教育成為3D打印新藍海

文/周路菡

教育成為3D打印新藍海

文/周路菡

在學校、學生創(chuàng)客的帶動下，教育領域正在成為3D打印機發(fā)展的新“藍?！保姸啻蛴C廠商也在源源不斷的商機中尋找新的商業(yè)模式

作為全球最受關注的產業(yè)技術之一，3D打印被譽為引領第三次工業(yè)革命最具標志性的生產工具。目前3D打印正在進入一個全新的發(fā)展階段，在教育行業(yè)也產生了巨大的影響。其在塑造新一次工業(yè)革命與工業(yè)文明的同時，也正成為一種新的教育方式。3D打印在激發(fā)學生的探索興趣和創(chuàng)造熱情，帶動教育創(chuàng)新，激發(fā)想象力與創(chuàng)造力，開拓創(chuàng)新思維等方面有著重要的作用。目前，3D打印技術正在大面積走進中國的大中小學課堂，并開始對現有教學產生深刻影響。在學校、學生創(chuàng)客的帶動下，教育領域正在成為3D打印機發(fā)展的新“藍海”，眾多打印機廠商也在源源不斷的商機中尋找新的商業(yè)模式。

3D打印開始在校園進行普及

如果說有一種技術的誕生會讓某國的教育體系的教育方向和標準發(fā)生改變，并且說這種技術還能成為多種學科中重要的教學方法，還成為了提升學生的創(chuàng)造力的重要途徑，你會不會感到好奇，到底這是一種什么技術？

對，這就是3D打印技術。近日來，國內外學校應用3D打印機教學的新聞已經成為媒體報道的重點。

比如在美國，目前幾乎所有的大中小學都開設了3D打印的課程。美國政府旨在通過對青少年進行3D打印創(chuàng)新意識、技術手段的培養(yǎng)，讓3D打印成為“美國智造”的有力手段，并成為中美制造業(yè)競爭的重要砝碼。美國新媒體聯(lián)盟（NMC）在《地平線報告2013年（基礎教育版）》中也指出，未來4-5年，3D打印技術將成為主流趨勢，大面積走進中小學課堂，對現有教學產生深刻影響。

受到美國教育體系中大規(guī)模推廣3D打印課程的影響，英國、法國、德國、以色列、印度等國家也開始在教育系統(tǒng)中推廣3D打印課程，而這類科技教育學科在以色列、德國等國家已做得相當不錯。

我國教育部也快速展開了對3D打印在教育教學中的調研。隨后，教育部教育裝備研究與發(fā)展中心（該中心是我國教育部直屬、具有獨立法人資格的科研事業(yè)單位）在2014年12月，召開了“中國系統(tǒng)仿真學會3D教育與裝備專業(yè)委員會”成立大會。

據悉，該專委會成立的目的是著力系統(tǒng)解決我國3D教育領域目前存在的一些問題，營造3D教育良好的學術氛圍，打造3D教育良好的生態(tài)圈，制定我國3D教育裝備的行業(yè)標準，引領我國3D教育健康有序的發(fā)展。筆者了解到，目前該中心已經在一層展廳里擺滿了3D打印的各種機器及打印出的豐富多彩的樣品。從2015年開春到現在，這里成為接待來自全國各地的老師和同學們參觀體驗3D打印教學應用的重要場所。在這里，學生不但現場可以看到3D打印的全過程，還可為自己打印出各種各樣的有趣作品。

此后，關于3D打印在教學中應用的新聞就不絕于耳。尤其是城市的重點學校，紛紛將3D打印作為學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要工作。比如在北京、南京、青島、新疆等地的部分小學，已開展了3D打印的課程或社團活動。

從2015年6月開始，北京在16個區(qū)縣選取50所中學，每所學校由企業(yè)贈送3至5臺3D打印機，建設50個“3D打印培育工程”實驗基地。據悉，“3D打印培育工程”由北京市關工委、北京市教委、中關村管委會聯(lián)合開展并啟動。相關人員表示，開展“3D打印培育工程”就是要讓3D技術走進校園，提高學生的空間想象力和動手能力，為培育我國3D打印技術人才打下良好基礎。

