◆朱 姝 趙劍東

3D打印技術(shù)在中職教師教學(xué)中的應(yīng)用研究*

◆朱 姝 趙劍東

中職院校作為培養(yǎng)適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展的高素質(zhì)勞動者和技能型人才的基地，必須迅速轉(zhuǎn)換觀點，普及應(yīng)用3D打印技術(shù)。中職教師作為傳授知識的主體，需要掌握正確應(yīng)用3D打印技術(shù)的規(guī)律，在教學(xué)中正確應(yīng)用3D打印技術(shù)，才能有效提高教學(xué)效率。

3D打印技術(shù)；中職教師；傳統(tǒng)制造業(yè)

1 前言

3D打印是一種快速成型技術(shù)，它以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，運用可粘合性材料，通過逐層打印的方式來塑造物體。與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，其最大的區(qū)別在于增材制造。目前3D打印技術(shù)正從概念走向?qū)嵺`階段，點燃了全球第三次工業(yè)革命的導(dǎo)火索。為了落實國務(wù)院發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的部署，我國制訂了《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃（2015—2016年）》，其中明確指出：“我國加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式和產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效升級，亟需采用包括增材制造技術(shù)在內(nèi)的先進技術(shù)改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。不斷釋放的市場需求將為增材制造技術(shù)帶來難得的發(fā)展機遇和發(fā)展空間?！?/p>

中職教育作為為中國制造業(yè)培養(yǎng)技術(shù)人才和管理人才的搖籃，3D打印技術(shù)在中職教育中的應(yīng)用有著非常廣泛的市場和前景。

2 3D打印技術(shù)的獨特性

3D打印采用加法制造，可實現(xiàn)智能化設(shè)計 3D打印技術(shù)的完整流程為：在電腦中設(shè)計3D文件，生成CAD模型，然后通過數(shù)據(jù)處理過程，得到層片信息，接著工藝規(guī)劃層片加工實現(xiàn)物理堆積過程，最終經(jīng)過后期的處理，得到3D打印物體。這種離散—堆積原理和制造流程，將復(fù)雜的作業(yè)流程轉(zhuǎn)換為數(shù)字化文件控制，實現(xiàn)了復(fù)雜工藝和加工技能的智能化控制與處理，不僅降低了制造業(yè)的技術(shù)難度，而且賦予了創(chuàng)作者實現(xiàn)其創(chuàng)新的可能性。比如歐美國家就率先嘗試使用3D打印技術(shù)的智能化設(shè)計功能打印小型無人飛機、小型汽車和家用器具模型。甚至，在互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的情況下，已有探索者將網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)下載、電子商務(wù)的個性化制造和3D打印技術(shù)智能設(shè)計功能結(jié)合起來，進行一些個性化的定制。因此，3D打印技術(shù)在工業(yè)制造領(lǐng)域、文化創(chuàng)意和娛樂業(yè)、航空航天、國防軍工、生物醫(yī)療等行業(yè)帶來了新的創(chuàng)造力。

中職教育作為特殊的教育類型，3D打印技術(shù)的智能化設(shè)計功能不僅可帶來中等職業(yè)技術(shù)院校教學(xué)方式和教學(xué)模式的改變，也會帶來職業(yè)教育內(nèi)涵的深刻調(diào)整，是一個值得思考和研究的新課題。

3D打印的累計成形特點，可實現(xiàn)腦力密集化生產(chǎn) 3D打印技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)為離散過程——工藝規(guī)劃——堆積過程，其打印的物體幾乎可以不受到結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的限制，只要實現(xiàn)了智能化設(shè)計和材料的合理粘合，最終就可以實現(xiàn)產(chǎn)品的個性化定制。對某些行業(yè)而言，其產(chǎn)品的制造就突破了強度、精度等問題的限制，為智能制造提供了可能性，這就為制造業(yè)的改變帶來無限的可能性。

