3D打印技術在中職教師教學中的應用研究*

◆朱 姝 趙劍東

3D打印技術在中職教師教學中的應用研究*

◆朱 姝 趙劍東

中職院校作為培養適應經濟社會發展的高素質勞動者和技能型人才的基地，必須迅速轉換觀點，普及應用3D打印技術。中職教師作為傳授知識的主體，需要掌握正確應用3D打印技術的規律，在教學中正確應用3D打印技術，才能有效提高教學效率。

3D打印技術；中職教師；傳統制造業

1 前言

3D打印是一種快速成型技術，它以數字模型為基礎，運用可粘合性材料，通過逐層打印的方式來塑造物體。與傳統制造技術相比，其最大的區別在于增材制造。目前3D打印技術正從概念走向實踐階段，點燃了全球第三次工業革命的導火索。為了落實國務院發展戰略性新興產業的部署，我國制訂了《國家增材制造產業發展推進計劃（2015—2016年）》，其中明確指出：“我國加快轉變經濟發展方式和產業提質增效升級，亟需采用包括增材制造技術在內的先進技術改造提升傳統產業。不斷釋放的市場需求將為增材制造技術帶來難得的發展機遇和發展空間。”

中職教育作為為中國制造業培養技術人才和管理人才的搖籃，3D打印技術在中職教育中的應用有著非常廣泛的市場和前景。

2 3D打印技術的獨特性

3D打印采用加法制造，可實現智能化設計 3D打印技術的完整流程為：在電腦中設計3D文件，生成CAD模型，然后通過數據處理過程，得到層片信息，接著工藝規劃層片加工實現物理堆積過程，最終經過后期的處理，得到3D打印物體。這種離散—堆積原理和制造流程，將復雜的作業流程轉換為數字化文件控制，實現了復雜工藝和加工技能的智能化控制與處理，不僅降低了制造業的技術難度，而且賦予了創作者實現其創新的可能性。比如歐美國家就率先嘗試使用3D打印技術的智能化設計功能打印小型無人飛機、小型汽車和家用器具模型。甚至，在互聯網飛速發展的情況下，已有探索者將網絡的數據下載、電子商務的個性化制造和3D打印技術智能設計功能結合起來，進行一些個性化的定制。因此，3D打印技術在工業制造領域、文化創意和娛樂業、航空航天、國防軍工、生物醫療等行業帶來了新的創造力。

中職教育作為特殊的教育類型，3D打印技術的智能化設計功能不僅可帶來中等職業技術院校教學方式和教學模式的改變，也會帶來職業教育內涵的深刻調整，是一個值得思考和研究的新課題。

3D打印的累計成形特點，可實現腦力密集化生產 3D打印技術的關鍵技術為離散過程——工藝規劃——堆積過程，其打印的物體幾乎可以不受到結構復雜程度的限制，只要實現了智能化設計和材料的合理粘合，最終就可以實現產品的個性化定制。對某些行業而言，其產品的制造就突破了強度、精度等問題的限制，為智能制造提供了可能性，這就為制造業的改變帶來無限的可能性。

以往制造業屬于勞動密集型行業，企業多開設在人力成本低廉的發展中國家，設計和生產線之間的距離遙遠。這樣的長期發展，使得發展中國家不僅生態資源遭到破壞，而且設計受制于發達國家，無法實現經濟的轉型，使國家走上健康的發展道路。3D打印技術的出現，為制造業從勞動密集型行業轉變為腦力密集型行業提供了可能，設計線和生產線可以合二為一，一旦設計完成即可生產，可根據市場的需要打印出產品。3D打印技術為發展中國家制造業的智能化轉型提供了一條可行的道路。

我國作為制造業大國，大部分制造企業都屬于勞動密集型行業，中職教育培養出來的技術人才都是為勞動密集型制造業服務。3D打印技術的出現，為中職教育提出一個值得思考的問題，那就是如何通過教學和學科的轉型，來適應新的形勢的發展。

3 3D打印技術在中職教師教學中應用的價值

3D打印技術的應用為中職教師教學方式的轉變帶來可能 3D打印技術在教育領域中的應用已得到研究者的廣泛關注，在歐美國家已經將3D打印技術引入基礎教育、高等教育和職業教育領域。通過目前的研究來看，英國是首個將3D打印技術引入中職教育中的手工課堂的嘗試者，但這種嘗試只是停留在初級階段，從其應用目的來分析，該項目的使用是為了提高學生的創意思維和動手能力。但3D打印技術帶來的是對制造業的智能化轉變，英國的研究還未觸及3D打印技術帶來的本質改變。

