屠莉+奚达新

摘 要： 3D打印作为一种创新型技术，已经在创意设计、工业制造等领域中得到广泛应用并体现出强大的创造性和创新性。文章主要研究如何将3D打印应用到高校大学生创新教育实践活动中，基于3D打印研发工作室，介绍如何开展一系列围绕人才培养的创新教育实践活动，从而培养适应社会发展的创新型人才。

关键词： 3D打印；高校；人才培养；创新；教育

0 引 言

随着经济的快速发展和工业领域的转型升級，信息化、便捷化、个人化和创意化将成为未来技术发展方向的核心。社会和政府对于培养大量高素质创新型专业人才的需求变得越来越紧迫，相关人才的专业素质和创新能力也变得越来越重要，因此高校人才培养目标也开始从知识型到技能型、从传统技能型到创新型转变，并通过不断开展各种创新教育实践活动增强学生的创新意识和创新能力。近年来，3D打印技术作为一种蕴含创造性和设计思维的创新型技术，在创意设计、工业制作等领域得到迅猛的发展[1]。江阴职业技术学院通过与企业合作，成立了3D打印研发工作室，主要向学生提供创客、创新和创业平台，并整合计算机系及各类资源，实现专业融合，开展3D教学、技术研发、人才培养、提供社会化3D打印服务和培训等一系列创新教育实践活动，探索创新型人才培养教育的新模式。

1 3D打印发展概述和分析

1.1 3D打印原理

3D打印技术是近年来发展起来的一种新型三维数字化立体加工的快速成型技术[2-3]。相对于传统的减材制造，3D打印可以称为增材制造（additive manufacturing， AM）。通俗来讲，如果把一张纸看做“一层”的话，那么，一个立体物体可以被看做由“无数个层”组成的，3D打印就是把物体一层层分解并形成打印路径，打印时按照打印路径连续打印堆积而成的。3D打印是一个物体从0到1、从无到有的过程，且不浪费材料。

目前，3D打印机有两种类型，一种是堆叠法，另一种是烧结。原理基本上都是多层分片打印，堆叠和烧结只是成型技术的区别。堆叠只能成型塑料、硅之类的材质，对固化反应速度有要求；烧结可以利用激光的高温对金属粉末进行处理，加工出金属材质的东西，实体可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。桌面3D打印就是采用第一种堆叠法。

1.2 3D打印创新教育思维

3D打印有别于传统的制造行业，可以加工出任意复杂和有创意性的作品。目前，3D打印已经被广泛应用于工业、医疗、机械制造等领域，颠覆了传统制造技术，使产品设计、生产等环节更加优化。3D打印通过三维建模，将创意或创新思维转变为现实，最终打印成成品，因此更适合应用于创新型、特殊定制、个性化或传统工艺无法制造的行业及领域。桌面3D打印机就是把打印机和3D技术及创意技术相融合，实现把工厂搬进教室。理论上，只需要一个想法、合适的材料和一台3D打印机，就可以把你脑中的想法转化成实体，零件、玩具、食物甚至人造器官的打印都已经成为现实。3D打印技术本身及应用领域就蕴含了一定的创新设计思维，为创新提供了有力工具，可以很好地应用到高校大学生创新思维的培养和训练中。3D打印的快速成型所具备的直观性也可以较好地引起学生的兴趣，让学生产生成就感，非常适合应用到学生创新教育中[4]。

2 基于3D打印研发工作室的创新教育实践探索

江阴职业技术学院计算机科学系与企业合作，面向全校学生成立了3D打印研发工作室。目前，工作室已引进桌面打印机、3D扫描仪等3D打印软硬件设备和技术。工作室主要为那些对3D打印和创意设计感兴趣的学生提供基于3D创新的实践活动平台，同时也为教师提供创新教育和研发的工作空间。工作室的运行模式主要以学生为主体、指导老师为引导，并开展一系列的创新教育实践活动，培养创新人才。基于3D打印研发工作室的创新教育活动如图1所示。

2.1 3D创意设计

3D研发工作室下设3D思维社团，完全由学生自己管理。由于3D打印需要一定的计算机3D建模基础，因此社团主要面向计算机系的动漫、多媒体专业以及软件相关专业学生招募成员。在专业老师的指导下，社团学生进一步学习三维建模知识、3D打印相关技术和维护技术，并依托三维课程，学习3D创意设计，制作设计成品；同时，学生也可以在其毕业设计中，充分发挥自己的创新创意思维，完成毕业设计作品。目前，由学生设计并打印的一些创意作品获得广泛好评，并刻上学校logo，成为学校礼品和纪念品。学生设计的象棋作品如图2所示。

社团采用“老带新”机制，老成员负责给新成员进行3D技术培训，包括建模软件的学习以及3D打印机的使用和维护。除了社团成员，工作室也欢迎全校对3D打印感兴趣的其他系和其他专业学生参与进来，并为他们提供三维建模和3D打印知识和技术方面的帮助，让他们能在自己的专业领域中进行创意设计，并训练创新思维。

