對3D打印技術的“智造型”創(chuàng)新人才培養(yǎng)與實踐論述

孟瑞芳 司俊男 司閑

隨著社會經(jīng)濟飛速發(fā)展，科學技術不斷進步，各種高新技術應運而生，在一定程度上改變了人們生活方式和工作模式。3D打印技術就是其中一種，現(xiàn)如今已經(jīng)被廣泛應用到各行各業(yè)，不僅能夠縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，還可以為企業(yè)創(chuàng)造最大化經(jīng)濟效益。人才作為技術的操作者和使用者，在新形勢下也要充分做到與時俱進，所以，培養(yǎng)“智造型”人才，已經(jīng)成為現(xiàn)階段亟待解決的重要問題。

一、3D打印技術概念、技術原理及具體應用

英國在《第三次工業(yè)革命》中提出：3D技術將會是推動第三次工業(yè)革命的主要技術。同時，美國也將3D技術納入十大增長最快工業(yè)范圍內(nèi)。由此可見，3D技術有能力成為新時期變革人們創(chuàng)造力的新型技術。新時期背景下，創(chuàng)新成為一個民族、一個國家持續(xù)發(fā)展的主要源泉，培養(yǎng)創(chuàng)新性人才，成為廣大院校新時期肩負的關鍵使命。在人才培養(yǎng)過程中，如何能夠提高學生創(chuàng)新能力和實踐能力，是國內(nèi)外教育專家需要深入研究和探索的重要課題?；诖耍疚慕Y合3D打印技術概念和技術原理進行分析，并深入探索3D打印技術對“智造型”人才培養(yǎng)的具體需求，同時提出幾點切實可行的人才培養(yǎng)策略，從而為各大教育結構輸出更多符合時代發(fā)展的人才奠定基礎。

（一）3D打印技術的概念

所謂3D打印技術，就要建立在數(shù)字三維模型文件基礎上，利用紙張、塑料等材料進行逐層疊加，最終構成的3D物體。該技術最早被人們成為“快速成形技術”。發(fā)展到1990-1999年左右，該技術已經(jīng)被各行各業(yè)所熟知，當時被成為先進制造技術和增材制造技術。隨著社會經(jīng)濟飛速發(fā)展，快速成形技術在全球范圍內(nèi)持續(xù)升溫，為了持續(xù)推廣和應用該技術，傳媒領域和民用領域將其統(tǒng)稱為“3D打印技術”。該技術設計學科較為廣泛，其中包括計算機、光機電、數(shù)控、互聯(lián)網(wǎng)等方面，采用該技術獲取產(chǎn)品三維數(shù)字模型，可以在沒有模具、沒有道具，并且不考慮工藝技術的情況下，將三維數(shù)字模型生成實物。

（二）技術原理

3D打印技術的應用原理，是現(xiàn)在計算機中生成各種零件的三維立體模型，而后按照一定厚度，對三維立體模型進行切片，這也是將三維形狀信息轉換為二維輪廓信息的過程。進而，需要在數(shù)控系統(tǒng)支撐下，利用噴頭精確運動，對目標零件逐層打印。這種技術在應用過程中與傳統(tǒng)材料去除加工方法截然不同，是通過增加材料直接制造，并且制造出的產(chǎn)品與產(chǎn)品數(shù)學模型完全一致。

（三）3D打印技術的具體應用

3D打印技術是建立在科學技術基礎上發(fā)展而來的，包括數(shù)控技術、機械技術、逆向工程技術等。作為一種集合多種學科和領域的先進技術，不僅能夠為各行各業(yè)穩(wěn)定發(fā)展奠定良好基礎，還能夠為“智造型”創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供高水平、綜合性學習平臺。

現(xiàn)如今，3D打印技術已經(jīng)廣泛應用搭配醫(yī)療、文化、設計、教育以及工業(yè)制造等領域，并取得了較好的應用效果，呈現(xiàn)出了廣闊的發(fā)展前景。例如：歐洲航空領域在首架寬體客機測試機制造過程中，就充分應用3D打印技術，采用該技術打印零部件，既能夠節(jié)約制造時間，又能夠降低制造成本。在醫(yī)療領域應用3D打印技術，只需保證生物醫(yī)用材料選擇正確即可，采用3D打印技術可以滿足修復器官、重建組織等需求，有利于幫助醫(yī)院制定科學、合理的醫(yī)用模型，同時提高患者生活質量。由此可見，3D打印技術已經(jīng)成為新時期改革人們創(chuàng)造能力、促進社會全面進步的重要技術，勢必會在全球范圍內(nèi)掀起一輪3D打印熱潮，這也意味著，培養(yǎng)3D技術應用人才，已經(jīng)成為社會發(fā)展的必要需求。