以往制造業(yè)屬于勞動密集型行業(yè)，企業(yè)多開設(shè)在人力成本低廉的發(fā)展中國家，設(shè)計和生產(chǎn)線之間的距離遙遠。這樣的長期發(fā)展，使得發(fā)展中國家不僅生態(tài)資源遭到破壞，而且設(shè)計受制于發(fā)達國家，無法實現(xiàn)經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型，使國家走上健康的發(fā)展道路。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，為制造業(yè)從勞動密集型行業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)槟X力密集型行業(yè)提供了可能，設(shè)計線和生產(chǎn)線可以合二為一，一旦設(shè)計完成即可生產(chǎn)，可根據(jù)市場的需要打印出產(chǎn)品。3D打印技術(shù)為發(fā)展中國家制造業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型提供了一條可行的道路。

我國作為制造業(yè)大國，大部分制造企業(yè)都屬于勞動密集型行業(yè)，中職教育培養(yǎng)出來的技術(shù)人才都是為勞動密集型制造業(yè)服務(wù)。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，為中職教育提出一個值得思考的問題，那就是如何通過教學(xué)和學(xué)科的轉(zhuǎn)型，來適應(yīng)新的形勢的發(fā)展。

3 3D打印技術(shù)在中職教師教學(xué)中應(yīng)用的價值

3D打印技術(shù)的應(yīng)用為中職教師教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變帶來可能 3D打印技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用已得到研究者的廣泛關(guān)注，在歐美國家已經(jīng)將3D打印技術(shù)引入基礎(chǔ)教育、高等教育和職業(yè)教育領(lǐng)域。通過目前的研究來看，英國是首個將3D打印技術(shù)引入中職教育中的手工課堂的嘗試者，但這種嘗試只是停留在初級階段，從其應(yīng)用目的來分析，該項目的使用是為了提高學(xué)生的創(chuàng)意思維和動手能力。但3D打印技術(shù)帶來的是對制造業(yè)的智能化轉(zhuǎn)變，英國的研究還未觸及3D打印技術(shù)帶來的本質(zhì)改變。

與歐美國家相比，我國是傳統(tǒng)的制造業(yè)大國，3D打印技術(shù)不僅帶來的是創(chuàng)意思維的改變，更是整個領(lǐng)域的顛覆。因此，3D打印在我國中職教育中的應(yīng)用帶來的是一場革命。教學(xué)是一個雙向的過程——教師傳播和學(xué)生接受，形成完整的教學(xué)鏈。教師處于知識傳播的開端，3D打印技術(shù)給教師教學(xué)帶來的沖擊，不僅僅是教學(xué)輔助工具的更新，更是教學(xué)思維、教學(xué)方式、教學(xué)模式的改變。3D打印技術(shù)不只是一種技術(shù)，更是一種產(chǎn)業(yè)的革新，作為制造業(yè)人才培養(yǎng)起點的中職教學(xué)，更是應(yīng)該適應(yīng)這種變革，完成其自身的轉(zhuǎn)變。

3D打印技術(shù)的應(yīng)用為中職教師教學(xué)和中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型進行無縫接軌帶來可能 隨著3D打印技術(shù)的成熟，我國自主研發(fā)的3D打印設(shè)備已在我國20多個省市得到普遍推廣，特別是激光快速成型技術(shù)已在沿海地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。目前來看，3D打印技術(shù)和我國工業(yè)制造和消費品制造行業(yè)的融合正在逐步完成，3D打印對于老百姓來講不再是一個陌生的名詞，而是開始進入應(yīng)用階段。溫家寶同志曾經(jīng)指出：“中國特色的職業(yè)教育，必須服務(wù)于社會主義現(xiàn)代化建設(shè)，著力培養(yǎng)適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展的高素質(zhì)勞動者和技能型人才，必須滿足城鄉(xiāng)居民對職業(yè)教育的多樣化需求，為他們的就業(yè)、創(chuàng)業(yè)和成才創(chuàng)造條件?！庇纱丝梢钥闯鰜恚殬I(yè)教育是為了滿足我國市場經(jīng)濟發(fā)展的需要而貯備培養(yǎng)人才。因此，面臨3D打印在我國帶來的第三次工業(yè)革命浪潮，在中職教師教學(xué)中普及3D打印技術(shù)，有利于中職培養(yǎng)人才和我國制造業(yè)的無縫接軌，為我國制造業(yè)的順利轉(zhuǎn)型貯備好人才基礎(chǔ)。

