介于3D打印技術與產品設計專業教學之間的技能型知識結構模型設計

李曉輝 張春慶

（蘭州財經大學隴橋學院，甘肅 蘭州 730101）

2015年8 月，國務院印發了《中國制造2025》[1]，這份被認為是中國“工業4.0”的發展綱要多達六次提及以制造業和新興技術為代表的3D打印技術，這不僅是國家戰略，更是對我國制造業新形勢下面臨的機遇與挑戰的思考。3D打印技術的研發與應用離不開高新技術人才的培養與助推，人力資源對這一關進技術的支撐作用顯而易見。分析3D打印的屬性及其涉及的知識領域，其與產品設計專業教學內容高度相關，且技術行為相融。特別是2011年設計學升格為一級學科之后，產品設計（專業代碼130504）成為獨立的本科專業，研究的內容更加具體和突出。產品設計專業人才培養不僅要求掌握工業設計的一般性知識，更要求掌握藝術設計的視覺審美與效果呈現的基本技能。產品設計不僅包括了制作工藝，還包括材料科學與機械構造的知識單元，其與3D打印技術密切相關。如圖1所示，全球首家3D打印的別墅落戶蘇州工業園區，材料和工藝都基于3D打印，外墻的水泥機理自然而富有生態感。3D打印技術介入產品設計人才培養，使兩者的融合與創新應運而生，也使產品設計專業人才培養的內涵有了技術支撐。

圖1 國內某企業首創的3D打印別墅落戶蘇州工業園區

1 3D打印技術的介入提升了產品設計專業教學的技術內涵

作為先進生產力的代表，3D打印技術對于以技術制造為特征、設計創新應用為代表的技能型人才培養構成了巨大挑戰和機遇，應用型本科院校不斷展開人才培養與技術融合的新工科人才培養路徑的探索，為產品設計專業“藝工結合”的人才培養模式開啟了新的領域。3D打印技術介入產品設計專業教學的行為，提升了專業人才培養的技術性特點，強化了人才培養的技術要求，突出了專業人才的技術應用價值，開拓了研究視域。這種以技術為支撐的全方位匹配的人才培養體系設計對高新技術介入本科人才培養有一定的示范價值。

2 介于3D打印技術與產品設計專業之間的教學模型設計

融合3D打印技術與產品設計專業教學的模型設計需要有知識內容的奠基作用，需要有工程實訓作為專業素養拓展以及技術提升的渠道，需要有校企合作作為技術共享和驗證的平臺；作為突破的路徑，需要有創新創業作為引領示范，需要建立高新技術產業聯盟作為技術革新的前沿技術引導。3D打印技術除了直接應用于高等教育教學之外，還帶來教學方式、教學內容、教學模式等方面的創新[2]，教學模型設計使技術優勢轉化為生產力有了依托。

3D打印技術與產品設計專業之間的技能型知識結構模型涉及課程體系改革、工程實訓（實踐）與項目化實戰、校企合作聯合培養、創新創業與職業技能訓練、建立3D打印高新技術產業聯盟等五個獨立單元以及相互聯系的模塊設計。

2.1 優化課程體系設計，突出高新技術人才培養特點

3D打印高新技術技能型人才的培養需要以培養方案為切入點，優化3D打印的課程體系與關聯課程的順序；實訓環節設計中，結合大學生創新創業訓練、項目化實戰、3D打印信息化平臺、創客平臺等，以人才培養規范的形式科學設立綜合素質拓展與提升的學分模塊；結合《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》（2016版），優化課程設置的模塊與課時量分配，特別是理論與實訓課時分配；在課程實踐和實訓環節設計中融合職業環境體驗、項目教學實訓、實驗室教學等于一體，強化實訓的“地氣”；在評價單元中可以采用更加優化的評價體系，將人才的職業能力作為主要的考核對象，鼓勵人才在校期間的創新意識和創新能力。

圖2 3D打印技術與產品設計專業之間的技能型知識結構模型

2.2 工程實訓（實踐）與項目化實戰結合

工程實踐與項目化實戰是解決人才培養中缺乏實踐能力的重要手段。通過師生共同參與并完成一個實訓項目或橫向課題，在此過程中學生掌握必備的專業技能，并以情景化、職業化的角色進入到整個項目設計與應用當中去，達到提升實訓效果的目的。參加項目化實戰是人才實踐能力提升的重要途徑，每年的大學生產品設計大賽、工程訓練競賽、產品創新與快速成型大賽、大學生創新實踐等都設置了3D打印環節[3]，是項目化實戰的重要機遇，通過參與競賽項目，提升設計成果的水平與轉化的能力，為后期專業學習與技能訓練發揮了很好導向作用。

