3D打印在高校創新創業實踐教學中的應用探究

摘" 要 在分析我國創新創業教育現存問題及3D打印技術應用在高校創新創業教育中的意義和作用的基礎上，構建基于3D打印的線上線下混合式創新創業實踐教學模式，將3D打印技術植入高校創新創業實踐教學中，以此培養學生的創新思維及創新實踐能力，推進高校創新創業實踐教學改革與創新發展。

關鍵詞 創新創業教育；實踐教學；3D打印；混合式教學模式

中圖分類號：G642.44" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）23-0037-03

0" 引言

國家的發展和強大離不開科技創新，大學生作為國家實施創新驅動發展戰略的重要載體和后備力量，切實增強其創新意識、創新精神，培養與提高其創新創業能力，是當前我國高等教育的重要任務。在“大眾創業，萬眾創新”的新時代背景下，高校開展創新創業教育是時代發展的必然要求，也是高等教育改革的必然趨勢。目前，各國普遍意識到創新創業教育在推動國家經濟發展中的重要作用。而高校是人才培養的重要基地，要培養適應社會發展需求的高素質應用型人才，提高國家和企業的核心競爭力。高校應如何培養出具備創新精神、創業意識和創新創業能力的適應創新發展需求的綜合型高素質人才？本文在分析我國創新創業教育現存問題的基礎上，以3D打印技術植入高校創新創業教育中為切入點，提出構建科學合理的基于3D打印的線上線下混合式創新創業實踐教學模式，期望對高校的創新創業實踐教學提供一定的借鑒和參考。

1" 我國創新創業教育存在的問題

雖然創新創業教育在國內已實踐多年，也取得長足發展，但仍然存在許多問題，主要表現在以下幾個方面[1-4]。

1.1" 創新創業教育課程設置存在問題

從已有研究來看，雖然很多高校已經開設創新創業類相關課程，并將其納入公共必修課和選修課中，但大多數仍停留在填鴨式的創業基礎類的理論知識講授和創新創業講座等方面，沒有科學整體地對創新創業教育教學進行規劃，更沒有統一的基礎課程設置和清晰的人才培養目標。不同的學校之間教學內容差異很大，缺少專職從事創新創業教育的教師；由于沒有統一的教材，不同教師講授的內容也存在很大的差別，因而在課程考核和教學評價上標準不一。

1.2" 創新創業教育形式、內容單一，重理論、輕實踐

當前創新創業教育的主要形式包括課堂講授、創新創業相關的講座、創業成功人士經驗分享交流、企業家報告等，教學內容較為單一，且內容上偏重于教材講解和案例分析，缺乏實踐教學，大部分學生沒有機會進行相關的實踐活動，導致實踐能力不足。這種教學模式極大地限制了學生的創新創業意識和探索精神，沒有有效地激發學生的學習興趣，無法培養學生的核心技能。現在已進入信息時代，灌輸式的以教為中心的知識傳授型教學方法已經不能滿足時代的需求，信息技術、移動互聯網、人工智能、VR/AR等新技術的發展也給創新創業教育帶來新的契機。

1.3" 創新創業實踐教學體系不完善

創新創業教育缺乏有效的實踐教學，存在理論與實踐脫節的現象，學生參與實踐的程度不足。目前，各高校的實踐教學體系的構建大多傾向于創業或者創業中的學生，學生的受眾面比較窄，而且參與的程度也不足。高校的創新創業實踐教學多是以計算機模擬創業活動、創新創業大賽、創新創業訓練計劃、創業項目孵化等形式進行的，缺少真正的實戰活動，況且一些學生參加創新創業大賽的目的是獲得證書，對創新創業本身并沒有很大的興趣。

1.4" 創新創業教育與專業教育融合度不足

一些高校所謂的專創融合僅停留在表面，只是在專業課程教學中加入創新與創業知識，沒有將創新創業教育中的思維方式、專業技能和實踐操作融入專業課堂教學，學生缺少創業能力培養和創業實務訓練，對學生創新實踐過程的學習也亟待加強。創業的核心是創新，而大學生應依托專業知識進行創新創業，因此，創新和創業意識的培養應與專業知識和專業技能的培養相結合，以此來提升學生的創新精神、創業意識和創新創業能力。

