3D打印技术在中职教师教学中的应用研究

文章编号：1671-489X（2016）10-0039-03

Research of 3D Printing Technoogy Appied in Secondary Voca-tiona Teachers’ Teaching//ZHU Shu， ZHAO Jiandong

1 前言

3D打印是一种快速成型技术，它以数字模型为基础，运用可粘合性材料，通过逐层打印的方式来塑造物体。与传统制造技术相比，其最大的区别在于增材制造。目前3D打印技术正从概念走向实践阶段，点燃了全球第三次工业革命的导火索。为了落实国务院发展战略性新兴产业的部署，我国制订了《国家增材制造产业发展推进计划（2015―2016年）》，其中明确指出：“我国加快转变经济发展方式和产业提质增效升级，亟需采用包括增材制造技术在内的先进技术改造提升传统产业。不断释放的市场需求将为增材制造技术带来难得的发展机遇和发展空间。”

中职教育作为为中国制造业培养技术人才和管理人才的摇篮，3D打印技术在中职教育中的应用有着非常广泛的市场和前景。

2 3D打印技术的独特性

3D打印采用加法制造，可实现智能化设计 3D打印技术的完整流程为：在电脑中设计3D文件，生成CAD模型，然后通过数据处理过程，得到层片信息，接着工艺规划层片加工实现物理堆积过程，最终经过后期的处理，得到3D打印物体。这种离散―堆积原理和制造流程，将复杂的作业流程转换为数字化文件控制，实现了复杂工艺和加工技能的智能化控制与处理，不仅降低了制造业的技术难度，而且赋予了创作者实现其创新的可能性。比如欧美国家就率先尝试使用3D打印技术的智能化设计功能打印小型无人飞机、小型汽车和家用器具模型。甚至，在互联网飞速发展的情况下，已有探索者将网络的数据下载、电子商务的个性化制造和3D打印技术智能设计功能结合起来，进行一些个性化的定制。因此，3D打印技术在工业制造领域、文化创意和娱乐业、航空航天、国防军工、生物医疗等行业带来了新的创造力。

中职教育作为特殊的教育类型，3D打印技术的智能化设计功能不仅可带来中等职业技术院校教学方式和教学模式的改变，也会带来职业教育内涵的深刻调整，是一个值得思考和研究的新课题。

3D打印的累计成形特点，可实现脑力密集化生产 3D打印技术的关键技术为离散过程――工艺规划――堆积过程，其打印的物体几乎可以不受到结构复杂程度的限制，只要实现了智能化设计和材料的合理粘合，最终就可以实现产品的个性化定制。对某些行业而言，其产品的制造就突破了强度、精度等问题的限制，为智能制造提供了可能性，这就为制造业的改变带来无限的可能性。

以往制造业属于劳动密集型行业，企业多开设在人力成本低廉的发展中国家，设计和生产线之间的距离遥远。这样的长期发展，使得发展中国家不仅生态资源遭到破坏，而且设计受制于发达国家，无法实现经济的转型，使国家走上健康的发展道路。3D打印技术的出现，为制造业从劳动密集型行业转变为脑力密集型行业提供了可能，设计线和生产线可以合二为一，一旦设计完成即可生产，可根据市场的需要打印出产品。3D打印技术为发展中国家制造业的智能化转型提供了一条可行的道路。

我国作为制造业大国，大部分制造企业都属于劳动密集型行业，中职教育培养出来的技术人才都是为劳动密集型制造业服务。3D打印技术的出现，为中职教育提出一个值得思考的问题，那就是如何通过教学和学科的转型，来适应新的形势的发展。

