3D打印技術(shù)在教育教學(xué)中應(yīng)用的思考

摘 要：3D打印技術(shù)作為當(dāng)代先進(jìn)制造技術(shù)，在云南省目前的高職高專(zhuān)和中小學(xué)學(xué)校教育教學(xué)中面臨諸多問(wèn)題，同時(shí)也帶來(lái)更多的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);高職高專(zhuān)學(xué)校;中小學(xué)學(xué)校;教學(xué)應(yīng)用;先進(jìn)制造技術(shù);中國(guó)制造2025;工業(yè)4.0

1 前言

3D打印技術(shù)是一種采用增材制造方式得到實(shí)體的加工方式，是一種將計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、材料技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)高度融合的先進(jìn)制造技術(shù)，目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)、建筑、醫(yī)學(xué)、航天、藝術(shù)、服裝等各個(gè)領(lǐng)域。雖然依舊面臨制造精度、材料性能、生產(chǎn)效率、耗材成本、應(yīng)用市場(chǎng)等諸多局限問(wèn)題，但是3D打印技術(shù)的諸多優(yōu)勢(shì)在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中將會(huì)展現(xiàn)獨(dú)特魅力。

尤其當(dāng)代，為響應(yīng)黨的“中國(guó)制造2025”號(hào)召，將3D技術(shù)推廣于教育教學(xué)，將先進(jìn)制造技術(shù)和理念灌輸于青少年，并舉辦3D打印創(chuàng)意設(shè)計(jì)大賽，既調(diào)動(dòng)了高校學(xué)生、社會(huì)各行業(yè)對(duì)3D打印技術(shù)研究與應(yīng)用的熱情，又提升了中小學(xué)校學(xué)生對(duì)3D打印技術(shù)的興趣和創(chuàng)新意識(shí)，更重要的意義是，青少年是未來(lái)社會(huì)發(fā)展的主力軍，是創(chuàng)新發(fā)展的新生力量，將會(huì)碰撞出意想不到的可能，在推進(jìn)增材制造技術(shù)發(fā)展方面具有重要意義。

但3D打印技術(shù)目前在云南省各大中專(zhuān)院校的深入推廣應(yīng)用力度還不夠，尤其是在中小學(xué)學(xué)校更是比較突出。

2 目前云南省的3D打印技術(shù)應(yīng)用于學(xué)校教育情況如何？

2.1 高職高專(zhuān)學(xué)校

在云南的高職高專(zhuān)中，3D打印技術(shù)主要應(yīng)用于機(jī)電、自動(dòng)化技術(shù)、室內(nèi)設(shè)計(jì)、藝術(shù)設(shè)計(jì)等專(zhuān)業(yè)教學(xué)，大部分使用桌面級(jí)打印設(shè)備，目前面臨的主要問(wèn)題如下：

（1）3D打印設(shè)備在云南省的大中專(zhuān)院校分布較少，3D打印技術(shù)的推廣使用具有一定局限性;

（2）云南省的3D打印技術(shù)推廣應(yīng)用相較于沿海及一線(xiàn)城市起步晚;

（3）云南省的3D打印技術(shù)目前在省級(jí)技能賽中的推廣應(yīng)用還處于停步狀態(tài);

（4）3D打印技術(shù)在教學(xué)中的推廣應(yīng)用局限性較多，開(kāi)展阻力較大;

（5）3D打印產(chǎn)品質(zhì)量精度、顏色多樣性、強(qiáng)度韌性等方面還不能很好滿(mǎn)足市場(chǎng)需求;

（6）在個(gè)性化定制方面的技術(shù)推進(jìn)阻力較大，主要是創(chuàng)意設(shè)計(jì)與建模軟件的實(shí)現(xiàn)沖突、理想模型與實(shí)際打印產(chǎn)品模型的較大差異、打印設(shè)備精度和速度不理想等原因;

（7）3D打印設(shè)備品牌多，更新?lián)Q代速度快，變化速度與教學(xué)應(yīng)用進(jìn)程不協(xié)調(diào)，另外后期服務(wù)機(jī)制不完善，甚至出現(xiàn)停售和聯(lián)系不到服務(wù)方，材料的購(gòu)買(mǎi)也遇到很大的問(wèn)題。

2.2 中小學(xué)校

在云南的中小學(xué)校中，較少學(xué)校配置了3D打印設(shè)備以及掃描設(shè)備，處于3D打印技術(shù)初步認(rèn)知使用階段，能輔助實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單的立體模型自主設(shè)計(jì)制造，目前面臨的主要問(wèn)題如下：

（1）掌握設(shè)備操作和軟件使用的教師稀缺;

（2）3D打印技術(shù)與基礎(chǔ)學(xué)科教學(xué)之間存在較大阻隔，設(shè)備的使用率較低，甚至長(zhǎng)期處于停用狀態(tài);

（3）3D打印操作相對(duì)簡(jiǎn)易，但需要打印的模型制作與教學(xué)之間難以形成較好的連接，只能完成一些簡(jiǎn)單的模型構(gòu)建;