2" 3D打印技術在創新創業教育中的意義及應用

2.1" 3D打印技術簡介

3D打印也叫三維打印，是快速成形技術（RP）的一種，是以數字模型為基礎，以離散堆積原理為特征，把材料逐層堆積從而制造出實體物品的一種新興制造技術。與傳統的車、銑、刨、磨、鉗等減材制造技術相比，3D打印技術不僅設計、加工產品更加靈活，而且有利于與數字化智能制造相融合，在各行各業應用非常廣泛，創造了巨大的社會效益和經濟效益，同時在教育領域的應用也越來越普遍。隨著教育行業的不斷改革和發展，3D打印技術被逐漸應用于高校創新創業教育中，并且部分高校已開設與3D打印相關的課程和實踐培訓項目。它能將人們頭腦中的想法變為現實作品，而不受其復雜程度的限制，從而大大激發人的想象力和創造力，為高校的創新創業教育活動提供堅實的技術支撐。

2.2" 3D打印技術應用在創新創業教育中的意義

2.2.1" 3D打印技術成型速度快，可制造任意復雜形狀的產品，制造成本低、操作簡單的典型優勢可以為創新創業實踐中單件新產品的制造提供完美的解決方案" 各類創新創業競賽如“互聯網+”大學生創新創業大賽、創青春全國大學生創業大賽、全國大學生機械創新設計大賽、全國大學生工程訓練綜合能力競賽等，很多創新設計的執行部件都是具體的實體零件和產品，如智能分揀運輸機器人、自走式蔬菜采摘機等，設計出來之后都需要快速制造出來以驗證其功能和效果。并且這些產品都屬于單件或小批量生產，傳統的加工生產方式需要設計專門的工裝夾具或模具，生產成本高且周期長。3D打印可以很好地滿足這些需求，而且對產品的復雜程度也沒有限制，也不需要設計者具備機床加工等專業知識，只需要專注產品及其功能設計，不用受加工制造的約束，可以讓設計者盡情地發揮創造性思維，自由地設計，快速地制造，極大地解放了設計者的思想。

2.2.2" 3D打印技術與專業課程教學相結合，可以有效培養學生的專業技能，激發學生的創造性，促進專業教育與創新創業教育的進一步融合[5]" 通過3D打印技術制作產品，首先必須得到產品的三維數字模型文件，通常有兩種方式：一種是通過三維建模軟件如SolidWorks、Pro/E、NX、CATIA、MAYA等進行產品三維模型設計；另一種是利用三維掃描儀獲得實物的三維模型文件，然后轉換成3D打印機所支持的數據格式并導入3D打印機中，設置合適的打印參數進而打印出實體模型。在這個過程中，模型的建立很關鍵。

建模技術是很多專業的學生應必備的一項技能，如機械設計類專業、工業設計專業、建筑及動畫制作類專業等。三維建模軟件的學習過程相對枯燥且比較復雜，學生如果沒有扎實掌握這項技能，便很難將自己的想法及創意表達出來。將3D打印技術植入相關課程教學中，一方面可以讓學生將自己設計的三維模型通過3D打印機變成實體物品，當學生看到自己精心設計的模型變成實物展示在眼前時，既可以快速發現模型設計是否存在問題，還可以在內心獲得一種很強的成就感，從而激勵自己更主動地去學好相關專業技能；另一方面可以很好地培養學生的創新與實踐能力，使得學生在進行創新創業活動時充分發揮自身的創造性。以機械原理課程為例，將3D打印技術植入日常的課程教學中，讓學生利用3D打印技術設計制作一些機械結構，可以有效提高學生的學習興趣，在整個學習過程中，學生不僅可以掌握3D打印技術的工作原理和操作方法，具備過硬的實踐技能，而且專業知識非常扎實，在進行創新創業活動時就可以設計出更好的創意及產品。

2.3" 3D打印技術在創新創業教育中的應用

2.3.1" 將3D打印技術植入高校創新創業教育中，可有效對學生進行創新思維及創業實踐訓練" 主要體現在成立以學生為主體的3D打印創客空間、專業社團、興趣小組等，利用3D打印技術從事個性化產品設計制作、模具設計制作以及開發3D打印產品等，讓學生將所學的理論知識與實踐有機結合，在體驗中進行學習、探究，激發學生的創新創業熱情，增強教學效果。學生可以利用3D打印技術制作創業產品原型。利用3D打印技術將創業項目的產品以實體展示的同時，還可以對產品的內部構造及結構進行合理設計及優化，對一些不需要拆裝的產品可以設計成一體式的，既可以滿足市場需求，又可以有效降低創業成本，還可以在項目介紹時增強說服力，讓投資者對項目有更詳細的了解，從而增大項目的存活機會。

