朱丁亮 黃紹宏 劉彥哲 肖蘇成

摘 要：3D打印技術(shù)被稱為“具有工業(yè)革命意義的制造技術(shù)”，是科技創(chuàng)新2030背景下突破發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。該技術(shù)在教育行業(yè)的應(yīng)用已嶄露頭角。然而3D打印作為創(chuàng)新技術(shù)如何與教學(xué)活動(dòng)有機(jī)融合一直以來(lái)困擾著該項(xiàng)技術(shù)在教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)教育思維的禁錮、3D打印專業(yè)人才不足、適用于學(xué)校教學(xué)用的3D打印機(jī)存在缺陷、現(xiàn)行教育體制對(duì)3D打印教學(xué)的排斥成為四大亟待解決的問(wèn)題。本文結(jié)合江西省3D打印企業(yè)在開拓校園市場(chǎng)的障礙給出了對(duì)策分析。從創(chuàng)新3D打印技術(shù)與教學(xué)相結(jié)合的模式；培養(yǎng)專業(yè)的3D打印人才；提高3D打印硬軟件質(zhì)量；自下而上推動(dòng)創(chuàng)新教育在中小學(xué)的落實(shí)；優(yōu)化成本，租賃初探，按揭分付模式探索五個(gè)方面解決上述問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：3D打印企業(yè) 校園市場(chǎng) 對(duì)策研究

中圖分類號(hào)：F416.84 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-0298（2018）03（b）-151-03

3D打印進(jìn)校園近年來(lái)已逐漸成為教育領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)，將3D打印技術(shù)、產(chǎn)品引進(jìn)教育領(lǐng)域，必將促進(jìn)科技與教育的更優(yōu)結(jié)合，推動(dòng)優(yōu)質(zhì)教育模式的產(chǎn)生與發(fā)展，造福當(dāng)代廣大中小學(xué)受教育者。未來(lái)隨著個(gè)性化、多樣化消費(fèi)漸成主流，生產(chǎn)小型化、智能化、專業(yè)化將成為產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)組織的新特征，3D打印在服務(wù)“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”和“互聯(lián)網(wǎng)+”以及智能制造等方面的作用將日益突出。

2016年7月28日，國(guó)務(wù)院下發(fā)《“十三五”國(guó)家創(chuàng)新規(guī)劃》，指出從長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略需求出發(fā)，啟動(dòng)科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目。發(fā)展智能制造和機(jī)器人，以智能、高效、協(xié)同、綠色、安全發(fā)展為總目標(biāo)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造平臺(tái)，研發(fā)智能機(jī)器人、高端成套裝備、三維3D打印等裝備，夯實(shí)制造基礎(chǔ)保障能力，被列入項(xiàng)目之中。

伴隨著歐美發(fā)達(dá)國(guó)家及日本、韓國(guó)、新加坡等國(guó)陸續(xù)頒布、更新本國(guó)增材制造相關(guān)政策，隨著工業(yè)“4.0時(shí)代”的到來(lái)，《國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015—2016年）》和《中國(guó)制造2025》等政策的逐步推行，科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目的啟動(dòng)將增材制造的研發(fā)應(yīng)用上升到更高的戰(zhàn)略層面，促進(jìn)3D打印產(chǎn)業(yè)與教育事業(yè)的更優(yōu)結(jié)合，催生出新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，帶來(lái)制造新業(yè)態(tài)。

1 3D打印在教育領(lǐng)域的應(yīng)用概況

3D打印技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，一些國(guó)家和組織就十分重視其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，并開始嘗試3D打印在學(xué)校的推廣。英國(guó)教育部開展了一項(xiàng)為期一年的試驗(yàn)項(xiàng)目（2012.10—2013.9），以21個(gè)學(xué)校為試點(diǎn)，將3D印技術(shù)應(yīng)用到數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)科學(xué)、工程和設(shè)計(jì)等課程中，探索3D打印的教學(xué)應(yīng)用，推動(dòng)教學(xué)創(chuàng)新[1]。

韓國(guó)首爾在“首爾型制作教育”中長(zhǎng)期（2018—2022年）發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃中公布首爾將在五年內(nèi)投100億韓元為學(xué)校引進(jìn)3D打印機(jī)和3D筆課程。國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)起步比國(guó)外晚，但這幾年也興起一股3D打印進(jìn)校園的熱潮。以南昌市南師附小為例，該校已引進(jìn)20余臺(tái)大小、功能不一的桌面級(jí)3D打印機(jī)供學(xué)生課外興趣小組和教師創(chuàng)新教育使用。雖然國(guó)內(nèi)十分重視3D打印在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，但是由于至今沒(méi)有找到將3D技術(shù)與教育有效結(jié)合的科學(xué)模式等原因，3D打印企業(yè)進(jìn)入教育市場(chǎng)遭遇運(yùn)營(yíng)瓶頸，國(guó)內(nèi)教育市場(chǎng)遠(yuǎn)沒(méi)有打開。