（4）設(shè)備故障率大，后期服務(wù)機(jī)制不夠完善，造成3D打印設(shè)備停用。

3 3D打印技術(shù)在學(xué)校教育中不斷推廣使用有什么深遠(yuǎn)影響？

3D打印技術(shù)是新時(shí)代環(huán)境中的先進(jìn)制造技術(shù)，研究階段在突破各項(xiàng)技術(shù)難題，而使用階段也在社會(huì)環(huán)境中面臨諸多問(wèn)題，在教育教學(xué)中的推廣使用主要集中在操作使用和創(chuàng)意設(shè)計(jì)，其次是高層次的技術(shù)研究部分，而在學(xué)校教育中的應(yīng)用中有何深遠(yuǎn)影響呢？

3.1 高職高專(zhuān)

（1）增強(qiáng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，拓寬機(jī)電、電氣、自動(dòng)化技術(shù)等專(zhuān)業(yè)學(xué)生對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)的認(rèn)知;

（2）通過(guò)動(dòng)手操作，讓學(xué)生體驗(yàn)3D打印設(shè)備的操作使用，提高動(dòng)手能力;

（3）通過(guò)3D打印創(chuàng)意設(shè)計(jì)比賽，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維，強(qiáng)化專(zhuān)業(yè)軟件的應(yīng)用能力。

（4）學(xué)生將自主設(shè)計(jì)的模型轉(zhuǎn)化為實(shí)物，刺激其知識(shí)產(chǎn)物向市場(chǎng)轉(zhuǎn)移。

（5）引導(dǎo)學(xué)生對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用思考;

（6）優(yōu)化3D打印機(jī)技術(shù)，推動(dòng)3D打印技術(shù)在機(jī)械設(shè)備、自動(dòng)化控制、材料、數(shù)字技術(shù)等領(lǐng)域的突破;

（7）給高校教師的專(zhuān)業(yè)能力提出了更高要求，同時(shí)也給教師和學(xué)校的發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

3.2中小學(xué)校

（1）對(duì)中小學(xué)教師的教育教學(xué)能力提出了更高要求，同時(shí)也給教師創(chuàng)造了自我能力提升的空間;

（2）讓青少年兒童及時(shí)接觸當(dāng)代社會(huì)的先進(jìn)制造技術(shù)，引領(lǐng)他們了解社會(huì)科學(xué)，拓展知識(shí)和眼界，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的積極思考，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;

（3）將3D打印技術(shù)融入基礎(chǔ)學(xué)科教學(xué)，為學(xué)校教育教學(xué)創(chuàng)造新的局面和保障;

（4）通過(guò)一定的引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生和教師的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造能力，并將知識(shí)轉(zhuǎn)化成具體的勞動(dòng)成果;

（5）學(xué)校可以自主生產(chǎn)制造符合實(shí)際教學(xué)的教學(xué)模具，增強(qiáng)教學(xué)直觀(guān)性，提高課堂教學(xué)的趣味性和神秘性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

（6）借助掃描平臺(tái)，教師可以先通過(guò)帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行手工模型制作，然后將模型掃描轉(zhuǎn)化為數(shù)字模型，在通過(guò)3D打印設(shè)備轉(zhuǎn)化為實(shí)際成果，繞開(kāi)復(fù)雜物品的數(shù)字模型創(chuàng)建，利用另一種材料和制造方式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)與先進(jìn)制造技術(shù)的一定程度融合。

4 小結(jié)

總而言之，3D打印技術(shù)是在不斷發(fā)展進(jìn)步的先進(jìn)制造技術(shù)，在“工業(yè)4.0”的時(shí)代潮流中不斷優(yōu)化突破。教育教學(xué)的主要目的也是提高人文素養(yǎng)，培養(yǎng)科技人才，讓先進(jìn)技術(shù)融入學(xué)校教育，使理論與實(shí)際相結(jié)合，也可以通過(guò)教育教學(xué)檢驗(yàn)先進(jìn)技術(shù)，發(fā)掘亮點(diǎn)，或許也會(huì)有意想不到的收獲，因?yàn)?，每一個(gè)青少年都充滿(mǎn)無(wú)限可能！先進(jìn)技術(shù)進(jìn)入社會(huì)才會(huì)有更加廣闊的發(fā)展，而學(xué)校也正是社會(huì)環(huán)境的重要組成部分！

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)3D打印創(chuàng)意設(shè)計(jì)大賽菁英組（青少年組）http：//www.ime3d.com/Active/NationalDesignCompetitionThree/D2EE81209FC22C0F#3.html，2019-03-31

[2]3D打印https：//baike.so.com/doc/5337810-5573249.html，2017-07-17

[3]呂鑒濤，3D打印原理、技術(shù)與應(yīng)用，第1版，人民郵電出版社，2017.5

[4]李博，張勇，劉谷川，許向陽(yáng)，第1版，中國(guó)輕工業(yè)出版社，2018.8

作者簡(jiǎn)介：

俞小友（1989-），男，漢族，教師，本科，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化，3D打印技術(shù).