2.3.2" 學生可以利用3D打印技術開發個性化產品" 隨

著經濟的發展，人們的生活水平也在不斷提高，追求個性化產品已成為一種消費時尚。如對衣服、鞋帽、裝飾品等，人們要求能夠按照自己喜歡的樣式、風格進行生產，但是傳統的生產方式很難滿足要求，而3D打印技術可以最大限度地滿足人們的需求。學生創業團隊可以通過3D打印專業社團，向社會提供3D打印服務或訂制服務，還可以通過對市場的觀察，創建各式各樣的實用物品，如手機支架、杯托、燈罩、居家裝飾品等，為少兒設計制作個性化玩具或教具模型等。學生還可以申請網店或建設網站，把開發的產品在網上展銷，并以此為平臺與社會溝通，既可以進一步了解市場，也可以接受訂制或打印服務。

3" 基于3D打印的線上線下混合式創新創業實踐教學模式

近些年來，各高校相繼開設與創新創業教育相關的課程，并不斷創新該類課程的教學模式。三峽大學積極順應時代潮流，利用線上線下混合式教學模式來改革創新創業教育教學，通過線上進行創業基礎類的培訓學習，線下與3D打印技術相結合進行創新創業實踐鍛煉來提高教學質量，提升學生學習效率，促進創新創業課程與專業課程的融合。基于3D打印的創新創業實踐教學，以學生為主體，通過以典型的產品研發任務為導向，引導學生通過頭腦風暴、啟發式與探究式學習等方式進行創新思維訓練，促使學生組建團隊以分工協作來進行設計、研發、制作、營銷等新產品開發的一系列流程，實現學生由被動學習變為主動學習，以此對學生進行創新思維訓練和創業實踐訓練，同時可以有效培養學生的職業技能和職業精神。

根據課程目標和教學大綱，第一階段主要是基礎理論知識的學習。學生在互聯網平臺學習創業基礎、創新理論、3D打印技術、產品開發管理、產品推廣營銷等理論知識，線上學習三維建模，并在線進行互動交流，提高學習興趣。

第二階段主要是3D打印設備實操訓練。學生在線下教室學習3D打印機的相關操作及流程，主要包括數據處理方法、3D打印軟件的使用及打印設備的使用步驟和操作流程。

第三階段是基礎性典型產品的創新設計及實踐。教師線下向學生提出創新設計任務和相關的產品案例，并用具體的案例介紹產品創新設計的要求及整個創新實踐活動需要完成的各項工作、報告及各自的完成時間、成果提交方式、最終的課程評價標準以及在進行整個創新實踐活動過程中學生可以用的一些相關資源等。然后，教師發布創新產品研發任務書，學生自行組建團隊并根據項目任務書制訂產品的創新方案，并進行市場調研和最終的方案設計，進行創新產品的詳細設計，再將所設計的創新產品利用3D打印機等設備制作出來，并進行創新產品的營銷推廣，撰寫項目報告及分享小組的經驗。最后，相關責任教師進行點評和總結。整個過程通過線上+線下完成。

第四階段是綜合性典型產品的創新設計及實踐。教師提供多套產品研發項目任務書，學生團隊自由選擇，也可自行設計項目任務書提交教師審核通過后方可使用。學生利用所學專業知識和實踐技能創新性地進行產品設計，并用3D打印機等設備完成創新產品的制作，進行創新產品的推廣，撰寫項目報告，以實物路演及現場答辯的方式匯報本團隊項目的具體實施情況。最后，相關責任教師進行總結。整個過程通過線上+線下完成。這樣可以進一步訓練學生的創新思維和創業實踐能力，提升學生的專業創新能力和解決實際問題的能力，促進專業理論知識和創新創業實踐教育的融合。

4" 結束語

將3D打印技術融入高校創新創業教育實踐教學中，采用線上線下混合式教學模式，以具體的問題和項目為載體，通過解決問題和設計制造產品來完成一系列跨學科知識的學習和應用，能夠很好地鍛煉學生的團隊協作能力、創新思維及創業實踐能力。3D打印作為一種新興的制造技術，對培養大學生創新思維及創業實踐能力以及促進高校創新創業教育的創新與改革具有重要的意義。

參考文獻

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[5]周達，黃彬彬.3D打印技術在高校創新創業教育中的應用[J].科技創新導報，2017（35）：243，245.

*項目來源：三峽大學2020年高教研究項目“線上線下混合式創新創業實踐教學探究”（項目編號：GJ2024）。

作者：李梅、余竹瑪、金俊，三峽大學大學生素質教育中心（創新創業教育學院），實驗師，研究方向為機械設計與制造、創新創業教育等（443002）。