術”和“STEAM理念”兩平臺交叉融合，能及時解決傳統3D打印在應用推廣中遇到的困難與問題。一直以來，我們的傳統教育理論性太強，難以激發學生興趣，而且長期的應試教育降低學生的創新思維能力、想象力及創造力。（二）“三層面”3D打印設備普及化、3D打印場所基地化屬于支撐層面范疇。2014年，學校投入專項經費，建立工程實訓大樓，里面擁有3D打印基地和近200臺3D打印設備與多媒體教學設備，以此作為學生的創新創意孵化中心。基地制定了完善的管理系統，向學生開放所有資源，保證項目人員的即時無障礙準入。3D打印學術討論日常化、3D打印訓練多樣化、3D打印競賽團隊化、3D打印競賽國際化屬于運作層面范疇。

學校會不定期地舉辦3D打印學術沙龍和數量眾多的跨學科講座。跨學科討論正與STEAM教育理念相契合，因為每門學科都蘊含豐富的資源。3D打印技術是一個使個人制作能力無限擴大的技術，可以生產出一些使用工具或者機器原型。當這些原型或者工具被投資生產時，就加了就業機會，具有極高的經濟效益。以3D打印技術為基礎，配合教學管理平臺，讓學生更加注重學習的過程，而不是學習結果，能激發學生的主動學習意識，增強學生的創新思維能力。

參考文獻：

[1]唐德淼.高校創新創業教育現狀與“雙創”人才培養模式創新[J].當代教育實踐與教學研究,2017(05):115-116+114.

[2]李昕.3D打印技術及其應用綜述[D].2014.[3]王晶,宮凌勇.基于STEAM教育理念高校課堂教學模式改革新探[J].軟件導刊(教育技術),2017,16(09):21-25.

作者:張魁 周友行 張高峰 張模蘊 陳睿 陳美良 單位:湘潭大學機械工程學院