4 3D打印技術(shù)在中職教師教學(xué)應(yīng)用中值得研究的范疇

3D打印技術(shù)在中職教學(xué)中應(yīng)用帶來的中職教師教學(xué)行為特征改變 3D打印技術(shù)在中職教學(xué)中的應(yīng)用來源于兩方面的需求：一方面是中國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，需要適應(yīng)新興技術(shù)的人才；另一方面的需求則是3D打印技術(shù)自身的優(yōu)勢為教學(xué)效率的提高帶來可能。因此，當3D打印應(yīng)用在中職教學(xué)中，教師的教學(xué)方式應(yīng)該遵循這兩方面的需求進行調(diào)整和改變。

我國自主研發(fā)的3D打印技術(shù)，發(fā)端于高等院校的機械制造學(xué)科，與材料、制造、信息諸學(xué)科融合交叉，帶有明顯的學(xué)院派風格。我國3D打印技術(shù)的獨特性帶來的不僅僅是技術(shù)上的改變，更是中職教師教學(xué)思維和教學(xué)行為特征的改變，這些都對中職教師教學(xué)提出新的要求。3D打印技術(shù)要在職業(yè)教育中得到規(guī)范化的應(yīng)用，必須確定自身獨有的研究范疇，要對3D打印技術(shù)對中職教師教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計和教學(xué)方式等方面的影響進行深入研究。

3D打印技術(shù)在中職教師教學(xué)中應(yīng)用現(xiàn)狀分析和梳理20世紀90年代，3D打印技術(shù)在我國的研究就已經(jīng)開始，我國是世界上第三個可以自主研發(fā)增材制造的國家。到目前為止，我國已有中職院校開始開展3D打印技術(shù)的應(yīng)用教學(xué)實踐。其中青島電子學(xué)校、山東凱文職業(yè)科技學(xué)院已經(jīng)開始增設(shè)3D打印專業(yè)，天津職業(yè)大學(xué)成立了全國首個“全國職業(yè)院校增材制造技術(shù)應(yīng)用中心”，廣州市也已出臺相關(guān)文件將3D打印列入教育的范疇。由此可以看出，3D打印在職業(yè)教育中將從實驗階段走向成熟的應(yīng)用階段。這些已有成功經(jīng)驗的中職院校所擁有的寶貴經(jīng)驗，可為中職教師在教學(xué)中正確應(yīng)用3D打印技術(shù)提供寶貴的經(jīng)驗，避免一些不必要的資源、時間浪費。

因此，在中職教師的教學(xué)中正確使用3D打印技術(shù)，必須參考相應(yīng)的文獻資料和進行大量的實踐調(diào)查，對20世紀90年代以來職業(yè)教育中應(yīng)用3D打印技術(shù)的情況進行歸納和分析，從中發(fā)現(xiàn)中職教師應(yīng)用3D打印技術(shù)所遇到的障礙和困難，并分析阻礙3D打印技術(shù)在中職教學(xué)中深入、持續(xù)應(yīng)用的原因。只有明確了3D打印技術(shù)在職業(yè)教育中正確應(yīng)用所遇到的真正問題，并正確借鑒了成功的經(jīng)驗，才能在教學(xué)中正確應(yīng)用3D打印技術(shù)。