2.3 校企合作聯合培養

受制于3D打印高新技術迭代參與的主體性影響，新技術基本都掌握在校外的企業和科研院所手中，而學校對于新技術的吸收和消化需要一個過程，特別是技術壁壘與技術革新的排他性，學校對技術的引進和吸收相對滯后。新技術的探索是學校和企業在知識更新層面與實踐中雙向反饋、合作共贏的一個工作，知識體系有需要通過實踐驗證的需要，在這個過程中，校企合作聯合培養能有效提高學生解決工程問題的能力，縮短理論教學與實踐之間的差距，為復合型人才的培養夯實基礎[4]；同時，高校高新技術人才的培養以及向企業的輸送，亦可以為企業的發展注入新的活力和動力，達到雙方雙贏的目的。在這一方面，國內院校注重校企聯合建立3D打印學院并開展人才培養。如湖南工業職業技術學院依托省級精品專業，強化校企合作，共建國家級科創平臺，對提升人才培養的內涵與質量邁出重要一步，也做好了高質量技術型人才輸出的準備。

2.4 創新創業與職業技能訓練

創新創業與職業技能訓練的最終目的是為學生的成功創業與就業提供技術和能力支持。在此過程中，創新創業與職業技能訓練能夠拓寬學生的知識視野，為學生思維的轉變、理論認識的提高以及角色的轉變和互換打下扎實的基礎。創客空間對激發學生創新創業意識和能力訓練意義重大，學生完成競賽后，鼓勵學生將成果轉化為創業構想，通過申報專利、參加創業競賽、注冊公司等方式，增強學生知識轉化能力[5]。以3D打印為創客平臺構建起充滿活力的創客空間，以激發學生的創新思維，培養創造能力以及協同合作能力為主要的突破口[2]。3D打印進入創新創業與職業技能訓練是一項非常具體和操作性強的工作，能夠從學生的職業技能提升、職業素養培育以及實踐應用能力方面打開一個缺口，為技術型人才的培養奠定扎實的基礎。隨著技術進步，3D打印技術創客在國外高等教育領域已經成為創新型復合人才培養的加速器[6]。

由圖3可見，融合課程學習與創新創業實踐的3D打印創客平臺管理體系，集成了總體方案設計、技能學習、構建共贏平臺、創新創業及示范應用，對每個模塊都進行了規范性的要求，并導入3D打印技術以及入駐孵化制度，集合平臺建設、資源建設、高新技術融合以及成果轉移與效果評估和反饋體系設計，四個階段綜合構成了完整的平臺管理體系，內容完善且實施度較高。

圖3 融合課程學習與創新創業實踐的3D打印創客平臺管理體系

2.5 建立3D打印高新技術產業聯盟，強化資源共享與技術革新

當前，高校對于高新技術革新所做出的反應比較“遲鈍”是不爭的事實。構建以“技術應用中心+戰略合作企業聯盟”為核心的育人平臺是目前職業院校3D打印技術人才培養的典型手法[7]。區域內建立3D打印高新技術產業聯盟，并吸收高等院校的加入，最大的優勢在于實現信息和技術的共享，同時，高校對于技術革新也能從根本上做出及時反饋，并觸發人才培養的連鎖效應；高等院校高新技術人才的培養，對于產業聯盟技術革新也可起到人才助推作用，在這個過程中建立的包含學校、學生、企業的資源共享平臺對于三者利益的優化和配置，對強化人才助力技術革新大有裨益。不管是對高技能人才培養的激勵機制，還是對職業院校的激勵機制，抑或是對企業的激勵機制，市場需求是落腳點[8]。高新技術技能型人才的培養往往由于培養周期長、培養標準高以及人才自身的流動性較大，因此具有較高的技能投資風險[8]。考慮到這一現實，通過產業聯盟建立行業約束機制勢在必行，這也是聯盟建立的制度保障。高新技術產業聯盟的建立使高校有了接觸最新技術的機會，而高等院校高新技術人才的培養對企業發展也起到人才支撐作用，這種雙向的促發力進一步加快了3D打印技術的革新速度。

3 結論與展望

高等院校3D打印高新技術人才的培養不僅要有科學嚴格的教學、訓練體系，更要有創新創業項目孵化、創客引領作為突破。校企合作聯合培養使人才朝著接地氣和有活力的方向發展，建立3D打印高新技術產業聯盟，強化資源共享與技術革新，使人才創新具有了內生動力與促發力。這種全方位融合3D打印技術與產品設計專業人才培養的結構性模型設計與模塊優化，對高新技術技能型人才培養的實踐意義深遠。