與歐美國家相比，我國是傳統的制造業大國，3D打印技術不僅帶來的是創意思維的改變，更是整個領域的顛覆。因此，3D打印在我國中職教育中的應用帶來的是一場革命。教學是一個雙向的過程——教師傳播和學生接受，形成完整的教學鏈。教師處于知識傳播的開端，3D打印技術給教師教學帶來的沖擊，不僅僅是教學輔助工具的更新，更是教學思維、教學方式、教學模式的改變。3D打印技術不只是一種技術，更是一種產業的革新，作為制造業人才培養起點的中職教學，更是應該適應這種變革，完成其自身的轉變。

3D打印技術的應用為中職教師教學和中國制造業轉型進行無縫接軌帶來可能 隨著3D打印技術的成熟，我國自主研發的3D打印設備已在我國20多個省市得到普遍推廣，特別是激光快速成型技術已在沿海地區得到廣泛應用。目前來看，3D打印技術和我國工業制造和消費品制造行業的融合正在逐步完成，3D打印對于老百姓來講不再是一個陌生的名詞，而是開始進入應用階段。溫家寶同志曾經指出：“中國特色的職業教育，必須服務于社會主義現代化建設，著力培養適應經濟社會發展的高素質勞動者和技能型人才，必須滿足城鄉居民對職業教育的多樣化需求，為他們的就業、創業和成才創造條件。”由此可以看出來，職業教育是為了滿足我國市場經濟發展的需要而貯備培養人才。因此，面臨3D打印在我國帶來的第三次工業革命浪潮，在中職教師教學中普及3D打印技術，有利于中職培養人才和我國制造業的無縫接軌，為我國制造業的順利轉型貯備好人才基礎。

4 3D打印技術在中職教師教學應用中值得研究的范疇

3D打印技術在中職教學中應用帶來的中職教師教學行為特征改變 3D打印技術在中職教學中的應用來源于兩方面的需求：一方面是中國制造業的轉型升級，需要適應新興技術的人才；另一方面的需求則是3D打印技術自身的優勢為教學效率的提高帶來可能。因此，當3D打印應用在中職教學中，教師的教學方式應該遵循這兩方面的需求進行調整和改變。

我國自主研發的3D打印技術，發端于高等院校的機械制造學科，與材料、制造、信息諸學科融合交叉，帶有明顯的學院派風格。我國3D打印技術的獨特性帶來的不僅僅是技術上的改變，更是中職教師教學思維和教學行為特征的改變，這些都對中職教師教學提出新的要求。3D打印技術要在職業教育中得到規范化的應用，必須確定自身獨有的研究范疇，要對3D打印技術對中職教師教學內容、教學設計和教學方式等方面的影響進行深入研究。

3D打印技術在中職教師教學中應用現狀分析和梳理20世紀90年代，3D打印技術在我國的研究就已經開始，我國是世界上第三個可以自主研發增材制造的國家。到目前為止，我國已有中職院校開始開展3D打印技術的應用教學實踐。其中青島電子學校、山東凱文職業科技學院已經開始增設3D打印專業，天津職業大學成立了全國首個“全國職業院校增材制造技術應用中心”，廣州市也已出臺相關文件將3D打印列入教育的范疇。由此可以看出，3D打印在職業教育中將從實驗階段走向成熟的應用階段。這些已有成功經驗的中職院校所擁有的寶貴經驗，可為中職教師在教學中正確應用3D打印技術提供寶貴的經驗，避免一些不必要的資源、時間浪費。

因此，在中職教師的教學中正確使用3D打印技術，必須參考相應的文獻資料和進行大量的實踐調查，對20世紀90年代以來職業教育中應用3D打印技術的情況進行歸納和分析，從中發現中職教師應用3D打印技術所遇到的障礙和困難，并分析阻礙3D打印技術在中職教學中深入、持續應用的原因。只有明確了3D打印技術在職業教育中正確應用所遇到的真正問題，并正確借鑒了成功的經驗，才能在教學中正確應用3D打印技術。

3D打印在中職教師教學中正確應用的規律研究 “增材制造技術涉及工業制造、生物醫學制造、消費品制造、文化創意品制造和創新思維教育等十分廣泛的應用領域，是一個必須在全社會普及的重要應用技術。”目前對3D打印技術的研究成果都屬于高等教育，從高等教育到中職教育的應用，必定有一個艱苦的探索期。因此，現階段中職教師對3D打印技術的認識存在三種情況：第一種情況是對3D打印技術了解不深入，無法完全發揮3D打印技術的優勢和特征；第二種情況是對3D打印技術了解片面，在應用中存在錯誤使用的問題；第三種情況是對3D打印技術有一定的了解，但對職業教育和我國經濟轉型所面臨的問題認識不清，在教育中存在濫用的問題。

上述三種情況使得3D打印技術無法在中職教師的教學中發揮出應有的作用，提高教學效率，為經濟轉型培養所需人才。因此，要在中職教師的教學中正確使用3D打印技術，必須進行大量的實踐研究，在教學實踐中總結出正確使用3D打印技術的規律，并在實踐中運用科學的手段和方法進行驗證，得到可行性的方案，為中職教師正確使用3D打印技術提供合理的建議。