3D打印在中職教師教學(xué)中正確應(yīng)用的規(guī)律研究 “增材制造技術(shù)涉及工業(yè)制造、生物醫(yī)學(xué)制造、消費品制造、文化創(chuàng)意品制造和創(chuàng)新思維教育等十分廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，是一個必須在全社會普及的重要應(yīng)用技術(shù)?！蹦壳皩?D打印技術(shù)的研究成果都屬于高等教育，從高等教育到中職教育的應(yīng)用，必定有一個艱苦的探索期。因此，現(xiàn)階段中職教師對3D打印技術(shù)的認識存在三種情況：第一種情況是對3D打印技術(shù)了解不深入，無法完全發(fā)揮3D打印技術(shù)的優(yōu)勢和特征；第二種情況是對3D打印技術(shù)了解片面，在應(yīng)用中存在錯誤使用的問題；第三種情況是對3D打印技術(shù)有一定的了解，但對職業(yè)教育和我國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型所面臨的問題認識不清，在教育中存在濫用的問題。

上述三種情況使得3D打印技術(shù)無法在中職教師的教學(xué)中發(fā)揮出應(yīng)有的作用，提高教學(xué)效率，為經(jīng)濟轉(zhuǎn)型培養(yǎng)所需人才。因此，要在中職教師的教學(xué)中正確使用3D打印技術(shù)，必須進行大量的實踐研究，在教學(xué)實踐中總結(jié)出正確使用3D打印技術(shù)的規(guī)律，并在實踐中運用科學(xué)的手段和方法進行驗證，得到可行性的方案，為中職教師正確使用3D打印技術(shù)提供合理的建議。

5 3D打印技術(shù)在中職教師教學(xué)中正確應(yīng)用的難點和重點

建立宏觀的規(guī)劃，分層普及3D打印技術(shù)在中職教師教學(xué)中的應(yīng)用 我國中職教師，由于地域、專業(yè)、年齡、素質(zhì)等各項因素處于多元化的狀態(tài)，無法用統(tǒng)一的標準來進行衡量。因此，對中職教師的分層普及是一個難點和重點。

對中職教師的分層，首先需要從地域來進行區(qū)分。沿海地區(qū)的激光快速成型已經(jīng)應(yīng)用多年，而內(nèi)地由于制造業(yè)不如沿海地區(qū)發(fā)達，接觸到3D打印技術(shù)的機會較少。因此，根據(jù)地域制造業(yè)和3D打印技術(shù)融合的程度來進行分層是首先需要考慮的問題。

其次，需要從專業(yè)來進行區(qū)分。中職教育專業(yè)繁多，不同的專業(yè)對3D打印技術(shù)有不同的需求。比如與智能制造產(chǎn)業(yè)相關(guān)的專業(yè)，就需要教師教導(dǎo)學(xué)生精通并掌握3D打印技術(shù)；與傳統(tǒng)制造業(yè)相關(guān)的專業(yè)，則需要3D打印技術(shù)作為教學(xué)輔助工具來提高課堂效率；正處于傳統(tǒng)制造業(yè)向智能制造業(yè)轉(zhuǎn)型的專業(yè)，則需要考慮到更為煩瑣的因素。由此可知，根據(jù)專業(yè)進行分層是正確應(yīng)用3D打印技術(shù)必須考慮的問題。

最后，需要從教師自身的素質(zhì)出發(fā)來進行區(qū)分。中職教師對新興技術(shù)的接受程度和能力是參差不齊的，而教師是知識傳播的起點和傳授者，如果不能融會貫通，會給教學(xué)帶來極大的風險。因此，根據(jù)中職教師的素質(zhì)進行分層是正確應(yīng)用3D技術(shù)的保障。

整合各利益方資源，降低中職教師學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)的門檻 從我國目前的研發(fā)狀況來看，中職教師要熟練掌握3D打印技術(shù)，主要面臨以下兩個方面的困境。