2 3D打印走進(jìn)中小學(xué)校園的意義

3D打印技術(shù)具有數(shù)字化、可視化、人工智能化的特點(diǎn)。3D打印技術(shù)應(yīng)用到課堂教學(xué)中，能把學(xué)生書本上的抽象知識(shí)轉(zhuǎn)化成立體可見(jiàn)的實(shí)際物體，老師在講解中也會(huì)更加生動(dòng)形象，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，學(xué)生可以充分發(fā)揮自己的想象力，借助3D打印機(jī)將頭腦中的東西實(shí)體化，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。3D打印是一門創(chuàng)意性極強(qiáng)的學(xué)科，需要對(duì)空間進(jìn)行完全理解和操作，精準(zhǔn)地對(duì)不同緯度和空間進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)從平面到立體的空間轉(zhuǎn)換，是大腦形象思維能力和邏輯思維能力的重要結(jié)合方式，對(duì)開發(fā)學(xué)生的大腦思維能力十分重要。在中小學(xué)開展好3D打印創(chuàng)客教育，是國(guó)家實(shí)現(xiàn)2025中國(guó)成為創(chuàng)新型國(guó)家的必要教育投入，對(duì)轉(zhuǎn)變應(yīng)試教育為素質(zhì)教育并且逐步趕超西方國(guó)家素質(zhì)教育有重大意義。

3 3D打印走進(jìn)中小學(xué)校園的主要障礙

3.1 技術(shù)與教育結(jié)合模式低效

3D技術(shù)與學(xué)科教育的有效結(jié)合[2]，一方面體現(xiàn)在利用3D打印機(jī)打印實(shí)體模具將課堂抽象內(nèi)容可視化，將教學(xué)內(nèi)容與模型結(jié)合從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)學(xué)科知識(shí)的理解；另一方面體現(xiàn)在利用建模軟件提高學(xué)生的動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。然而，在走訪調(diào)研南昌市中小學(xué)的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)目前授課老師把3D打印設(shè)備僅當(dāng)成打印的工具，缺少對(duì)更重要的三維建模部分的講解。有的學(xué)校雖然建立了專門的興趣社團(tuán)并且配備了專業(yè)的信息技術(shù)老師，但因?yàn)榧夹g(shù)語(yǔ)言與學(xué)科教研語(yǔ)言之間的互聯(lián)互通沒(méi)有徹底貫穿，最終沒(méi)能通過(guò)課堂實(shí)現(xiàn)3D打印與學(xué)科知識(shí)的有效銜接。

3.2 3D打印專業(yè)人才不足

3D技術(shù)靈活運(yùn)用于中小學(xué)課堂對(duì)教師素質(zhì)有較高要求，需要教師精通3D打印硬件及軟件的使用。其實(shí)，3D打印進(jìn)課堂應(yīng)該是多學(xué)科的，3D技術(shù)要真正走入課堂，需要被技術(shù)學(xué)科之外的老師掌握，并且應(yīng)用到教學(xué)中，課堂才具有生命力。但是3D技術(shù)作為近兩年興起的新興技術(shù)，除信息技術(shù)老師外，大部分老師對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的理解和掌握尚處在一個(gè)探索階段，能熟練掌握這項(xiàng)技術(shù)硬軟件操作的人很少。缺乏專業(yè)化的3D教學(xué)人才，使得3D打印在教育中的推廣受到阻礙。

3.3 校用3D打印機(jī)性能不高

就目前3D打印機(jī)而言，學(xué)校引進(jìn)的桌面級(jí)3D打印機(jī)技術(shù)成熟度不高，有如打印機(jī)噴頭堵塞、打印成品率低、打印速度慢等技術(shù)痛點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)校方而言，成本也是關(guān)鍵因素?，F(xiàn)階段市場(chǎng)上3D打印機(jī)體普遍單價(jià)在6千左右，普通中小學(xué)難以承受批量購(gòu)買的資金壓力。3D打印耗材主要為塑料型材料，材料消耗大、成本高；打印模型的時(shí)間長(zhǎng)，1cm3大小的物品需要一兩個(gè)課時(shí)才能完成。