5 3D打印技術在中職教師教學中正確應用的難點和重點

建立宏觀的規劃，分層普及3D打印技術在中職教師教學中的應用 我國中職教師，由于地域、專業、年齡、素質等各項因素處于多元化的狀態，無法用統一的標準來進行衡量。因此，對中職教師的分層普及是一個難點和重點。

對中職教師的分層，首先需要從地域來進行區分。沿海地區的激光快速成型已經應用多年，而內地由于制造業不如沿海地區發達，接觸到3D打印技術的機會較少。因此，根據地域制造業和3D打印技術融合的程度來進行分層是首先需要考慮的問題。

其次，需要從專業來進行區分。中職教育專業繁多，不同的專業對3D打印技術有不同的需求。比如與智能制造產業相關的專業，就需要教師教導學生精通并掌握3D打印技術；與傳統制造業相關的專業，則需要3D打印技術作為教學輔助工具來提高課堂效率；正處于傳統制造業向智能制造業轉型的專業，則需要考慮到更為煩瑣的因素。由此可知，根據專業進行分層是正確應用3D打印技術必須考慮的問題。

最后，需要從教師自身的素質出發來進行區分。中職教師對新興技術的接受程度和能力是參差不齊的，而教師是知識傳播的起點和傳授者，如果不能融會貫通，會給教學帶來極大的風險。因此，根據中職教師的素質進行分層是正確應用3D技術的保障。

整合各利益方資源，降低中職教師學習3D打印技術的門檻 從我國目前的研發狀況來看，中職教師要熟練掌握3D打印技術，主要面臨以下兩個方面的困境。

第一個方面的困境是3D打印技術的核心力量掌握在大學的研發機構中，而我國的高等教育科研和職教應用還未形成完整的、良好的互動紐帶。因此，如何突破核心技術的門檻，實現高等教育和中職教育的“雙贏”發展，就成為一個難點。

第二個方面的困境是3D打印技術從技術研發到商業應用的轉換環節掌握在制造業企業的手中，而職業教育和市場產業狀況、企業需求間的無縫對接也或多或少地存在一些問題。因此，如何了解企業、市場的真實需求，正確評估市場對中職人才的需求，根據市場的要求去普及3D打印的教學，就成為另一個難點。

由此可以看出，3D打印技術的學習和應用普及涉及的利益方較為復雜。如何有效整合教學資源，在實現各個利益方共贏的基礎上，構建成熟合理的中職教師學習和應用3D打印技術的路徑，是提高中職教師應用3D技術效率和效益的難點。

6 結語

3D打印技術是一項新興的技術，它在中職教師教學中的應用研究將會是“十三五”期間一個值得長期關注的問題。我國已經在應用自主研發的核心技術，應該以此為支撐，根據區域經濟轉型的特征，整合各利益方的資源，在中職教師中開展學習和應用3D打印技術的普及工程，從中揭示出3D打印技術在中職教學應用中面臨的困難和挑戰，并對3D打印技術在教學中應用的影響因素進行深入分析，最終探索正確應用和普及的方法和規律，從中概括出具有理論支持及應用價值的對策和建議，為中職教育的現代化發展提供一些有益的視角。■

［1］溫家寶.大力發展中國特色的職業教育∶溫家寶總理在全國職業教育工作會議上的講話［EB/OL］.［2005-11-07］. http://www.huaxia.com/xw/zdxw/gcdt/2005/00386849.html.

［2］黃衛東.建設增材制造（3D打印）技術的科技、教育與產業發展的系統工程［J］.改革與開放，2014（15）∶7-10，70.

［3］王萍.3D打印及其教育應用初探［J］.中國遠程教育，2013（8）∶83-87，120.

［4］王忠宏.中國3D打印產業的現狀及發展思路［J］.經濟縱橫，2013（1）∶90-93，150.

Research of 3D Printing Technology Applied in Secondary Voca-tional Teachers’ Teaching

ZHU Shu， ZHAO Jiandong

Vocational schools as a base training high-quality workers and skilled personnel adapt to the economic and social development，must quickly transformation point of view， to popularize and apply 3D printing technology in the education. Teachers in the vocational schools as the main body to impart knowledge must master the law of the correct application of 3D printing technology.when teacher applicate of 3D printing technology in the teaching， the teaching effi ciency can improve.

3D printing technology； teachers of the secondary vocational school； traditional manufacture industry

G652

B

1671-489X（2016）10-0039-03

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.10.039

*基金來源：本文受廣東省教育廳特色創新項目（2014WTSCX078）資助。

作者：朱姝，廣東技術師范學院教育技術與傳播學院講師，研究方向為廣播電視藝術；趙劍東，廣東技術師范學院教育技術與傳播學院副教授，研究方向為計算機（510665）。