3 3D打印技术在中职教师教学中应用的价值

3D打印技术的应用为中职教师教学方式的转变带来可能 3D打印技术在教育领域中的应用已得到研究者的广泛关注，在欧美国家已经将3D打印技术引入基础教育、高等教育和职业教育领域。通过目前的研究来看，英国是首个将3D打印技术引入中职教育中的手工课堂的尝试者，但这种尝试只是停留在初级阶段，从其应用目的来分析，该项目的使用是为了提高学生的创意思维和动手能力。但3D打印技术带来的是对制造业的智能化转变，英国的研究还未触及3D打印技术带来的本质改变。 与欧美国家相比，我国是传统的制造业大国，3D打印技术不仅带来的是创意思维的改变，更是整个领域的颠覆。因此，3D打印在我国中职教育中的应用带来的是一场革命。教学是一个双向的过程――教师传播和学生接受，形成完整的教学链。教师处于知识传播的开端，3D打印技术给教师教学带来的冲击，不仅仅是教学辅助工具的更新，更是教学思维、教学方式、教学模式的改变。3D打印技术不只是一种技术，更是一种产业的革新，作为制造业人才培养起点的中职教学，更是应该适应这种变革，完成其自身的转变。

3D打印技术的应用为中职教师教学和中国制造业转型进行无缝接轨带来可能 随着3D打印技术的成熟，我国自主研发的3D打印设备已在我国20多个省市得到普遍推广，特别是激光快速成型技术已在沿海地区得到广泛应用。目前来看，3D打印技术和我国工业制造和消费品制造行业的融合正在逐步完成，3D打印对于老百姓来讲不再是一个陌生的名词，而是开始进入应用阶段。温家宝同志曾经指出：“中国特色的职业教育，必须服务于社会主义现代化建设，着力培养适应经济社会发展的高素质劳动者和技能型人才，必须满足城乡居民对职业教育的多样化需求，为他们的就业、创业和成才创造条件。”由此可以看出来，职业教育是为了满足我国市场经济发展的需要而贮备培养人才。因此，面临3D打印在我国带来的第三次工业革命浪潮，在中职教师教学中普及3D打印技术，有利于中职培养人才和我国制造业的无缝接轨，为我国制造业的顺利转型贮备好人才基础。

4 3D打印技术在中职教师教学应用中值得研究的范畴

3D打印技术在中职教学中应用带来的中职教师教学行为特征改变 3D打印技术在中职教学中的应用来源于两方面的需求：一方面是中国制造业的转型升级，需要适应新兴技术的人才；另一方面的需求则是3D打印技术自身的优势为教学效率的提高带来可能。因此，当3D打印应用在中职教学中，教师的教学方式应该遵循这两方面的需求进行调整和改变。

我国自主研发的3D打印技术，发端于高等院校的机械制造学科，与材料、制造、信息诸学科融合交叉，带有明显的学院派风格。我国3D打印技术的独特性带来的不仅仅是技术上的改变，更是中职教师教学思维和教学行为特征的改变，这些都对中职教师教学提出新的要求。3D打印技术要在职业教育中得到规范化的应用，必须确定自身独有的研究范畴，要对3D打印技术对中职教师教学内容、教学设计和教学方式等方面的影响进行深入研究。

3D打印技术在中职教师教学中应用现状分析和梳理 20世纪90年代，3D打印技术在我国的研究就已经开始，我国是世界上第三个可以自主研发增材制造的国家。到目前为止，我国已有中职院校开始开展3D打印技术的应用教学实践。其中青岛电子学校、山东凯文职业科技学院已经开始增设3D打印专业，天津职业大学成立了全国首个“全国职业院校增材制造技术应用中心”，广州市也已出台相关文件将3D打印列入教育的范畴。由此可以看出，3D打印在职业教育中将从实验阶段走向成熟的应用阶段。这些已有成功经验的中职院校所拥有的宝贵经验，可为中职教师在教学中正确应用3D打印技术提供宝贵的经验，避免一些不必要的资源、时间浪费。

因此，在中职教师的教学中正确使用3D打印技术，必须参考相应的文献资料和进行大量的实践调查，对20世纪90年代以来职业教育中应用3D打印技术的情况进行归纳和分析，从中发现中职教师应用3D打印技术所遇到的障碍和困难，并分析阻碍3D打印技术在中职教学中深入、持续应用的原因。只有明确了3D打印技术在职业教育中正确应用所遇到的真正问题，并正确借鉴了成功的经验，才能在教学中正确应用3D打印技术。