3.4 現(xiàn)行教育體制對(duì)3D打印教學(xué)的排斥

現(xiàn)行的教育制度下，對(duì)一個(gè)學(xué)生的評(píng)價(jià)，高考還是最直接、最有效的方式。從幼兒園到高中畢業(yè)，12年磨一劍，高考不僅是改變一個(gè)人人生的載體，也是一個(gè)家庭“光宗耀祖”的載體。12年的辛苦就等高考放榜一瞬間。同時(shí)，教育機(jī)構(gòu)、社會(huì)也把高考成績(jī)作為評(píng)價(jià)一個(gè)學(xué)校的最重要標(biāo)準(zhǔn)。因此，從個(gè)人、家庭、社會(huì)，對(duì)高考都給予厚望。因此，很多家長(zhǎng)和師生都致力于高考這一終極目標(biāo)，堅(jiān)持“高考定終生”。雖然3D技術(shù)具有可視化、立體化、靈活性等特征，能促進(jìn)學(xué)生理解抽象事物，開拓學(xué)生的思維創(chuàng)造能力，但是國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的3D技術(shù)與教育的融合模式并沒(méi)有獲得大部分師生及家長(zhǎng)的認(rèn)可，因此，學(xué)校開設(shè)的3D技術(shù)課堂缺乏系統(tǒng)化的教程，而且課時(shí)短、受眾小。

4 解決3D打印企業(yè)進(jìn)入中小學(xué)校園難題的對(duì)策思考

盡管3D打印技術(shù)對(duì)教育的發(fā)展具有巨大的促進(jìn)作用，但由于技術(shù)及模式缺陷，3D打印企業(yè)遠(yuǎn)沒(méi)有打開國(guó)內(nèi)中小學(xué)教育市場(chǎng)。毫無(wú)疑問(wèn)，將3D打印技術(shù)順利融入中小學(xué)教育，3D打印企業(yè)能獲得不可估量的經(jīng)濟(jì)利益，學(xué)校的教育也能得到極大進(jìn)步和長(zhǎng)足發(fā)展。從3D打印企業(yè)角度來(lái)說(shuō)，要想徹底打開國(guó)內(nèi)中小學(xué)教育市場(chǎng)，真正地讓3D打印技術(shù)服務(wù)于中小學(xué)教育，需要從以下幾個(gè)方面努力。

4.1 創(chuàng)新3D打印技術(shù)與教學(xué)相結(jié)合的模式

傳統(tǒng)課程教學(xué)給我們呈現(xiàn)出的一大弊端就是各個(gè)學(xué)科之間教學(xué)獨(dú)立以致于脫離真實(shí)生活主題。我們需要跨越學(xué)科之間的界限，開展面向真實(shí)生活的主題教學(xué)，比如，劉蓮花女士提出的“STEAM+3D”跨學(xué)科整合教學(xué)模式，對(duì)各專業(yè)進(jìn)行整合，創(chuàng)新課程，應(yīng)遵循“問(wèn)題提出—分析問(wèn)題—設(shè)計(jì)模型—打印模型—模型驗(yàn)證并修改—最終產(chǎn)品”的項(xiàng)目教學(xué)過(guò)程。而通過(guò)我們對(duì)中小學(xué)課程的整合，我們規(guī)劃了適合中小學(xué)教育的“STEAM+3D”跨學(xué)科整合教學(xué)模式，如圖1所示。

例如，老師給學(xué)生布置一道以“在兩棟教學(xué)樓之間架構(gòu)天橋”的課外作業(yè)，小組成員根據(jù)圖1所示的思維導(dǎo)圖，利用所學(xué)的物理、數(shù)學(xué)、美術(shù)等知識(shí)分析天橋的結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)度、材料密度、形狀等，設(shè)計(jì)出模型后，利用3D打印機(jī)快速成型、零技能制造的特點(diǎn)將復(fù)雜結(jié)構(gòu)予以展示，檢驗(yàn)實(shí)物的實(shí)用性，從而更好地發(fā)現(xiàn)并新問(wèn)題并提出新方法。在其過(guò)程中，學(xué)生在每一個(gè)環(huán)節(jié)都開動(dòng)腦筋、查找資料、相互討論、高度參與，融會(huì)各學(xué)科知識(shí)，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合[3]。