二、3D打印技術的“智造型”創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求

教育機構是為社會輸出專業(yè)人才的重要基地，所以在人才培養(yǎng)方面需要始終以社會需求為主。本人曾社會中10家制造企業(yè)進行調(diào)差分析，其中8家企業(yè)表示愿意為在校生或畢業(yè)生提供實習機會。但是在實習生入職前需要對其進行全面考核，保證其具備專業(yè)能力和實踐水平，在此基礎上可以對人才進行系統(tǒng)培訓，如果滿足崗位需求，即可簽訂入職合同。這也為培養(yǎng)3D打印技術的“智造型“創(chuàng)新人才奠定了良好基礎，短期實習過程，對于人才和企業(yè)而言是一個互利互惠的過程，一方面能夠為人才提供良好的社會實踐機會，另一方面能夠節(jié)省企業(yè)面試成本，同時有利于企業(yè)深入挖掘人才，并制定針對性人才培養(yǎng)計劃。

自改革開放以來，雖然我國科學技術發(fā)展迅速，制造業(yè)也迎來了蓬勃發(fā)展時期，但相對于發(fā)達國家而言，仍然趨于落后狀態(tài)。尤其新時期背景下，該行業(yè)競爭壓力與日俱增，技術設備更新?lián)Q代速度不斷加快，企業(yè)人員更替速度也隨之提高，只有源源不斷的“智造型”創(chuàng)新人才體系不斷供應，才能夠為我國制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展奠定良好基礎，使其在世界先進水平占據(jù)一席之地。當前，部分企業(yè)在人才選擇過程中，依然沿用傳統(tǒng)管理模式，傾向于通過崗位空缺選拔人才，如此不僅不利于招聘到理想人才，還不利于挖掘人才潛在價值。當然，也有很多企業(yè)認識到人才培養(yǎng)的重要性，并擁有高管儲備崗位，該崗位專門為高級人才預留。相比之下可以方發(fā)現(xiàn)，后者更加容易留住人才。所以說，企業(yè)愿意為在校生或應屆畢業(yè)生提供實習機會，不僅是企業(yè)創(chuàng)新精神的體現(xiàn)，也是社會進步的象征。所以教育機構在人才培養(yǎng)過程中，可以采用校企聯(lián)合方式，提高人才專業(yè)能力和實踐水平，從而為3D技術進一步推廣奠定基礎，為培養(yǎng)社會需求的“智造型”創(chuàng)新人才奠定良好基礎。

三、3D打印技術的“智造型”創(chuàng)新人才培養(yǎng)與實踐存在的問題

（一）技術設備相對滯后

現(xiàn)階段，雖然越來越多教育機構認識到培養(yǎng)“智造型”創(chuàng)新人才的重要性，并購入一些3D打印設備。但由于管理不當、更新不及時，導致一些設備出現(xiàn)落后、老化問題，并購且在人才培養(yǎng)過程中，也仍然沿用灌輸方式，沒有重視人才動手能力和實踐水平的培養(yǎng)，最終使得人才培養(yǎng)過于形式化。另外，設備無法充分做到與時俱進，會直接影響人才的參與積極性，使其在實踐中提不起興致，如此不僅會浪費時間、精力，還無法充分滿足“智造型”創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求。而教育機構在最初成立“智造型”創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式時，其目的就在于引導人才感受3D技術的魅力，從而激發(fā)人才求知欲，并在動手過程中理解理論知識，使人才在腦海中形成相應的理論體系，從而提高創(chuàng)新意識。但是由于技術設備落后，導致人才培養(yǎng)最初目標發(fā)生變化。

（二）重視理論知識傳授，忽略實踐能力培養(yǎng)

結合教育機構3D打印技術人才培養(yǎng)實際情況來看，培訓人員為了在有限時間內(nèi)將相關知識全部傳授給人才，往往選擇采用“灌輸式”培訓方法，只對3D打印技術理論知識進行闡述，忽略了人才實踐能力的培養(yǎng)。由于3D打印技術是一門理論與實踐并重的學科，加上理論知識具有抽象性和復雜性特征，所以僅通過理論講解并不能解答人才疑惑。這也使得一些人才在被動學習過程中缺乏充足的動手機會，不僅不利于培養(yǎng)人才思維模式和時間內(nèi)利，長此以往還會使人才形成依賴心理。

（三）理論教學與實踐教學不協(xié)調(diào)