北京市東城區(qū)共為燈市口小學、體育館路小學、24中、50中學分校等17所學校配備了3D打印設備。相關教師定期到專業(yè)技術公司進行培訓，并開始自編教材。其中24中向東城區(qū)教委申請引進了6臺3D打印機，本學期起在高一年級通用技術課中開設3D打印課，每周一次。如今，學生們已熟練掌握了從設計到打印的全套流程，打出了手機殼、蝸牛擺件、鏤空筆筒等多個成品，均是用塑料與膠融化以后打印凝結成的。據了解，打印一個直徑5厘米、高5厘米的迷你筆筒，大約需要兩個小時。

而在深圳，去年12月深圳南山區(qū)蛇口學校、南山第二外國語學校、福田竹園小學、福田梅山小學等9所學校也成為深圳首批3D打印進校園的試點學校，并在南山區(qū)蛇口學校建立了3D打印創(chuàng)新坊，深圳市智慧校園設備有限公司和中科三維向首批試點學校捐贈了3D打印機，開始培養(yǎng)小學生成為“小創(chuàng)客”。對于深圳不少學校嘗試將3D打印引進學?；蛘n堂，深圳的教師也給予充分肯定，因為他們發(fā)現，將生活、創(chuàng)意融入3D打印信息技術教育當中，確實激發(fā)了學生對科技的熱情和培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力。

3D打印作為“具有革命意義的新技術”，在國內外已作為學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要工作，并在校園開始普及。很多小學開始在新的技術革命下大膽創(chuàng)新，嘗試開設3D打印課程，豐富小學階段信息技術學科的內容。

那么，是什么原因讓3D打印技術不斷進入基礎教育中來呢？

為教育開啟全新方向

3D打印技術正為教育的發(fā)展開啟一個新的方向，許多教育機構、組織和企業(yè)也在探索如何將3D打印技術應用到更廣泛的教育、教學中。那么，3D打印技術對于教育和教學到底有哪些幫助和提升呢，以下是來自一線老師和專家的的意見：

——學生在學習的過程中不僅可以體會到新技術帶來的便利性，而且還可以提高他們的創(chuàng)新性，促進他們學習的積極性，從文字到實體，學生體會到了制造的樂趣，學生愛學，老師愛教。

——3D打印對課程教學的幫助不言而喻。學生注意力大大提高，英國著名教師戴夫懷特曾經說過：如果你能抓住學生的想象力，你就能抓住他們的注意力。

——對高中及大學生來說，3D打印機可以幫助高學生更快地了解一些及其復雜的場景。特別是在產品設計、工程和其他解決問題的行業(yè)中，通過3D打印機，模擬真實場景可以幫助學生快速找到問題的解決方法。

——對于大學的設計課程來說，在教室里放一臺3D打印機能夠幫助學生“趕走沒有用的想法”。很多在計算機上看起來很好的物體，打印出來經常不盡如人意，學生們可以快速的對自己的設計進行修改。

——對于歷史和地理課程來說，3D打印是學生的福音。比如在人文歷史課程中，學生自己可以設計和打印藝術雕刻的樣式或者歷史建筑物，親自體會歷史建筑的質感、方向感、美感；在地理課上，學生們通過打印噴發(fā)前的圣海倫火山及周邊地形可以更好地理解一些枯燥的地理術語。

學生學習的效果好不好，主要責任在于教學的方式。從初中開始，很多課程開始涉及到理論學習。有些在傳統(tǒng)教育中表現不好的學生，恰恰是因為所學的課程理論性太強，沒有興趣。即使有些抽象的概念讓學生死記通過了考試，但考試過后就很快忘記了。3D打印則可以讓枯燥的課程變得生動起來。它是一種同時擁有視覺和觸覺的學習方式，具有很強的誘惑力，在觸覺學習中，學生不是在黑板或顯示器上簡單地看文字或圖形，而是通過他們的觸覺抓住核心概念的三維模型，這樣能夠吸收和消化知識，在激發(fā)學習興趣的同時還增強了記憶，鞏固了學習效果。

據專家介紹，要想培養(yǎng)中國孩子的創(chuàng)新能力，通過3D打印機來學習和創(chuàng)新是非常好的方式。中國的傳統(tǒng)教育是應試教育，大多數學校沒有開設培養(yǎng)學生“創(chuàng)新精神和創(chuàng)造力”的課程，純粹的理論學習使學生的大腦僵化。3D打印讓孩子們輕而易舉的參與到教學中，使其發(fā)揮了極強的動手能力和極大想象力。筆者就在北京的某中學課堂上見到學生親自把數學、物理課中的許多抽象概念通過讓學生動手設計由3D打印組件組成的小電路和小裝置，變成有趣的課程，很多學生對科學、數學、工程和設計的熱情由此被激發(fā)出來，未來的”學生工程師”就這樣默默地成長起來。