4.2 培養(yǎng)專業(yè)的3D打印人才

3D打印技術(shù)進(jìn)入教育領(lǐng)域嚴(yán)重匱乏的資源即師資力量不足。3D打印的使用主要涉及軟硬件的操作，基于此提出兩種針對(duì)性解決方案。一是通過(guò)實(shí)施頂崗機(jī)制，建立校企之間的商業(yè)聯(lián)系，充分利用這一橋梁關(guān)系在學(xué)校挑選一批優(yōu)秀老師輪流在企業(yè)頂崗實(shí)踐，站在市場(chǎng)前沿充分感受3D打印在市場(chǎng)的使用發(fā)展情況，進(jìn)一步了解3D打印軟件的操作使用，及時(shí)準(zhǔn)確獲取3D技術(shù)信息并將其運(yùn)用到教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中。二是校內(nèi)提供良好的師資培養(yǎng)平臺(tái)，基于與企業(yè)聯(lián)系，由企業(yè)提供培訓(xùn)指導(dǎo)人員，在校定期針對(duì)性培養(yǎng)老師對(duì)3D打印軟硬件的操作能力及3D打印機(jī)體的維護(hù)能力。

4.3 提高3D打印硬軟件質(zhì)量

企業(yè)應(yīng)該加強(qiáng)國(guó)內(nèi)外同行業(yè)之間的交流，借鑒先進(jìn)的技術(shù)，通過(guò)加大技術(shù)投入來(lái)解決3D打印硬軟件的質(zhì)量問(wèn)題。針對(duì)軟件的選擇，企業(yè)應(yīng)該研發(fā)設(shè)計(jì)一些類似于“草圖大師”3D小軟件對(duì)機(jī)器運(yùn)行要求不高，界面直觀，入門簡(jiǎn)單，適用于深入學(xué)習(xí)的傻瓜式的操作軟件。針對(duì)硬件，企業(yè)應(yīng)該從打印精度、材質(zhì)選取、打印時(shí)間等方面來(lái)優(yōu)化現(xiàn)有的3D打印產(chǎn)品，讓學(xué)校師生獲得更好的產(chǎn)品體驗(yàn)。

4.4 自下而上推動(dòng)創(chuàng)新教育在中小學(xué)的落實(shí)

和傳統(tǒng)教育相比，STEAM教育能幫助學(xué)生了解、學(xué)習(xí)和掌握尖端科技，激發(fā)他們對(duì)未知領(lǐng)域的探究欲，從小培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力，同時(shí)也教給他們善于合作的寶貴精神。企業(yè)可以在中小學(xué)舉辦各類以3D打印技術(shù)為依托的比賽，如建模比賽、產(chǎn)品設(shè)計(jì)比賽等。政府應(yīng)從政策上給予開展STEAM教育的學(xué)校以鼓勵(lì)，比如，通過(guò)學(xué)習(xí)STEAM教育課程、參加科技類比賽獲獎(jiǎng)可以為升學(xué)加分等，以此加大學(xué)校和家長(zhǎng)對(duì)創(chuàng)新教育的重視。

4.5 優(yōu)化成本，租賃初探，按揭分付模式探索

據(jù)團(tuán)隊(duì)在南昌市各中小學(xué)長(zhǎng)期實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，絕大部分學(xué)校表示3D打印成本高，主要體現(xiàn)在3D打印機(jī)體本身過(guò)于昂貴，目前市場(chǎng)上機(jī)體的普遍售價(jià)在6千左右，一般的學(xué)校難以批量購(gòu)買。此外，3D打印耗材大，機(jī)體維護(hù)成本高。且目前國(guó)內(nèi)技術(shù)有限，在3D打印機(jī)體及耗材方面短時(shí)間難以通過(guò)技術(shù)改良降低其成本，3D打印企業(yè)只能另辟途徑優(yōu)化營(yíng)銷模式來(lái)打開教育市場(chǎng)。除此之外，各中小學(xué)院校是一個(gè)特殊龐大的消費(fèi)群體，3D打印企業(yè)可以在與學(xué)校建立長(zhǎng)時(shí)期穩(wěn)定商業(yè)聯(lián)系的基礎(chǔ)上，針對(duì)這一特殊消費(fèi)群體提出特色銷售模式，與學(xué)校簽訂租賃協(xié)議，以租賃的方式向?qū)W校提供3D打印機(jī)。企業(yè)通過(guò)掌握產(chǎn)品的所有權(quán)，以捆綁式銷售租其機(jī)體，賦予其使用權(quán)。通過(guò)提供軟件設(shè)計(jì)、機(jī)體的維護(hù)保障以及技術(shù)培訓(xùn)等方式獲取可觀的經(jīng)濟(jì)利益，從而實(shí)現(xiàn)3D打印企業(yè)與學(xué)校的互利共贏。

參考文獻(xiàn)

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