第一個方面的困境是3D打印技術(shù)的核心力量掌握在大學(xué)的研發(fā)機構(gòu)中，而我國的高等教育科研和職教應(yīng)用還未形成完整的、良好的互動紐帶。因此，如何突破核心技術(shù)的門檻，實現(xiàn)高等教育和中職教育的“雙贏”發(fā)展，就成為一個難點。

第二個方面的困境是3D打印技術(shù)從技術(shù)研發(fā)到商業(yè)應(yīng)用的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)掌握在制造業(yè)企業(yè)的手中，而職業(yè)教育和市場產(chǎn)業(yè)狀況、企業(yè)需求間的無縫對接也或多或少地存在一些問題。因此，如何了解企業(yè)、市場的真實需求，正確評估市場對中職人才的需求，根據(jù)市場的要求去普及3D打印的教學(xué)，就成為另一個難點。

由此可以看出，3D打印技術(shù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用普及涉及的利益方較為復(fù)雜。如何有效整合教學(xué)資源，在實現(xiàn)各個利益方共贏的基礎(chǔ)上，構(gòu)建成熟合理的中職教師學(xué)習(xí)和應(yīng)用3D打印技術(shù)的路徑，是提高中職教師應(yīng)用3D技術(shù)效率和效益的難點。

6 結(jié)語

3D打印技術(shù)是一項新興的技術(shù)，它在中職教師教學(xué)中的應(yīng)用研究將會是“十三五”期間一個值得長期關(guān)注的問題。我國已經(jīng)在應(yīng)用自主研發(fā)的核心技術(shù)，應(yīng)該以此為支撐，根據(jù)區(qū)域經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的特征，整合各利益方的資源，在中職教師中開展學(xué)習(xí)和應(yīng)用3D打印技術(shù)的普及工程，從中揭示出3D打印技術(shù)在中職教學(xué)應(yīng)用中面臨的困難和挑戰(zhàn)，并對3D打印技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用的影響因素進行深入分析，最終探索正確應(yīng)用和普及的方法和規(guī)律，從中概括出具有理論支持及應(yīng)用價值的對策和建議，為中職教育的現(xiàn)代化發(fā)展提供一些有益的視角?！?/p>

［1］溫家寶.大力發(fā)展中國特色的職業(yè)教育∶溫家寶總理在全國職業(yè)教育工作會議上的講話［EB/OL］.［2005-11-07］. http://www.huaxia.com/xw/zdxw/gcdt/2005/00386849.html.

［2］黃衛(wèi)東.建設(shè)增材制造（3D打?。┘夹g(shù)的科技、教育與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的系統(tǒng)工程［J］.改革與開放，2014（15）∶7-10，70.

［3］王萍.3D打印及其教育應(yīng)用初探［J］.中國遠程教育，2013（8）∶83-87，120.

［4］王忠宏.中國3D打印產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展思路［J］.經(jīng)濟縱橫，2013（1）∶90-93，150.

Research of 3D Printing Technology Applied in Secondary Voca-tional Teachers’ Teaching

ZHU Shu， ZHAO Jiandong

Vocational schools as a base training high-quality workers and skilled personnel adapt to the economic and social development，must quickly transformation point of view， to popularize and apply 3D printing technology in the education. Teachers in the vocational schools as the main body to impart knowledge must master the law of the correct application of 3D printing technology.when teacher applicate of 3D printing technology in the teaching， the teaching effi ciency can improve.

3D printing technology； teachers of the secondary vocational school； traditional manufacture industry

G652

B

1671-489X（2016）10-0039-03

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.10.039

*基金來源：本文受廣東省教育廳特色創(chuàng)新項目（2014WTSCX078）資助。

作者：朱姝，廣東技術(shù)師范學(xué)院教育技術(shù)與傳播學(xué)院講師，研究方向為廣播電視藝術(shù)；趙劍東，廣東技術(shù)師范學(xué)院教育技術(shù)與傳播學(xué)院副教授，研究方向為計算機（510665）。