此外，3D打印機在教學評價方面也有廣泛的應用前景，尤其對于設計相關專業(yè)的師生來說這無疑是最好的“考卷”。以往學生在電腦上設計模型，或者是后期做出來一些簡單的泡沫模型，但它們根本無法和實際應用成品相比，難以滿足實際評價需求。而通過3D打印機，可直接打印出有力學強度的精細模型，再經過打磨、著色等，使學生作品的外觀和結構均能完美呈現，很多還能應用于結構裝配、外形驗證、功能測試。此外，教師也可以更好地跟蹤學生在建模中出現的問題，及時給予指導、建議、修正，非常適合于教學評價。

表1： 3D打印技術在多種學科教育上的應用

也正因為如此，3D打印機才會被越來越多的學校采用，從數學課到生物課，從藝術課、歷史課和文學課，都可以看到3D打印機的影子，這不能不說是技術創(chuàng)造了奇跡。

教育領域成為3D打印新“藍?！?/h2>

3D打印可以彌補了傳統(tǒng)教育“重理論、輕實踐，重動腦、輕動手，重學習、輕應用”的不足，使課堂教學變得有趣、生動，變課堂上的被動記憶為課內外的主動探索。3D打印技術在教育領域的應用推廣已經在高層受到了重視。3D打印領域唯一的一位院士，即中國工程院院士、西安交大盧秉恒院士就指出，3D打印如應用于教育教學，可以激發(fā)學生的探索興趣和創(chuàng)造熱情，帶動教育創(chuàng)新，讓學生們開拓思維，發(fā)揮出無窮的想像力與創(chuàng)造力，造就一批創(chuàng)新型人才。

此外，原航空航天部林宗棠部長也敏銳地覺察到了3D打印在教育中的巨大推動力。林宗棠部長認為，在這場技術大潮背景下，我國3D打印技術的推廣與普及還與國外存在一些差距，而學校是發(fā)展自主3D打印技術的沃土，一臺機器放在學校里，就意味著至少有幾十甚至幾百人受益。所以在2014年1月份，林宗棠部長向中央寫報告建議3D打印技術要從娃娃抓起，在全國青少年中播種十萬顆3D打印創(chuàng)新種子。此后“3D打印創(chuàng)新教育播種”計劃即被國務院及相關部委批準立項，并由中央機關老干部康樂文化指導中心推出。2014年8月，第一批90臺3D打印機被送到北京35中、河北辛集市第三中學等九所學校的孩子們手中。據負責實施該計劃的紫熙公益負責人介紹，在全國范圍內實施的“3D創(chuàng)新教育播種”計劃，將在兩年內完成100000顆3D打印創(chuàng)新種子的播種。

在2015年2月，國家工信部出臺《國家增材制造產業(yè)發(fā)展推進計劃（2014-2016年）》，指出要加快3D打印技術在兒童創(chuàng)新教育中的應用。教育領域迅速成為3D打印發(fā)展的新“藍海”。

比如中國3D打印技術產業(yè)聯(lián)盟就對這個“藍?！庇辛舜_定的動作計劃。該聯(lián)盟準備從2015年開始，在全國創(chuàng)建1000所3D打印創(chuàng)客俱樂部，在全國選擇1000所有代表性的學校創(chuàng)建1000間打印創(chuàng)客空間。如果平均每個教室配備30臺3D打印機，1000個教室則需要3萬臺。目前花3000～4000元就能購買一臺性價比較高的桌面3D打印機，全國3D打印機的需求至少是10萬臺～50萬臺，在學校、學生創(chuàng)客的帶動下，將帶來源源不斷的商機，甚至引領新的商業(yè)模式，通過幾千萬元的投入，就能撬動幾十億元的桌面打印機市場。

2014年我國教育領域3D打印市場規(guī)模約3億美元，今年有望突破6億美元，增速近100%。受益海外專利到期，國內設備制造進程大幅加快，桌面級市場迅速爆發(fā)。特別是FDM等專利放開以后，涌現出了一大批新進入，涉及企業(yè)主要為3D打印設備制造商。