當前，一些教育機構已經(jīng)認識到了3D打印技術人才培養(yǎng)需要做到理論與實踐相結合，但是在課程分配方面卻嚴重缺乏協(xié)調(diào)性。具體體現(xiàn)在理論課程多、實踐課程少方面，甚至一些實踐課程形同虛設，只能作為理論課程的陪襯。在引導人才動手實踐時，也大多結合簡單的理論知識進行試驗操作，沒有合理規(guī)劃實驗課程，并且在人才考核方面也注重理論知識測試，缺乏時間考核安排。這也使得一些人才為了應付考核，對培訓內(nèi)容進行死記硬背，沒有真正理解知識內(nèi)涵和操作方法。長此以往容易使人才理論與實踐相脫節(jié)，并導致人才思維固化。所以在新時期背景下，如何能夠在短時間內(nèi)使人才理論知識和實踐能力快速進步，成為培訓人員需要深入研究和探索的主要問題之一。

（四）忽視人才綜合素質培養(yǎng)

“智造型”創(chuàng)新人才培養(yǎng)不僅要求人才具備較強的專業(yè)能力和技術水平，還要具備優(yōu)越的綜合素質。所以，在人才培養(yǎng)過程中，培訓人員不能只重視專業(yè)知識和理論的培養(yǎng)，還要想方設法提高人才各方面素質。如此才能夠在循序漸進、潛移默化中培養(yǎng)社會真正需要的“智造型”創(chuàng)新人才。

四、3D打印技術的“智造型“創(chuàng)新人才培養(yǎng)與實踐措施

（一）及時更新技術設備

3D打印技術人才培養(yǎng)離不開技術和設備的支撐，只有保證技術、設備做到與時俱進，才能夠為培訓工作順利展開奠定良好基礎。所以教育機構需要加大資金投入力度，構建現(xiàn)代化3D打印設備，不斷更新技術水平，同時做好設備維護管理工作，保證設備正常運行，為人才實踐操作奠定良好基礎，使人才能夠在動手實踐中體驗3D打印技術的魅力，從而提高學習興趣。

（二）構建理論與實踐相適應的教學體系

構建理論與實踐相協(xié)調(diào)的教學體系是解放人才思想，提高其創(chuàng)新意識和實踐能力的重要前提。尤其新時期背景下，我國大力推行職業(yè)教育，目的就是為人才提供理論與實踐相結合的學習平臺，使人才能夠在動手實踐中理解理論知識，從而切實解決實際工作中遇到的問題，并在此基礎上拓展思維，提高創(chuàng)新、創(chuàng)造能力。而想要構建科學、合理的教學體系，需要從四個方面入手：第一，引導人才系統(tǒng)性學習3D打印技術相關理論知識。第二，保證人才在掌握理論知識基礎上挺高動手能力。第三，著重培養(yǎng)人才創(chuàng)新能力、創(chuàng)造能力以及綜合素質。第四，使人才從潛意識中認識到創(chuàng)新、創(chuàng)造對社會發(fā)展的重要性。眾所周知，3D打印技術“智造型“創(chuàng)新人才培養(yǎng)并非一日之功，而是需要長效堅持，所以構建長效教育體系，重視開發(fā)人才潛在價值，轉變傳統(tǒng)僵化式教學模式，是培養(yǎng)“智造型“創(chuàng)新人才的重要舉措。

（三）制定嚴格的測評制度，并建立選拔、淘汰機制

我國受應試教育影響，使得教育機構在人才選拔方面大多采用理論知識考核方式，一些人才為了進入高等學校，通過死記硬背方式度過考試難關，但是進入學校后，由于學校環(huán)境過于安逸，加上部分學生自控能力較差，所以在自主學習方面嚴重缺乏積極性，導致學生失去競爭意識，不利于提高學生思維能力和創(chuàng)新意識。針對這一問題，教育機構需要構建科學、合理的測評制度，同時建立選拔、淘汰機制，這種方法在培養(yǎng)學生專業(yè)能力、動手能力以及綜合素質方面有積極作用。例如：對于部分自主性較差，但創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力較強的人才而言，教育機構可以專門設置一個創(chuàng)新班，全面開發(fā)人才創(chuàng)新意識。而對于學習能力和自控能力有待提高的人才而言，可以設置普通班，并在一段時間后對人才專業(yè)知識和實踐能力進行考核，結合考核結果和日常表現(xiàn)重新分班。這種短暫的淘汰機制，并非打擊人才，而是幫助人才樹立憂患意識和競爭意識，使其能夠不斷完善自我，提高自身綜合水平。

（四）實施校企聯(lián)合人才培養(yǎng)模式

培養(yǎng)3D打印技術的“智造型”創(chuàng)新人才，僅憑教育機構一己之力很難完成，需要學校采用校企聯(lián)合方式，為學生創(chuàng)造更多實踐機會。在校企聯(lián)合模式下，接受教育的人才能夠將理論知識和實踐經(jīng)驗有機融合，其優(yōu)勢在于能夠為人才提供多層面指導。為滿足這一需求，學校需要聯(lián)合各個領域的企業(yè)，在校開展招聘會，并設置獎學金，同時學校要主動向企業(yè)推薦3D打印技術相關專業(yè)優(yōu)秀學生，以此來搭建人才促進體系，一方面能夠為教育機構培養(yǎng)“智造型“創(chuàng)新人才奠定良好基礎，另一方面能夠為企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展提供保障，同時可以使學生在實踐和理論之間不斷提高綜合水平。