3D打印在中职教师教学中正确应用的规律研究 “增材制造技术涉及工业制造、生物医学制造、消费品制造、文化创意品制造和创新思维教育等十分广泛的应用领域，是一个必须在全社会普及的重要应用技术。”目前对3D打印技术的研究成果都属于高等教育，从高等教育到中职教育的应用，必定有一个艰苦的探索期。因此，现阶段中职教师对3D打印技术的认识存在三种情况：第一种情况是对3D打印技术了解不深入，无法完全发挥3D打印技术的优势和特征；第二种情况是对3D打印技术了解片面，在应用中存在错误使用的问题；第三种情况是对3D打印技术有一定的了解，但对职业教育和我国经济转型所面临的问题认识不清，在教育中存在滥用的问题。

上述三种情况使得3D打印技术无法在中职教师的教学中发挥出应有的作用，提高教学效率，为经济转型培养所需人才。因此，要在中职教师的教学中正确使用3D打印技术，必须进行大量的实践研究，在教学实践中总结出正确使用3D打印技术的规律，并在实践中运用科学的手段和方法进行验证，得到可行性的方案，为中职教师正确使用3D打印技术提供合理的建议。

5 3D打印技术在中职教师教学中正确应用的难点和重点

建立宏观的规划，分层普及3D打印技术在中职教师教学中的应用 我国中职教师，由于地域、专业、年龄、素质等各项因素处于多元化的状态，无法用统一的标准来进行衡量。因此，对中职教师的分层普及是一个难点和重点。

对中职教师的分层，首先需要从地域来进行区分。沿海地区的激光快速成型已经应用多年，而内地由于制造业不如沿海地区发达，接触到3D打印技术的机会较少。因此，根据地域制造业和3D打印技术融合的程度来进行分层是首先需要考虑的问题。

其次，需要从专业来进行区分。中职教育专业繁多，不同的专业对3D打印技术有不同的需求。比如与智能制造产业相关的专业，就需要教师教导学生精通并掌握3D打印技术；与传统制造业相关的专业，则需要3D打印技术作为教学辅助工具来提高课堂效率；正处于传统制造业向智能制造业转型的专业，则需要考虑到更为烦琐的因素。由此可知，根据专业进行分层是正确应用3D打印技术必须考虑的问题。

最后，需要从教师自身的素质出发来进行区分。中职教师对新兴技术的接受程度和能力是参差不齐的，而教师是知识传播的起点和传授者，如果不能融会贯通，会给教学带来极大的风险。因此，根据中职教师的素质进行分层是正确应用3D技术的保障。 整合各利益方资源，降低中职教师学习3D打印技术的门槛 从我国目前的研发状况来看，中职教师要熟练掌握3D打印技术，主要面临以下两个方面的困境。

第一个方面的困境是3D打印技术的核心力量掌握在大学的研发机构中，而我国的高等教育科研和职教应用还未形成完整的、良好的互动纽带。因此，如何突破核心技术的门槛，实现高等教育和中职教育的“双赢”发展，就成为一个难点。

第二个方面的困境是3D打印技术从技术研发到商业应用的转换环节掌握在制造业企业的手中，而职业教育和市场产业状况、企业需求间的无缝对接也或多或少地存在一些问题。因此，如何了解企业、市场的真实需求，正确评估市场对中职人才的需求，根据市场的要求去普及3D打印的教学，就成为另一个难点。

由此可以看出，3D打印技术的学习和应用普及涉及的利益方较为复杂。如何有效整合教学资源，在实现各个利益方共赢的基础上，构建成熟合理的中职教师学习和应用3D打印技术的路径，是提高中职教师应用3D技术效率和效益的难点。

6 结语

3D打印技术是一项新兴的技术，它在中职教师教学中的应用研究将会是“十三五”期间一个值得长期关注的问题。我国已经在应用自主研发的核心技术，应该以此为支撑，根据区域经济转型的特征，整合各利益方的资源，在中职教师中开展学习和应用3D打印技术的普及工程，从中揭示出3D打印技术在中职教学应用中面临的困难和挑战，并对3D打印技术在教学中应用的影响因素进行深入分析，最终探索正确应用和普及的方法和规律，从中概括出具有理论支持及应用价值的对策和建议，为中职教育的现代化发展提供一些有益的视角。

[1]黄卫东. 建设增材制造《30打印) 技术的科技、教育与产业发展的系统工程[J]. 70.