目前國內3D打印技術發(fā)展迅猛，各3D打印企業(yè)紛紛瞄準校園領域入手，且開始偏向于中小學低齡化發(fā)展，各種小型桌面3D打印機外觀設計也都偏向于卡通、可愛等風格轉向。另外一些企業(yè)則紛紛開始推廣活動，通過向學校免費贈送機器來營造行業(yè)對企業(yè)的關注度。比如中科大先研院的阿巴賽公司為了打開更大的市場，就推出了“3D技術創(chuàng)新培育計劃”。在2015年6月，阿巴賽公司將向合肥廬陽區(qū)兩所中小學免費提供了3D打印"創(chuàng)客"教育實驗室關鍵設備，包括40臺3D打印機、6臺3D掃描儀及配套的軟件、課程體系培訓等。該公司意在以點帶面，在全市推廣創(chuàng)新教育，進而在廣大青少年中播下“3D打印創(chuàng)新”的種子。當然這也是很多公司的戰(zhàn)略，因為“投資教育，就是投資未來的客戶”。

需要一套大的藍海戰(zhàn)略

在信息技術瞬息萬變，前沿科技層出不窮的當下，如今，3D打印技術正在大規(guī)模地進入到中小學和大學的教育領域中。但根據筆者的調查，3D打印在教育領域中的應用卻并未順利推行。

比如很多學校買了3D打印機，卻放在那里成為展示的工具，并沒有真正用起來。當然原因并不完全在學校，很多學校都發(fā)現，雖然有3D打印機，但卻沒有可以導入的3D打印課程，市場上還沒有關于3D打印的統(tǒng)一教材，也沒有教育培訓標準。另外，招聘相關的教師也成為難題，整個學校的3D打印教育行業(yè)都面臨著缺乏教師的難題。

3D打印是一種教具，用于開拓學生思維，而不是玩具。要想真正讓3D打印進入中國的教育教學領域，還面臨著實驗室建設與管理、課程設置、師資認證與培訓、應用模式研究等多方考驗。

一位該領域的教師經過對目前的3D打印機進行考察后發(fā)現，很多3D打印機還與具體的教學應用存在著差距。比如在設計領域，要求的功能很多；在機械領域，要求打印速度和打印精度較高；在生物領域，要求可以打印一定的生物活性材料。所以企業(yè)應該做學科教學需求分析，了解學科教師對3D 打印機的需求，根據需求對3D 打印機進行定制；其次根據具體學科需要，建立基于3D打印的學科課堂教學方案；開發(fā)3D打印技術用于課堂教學的教師培訓課程。

更為急迫的是，目前需要對3D 打印的課程設置、師資認證與培訓率先展開。沒有教師，即使有再好的打印機也會成為擺設。所以很多學校建議首先要對教師進行運用3D打印機進行課堂教學的培訓，主要是繪圖軟件和各種材料的使用，之后教師才會根據培訓結果以及教學方案開展情況給予教育管理機構和廠家更多反饋，以此來推動該行業(yè)的發(fā)展。

可喜的是，一些地方已經率先開始了3D 打印培訓工作，比如南京市就在2015年6月率先開展了該市中小學首屆3D打印技術教師研修班。據悉，本次研修班的培訓課程主要有：3D打印技術發(fā)展知識普及、SketchUp草圖大師建模、工業(yè)設計產品創(chuàng)新點的構思與操作、Design Spark Mechanical工具建模、3D打印教程視頻編輯與制作、掃描建模、各種打印機切片軟件的基本操作使用。

3D打印技術和產品在教育領域的推廣，需要的是一套大的藍海戰(zhàn)略。藍海戰(zhàn)略的戰(zhàn)略思想是要突破已有的市場邊界，創(chuàng)造新的市場需求，擴展新的市場空間，形成新的價值曲線。目前，很多學校對3D技術的了解和對課程的開發(fā)都難成體系， 3D打印技術在課堂教學中的應用模式，包括教學模式和學習模式也沒有建立起來。另外，教育管理機構需要對教師運用3D打印機進行教學的影響和效果進行持續(xù)跟蹤和評估。這些具體事情，政府要做，企業(yè)也要做，也更需要輿論的引導。雖然擺在很多企業(yè)面前的是一大塊蛋糕，但要想吃到卻并不容易，未來還需要彌補很多3D打印技術和產品在教育領域應用的稀缺環(huán)節(jié)。