（五）實施“經(jīng)驗之塔”教學理論

“經(jīng)驗之塔”教學理論源于美國地區(qū)，是由美國教育學家戴爾提出的，該理論可以總結歸納為三個方面，分別為：實踐經(jīng)驗、觀察經(jīng)驗以及抽象經(jīng)驗。

3D打印技術能夠將虛擬模型轉變?yōu)槿S實體產(chǎn)品。滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)設計、制造一體化發(fā)展需求。在教學過程中，學生可以結合自身具備的理論知識結構進行自主設計，利用3D打印技術制造創(chuàng)新性產(chǎn)品，這種將理論知識與實踐經(jīng)驗相融合的方式，有利于學生在真實情境中強化認、獲得情感體驗，并在此基礎上總結出“實踐經(jīng)驗”。

另外，采用3D打印技術，可以打印一切有益于教學的數(shù)字模型，學生通過觀察三維實體產(chǎn)品，能夠進一步加深對知識的理解，這也與培養(yǎng)“智能型”創(chuàng)新人才需求不謀而合。在實際教學中，可以引導學生在桌面利用3D打印技術構建各種創(chuàng)意產(chǎn)品，并將創(chuàng)意抓變?yōu)槿S立體實物，如此不僅能夠調(diào)動學生學習積極性，還能夠使學生在操作過程中獲取“觀察經(jīng)驗”。

在教學過程中應用3D打印技術，能夠將某些抽象的科學知識，轉換為具象化、可視化形式，有利于學生深入理解抽象知識，使學生將知識轉換為技能，并進行創(chuàng)新、創(chuàng)意產(chǎn)品制造，這無論對于學生還是教育機構而言，都是一種提高教學水平的重要方式，有利于學生在學習過程中獲得認知體驗，從而在掌握先進技術的同時提高創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力。例如：在傳統(tǒng)教學過程中，學生即便有創(chuàng)新想法，也需要通過傳統(tǒng)加工方式來實現(xiàn)，由于過程過于復雜，所以不可避免會使學生在困難前打消制作積極性。而應用3D打印技術，能夠及時將學生的抽象設計轉換為三維實物，一方面有利于提高學生學習體驗，另一方面能夠使學生獲取“抽象經(jīng)驗”。

（六）采用情境學習模式

情境學習最初起源于西方國家，在實踐中取得了顯著效果，因此在國際范圍內(nèi)防范應用，現(xiàn)階段已經(jīng)成為國內(nèi)外專家和學者重點研究的領域。該教學理論認為人才培養(yǎng)過程并非只是傳輸過程，也不是知識接收過程，而是通過互動意圖，引導學生實踐行動和思想反思的一個過程。在教學過程中，應用3D打印技術，能夠為學生和教師構造互動空間和教學模型，通過設置教學任務，可以引導學生自主參與到教學活動中，同時有利于激發(fā)學生學習積極性。使學生在設計過程中互相交流和溝通，為優(yōu)化方案奠定良好基礎，為營造和諧的課堂氛圍提供保障。在此基礎上，利用3D打印技術制作出的模型驗證創(chuàng)意思想，可以使學生對整個教學過程進行深入反思，從而獲取知識體驗。由此可見，開展情境學習模式，能夠將教師從傳統(tǒng)知識傳遞權威者，轉變?yōu)橹R傳遞促進者。在這種教學模式下，學生能夠在自主學習的過程中利用所學知識解決實際問題。另外，情境教學本身具備的交互性優(yōu)勢，也能夠為學生營造身臨其境的學習體驗，這對于培養(yǎng)“智造型”創(chuàng)新人才而言意義重大。

五、結語

3D打印技術作為一種高速發(fā)展的科學技術，現(xiàn)如今已經(jīng)廣泛應用到各個領域，有效提高了各領域生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質量。而想要進一步創(chuàng)新和推廣該技術，需要源源不斷的“智造型“人才加入其中。因此，本文針對3D打印技術概念進行分析，并深入研究當前的“智造型“人才培養(yǎng)和實踐中存在的問題，同時針對性提出解決措施，旨在為促進該技術蓬勃發(fā)展奠定基礎。

（作者單位：蘇州工藝美術職業(yè)技術學院）

課題名稱：3D打印高技能人才培養(yǎng)課程體系研究，課題號：JG2020204。