2.2 3D项目研发

依托3D研发工作室，学生可以申请并参与各类项目研发。为了开阔学生眼界，增强学生专业能力，工作室会定期安排部分学生到合作企业参观、交流和培训，开展各类校企合作；同时，3D打印也需要专业融合解决实际问题，如2016年，3D研发工作室学生成功申报学院大学生科研基金项目，即基于3D打印的机器人装备研发，为机器人装备的研发和制作提供支撑。通过与嵌入式专业的机器人研发团队充分合作，工作室设计制作的外壳模型和武器装备被安装到团队自主研发的坦克小车上，兼具美观性和功能性，该设计在全国机器人RobotAC大赛中荣获三等奖。图3所示为最终的研发成果、比赛过程和获奖结果。

目前，工作室学生在教师的指导下正积极申报江苏省大学生实践创新训练项目。学生在项目研发的过程中，不断训练自己的专业技能和创新思维，提高了科研能力和创新能力。

2.3 创意技能竞赛

学生可以参加各级各类创意技能大赛，展示自己的创意设计和作品。工作室内部会定期开展创意作品比赛，让学生能在一定阶段的学习和训练后，验证自身学习效果。

此外，每年计算机系会定期与企业合作，面向全系学生举办“Imagin Cup”创意系列大赛。依托三维建模专业课程，工作室将举办“Imagin Cup 3D打印创意设计大赛”，所有对3D打印感兴趣并有创意设计灵感的学生都可以参赛。大赛通过学生对作品的介绍以及公开评比和展示环节，评选出比赛结果并予以公示。学生每年的参赛热情很高，作品的美观性和创意性以及实用性也逐年提高。

学生也可以参加各级各类的创意设计技能大赛以及科技展，如“万舜杯”科技展，学生可以展示自己的作品并评奖；通过与其他专业或工作室合作，共同参加一些专业技能大赛，如全国大学生机器人RobotAC大赛等。

2.4 创新创业实践

目前，为了培养学生的创新创业能力，现已建立了很多面向在校大学生提供的各级各类创新创业平台。依托3D打印研发工作室，学生积极参加各种创业大赛和实践活动。2016年，学生团队的创业计划和作品成功入选江苏省无锡市青年创新创业嘉年华活动。目前，学生在工作室教师的指导下正积极申报学院创新创业项目以及江苏省创新创业训练项目。学生在参与创业项目的过程中，不仅可以发挥自己的創新设计能力，还可以掌握创业的相关知识和流程，为今后成功创业打下基础；部分学生甚至在大学期间就开启了自己的创业道路。

2.5 3D创意课程开发

为了让更多的学生参与3D打印的创意设计中，在学院和计算机系的支持下，工作室教师和学生共同完成3D创意设计课程的开发，并成功申报学院精品课程资源项目。目前，3D创意设计课程已经面向计算机系其他专业开设专业选修课，同时，面向全院开设公选课，让全院各系所有对3D打印创意设计感兴趣的学生选课，参与3D打印的学习中。通过开设3D创意设计课程，可以促进专业融合，将3D打印应用到机械、电子、艺术、机电等专业，进一步促进学生创新意识和能力的培养。

2.6 创新人才培养

依托3D打印工作室的运行，通过开展以上各种创新教育实践活动，可以很好地培养创新人才。3D打印是一个新兴行业，正处在发展起步阶段。目前，各种3D打印实践中心、服务中心及体验中心不断出现，各行各业应用3D打印技术越来越多，3D打印技术教育中心也不断成立；今后，3D打印技术将不断普及，应用范围也会越来越广泛，因此对3D打印相关的创意设计人才以及技术维护和支撑人才的需求也会越来越大，高校作为人才培养基地应先行一步，培养适合社会发展需求的创新人才。

3 3D打印创新教育发展思考

通过3D打印在高校大学生创新教育实践活动中的探索，在创新人才培养上已初有成效，但是随着3D打印的不断发展，打印新技术、新材料或者新型打印工艺的发展必将推进3D打印创新教育的发展，社会发展、行业融合和产业推进也将促进3D打印的创新应用教育。对此，我们对于3D打印在高校大学生创新教育中的发展有如下思考：目前，大部分的3D打印教育局限于桌面打印机的应用，所用的打印材料也局限于PLA环保材料或者一些简单的食品级材料，使得学生在创意设计或创新应用上有一定的局限性。随着技术发展以及高校创新教育的发展，可以通过进一步深化校企合作，学习工业级设备的应用和技术，以推进创新人才培养。今后的高校创新教育模式也需要进一步探索。如何深化“做中学、学中做”，进一步开展体验学习和创造学习，为学生提供开放式学习空间或系统并为个性化学习提供服务，提供系统化的创新创业平台，是一个值得深思的问题。

4 结 语

3D打印技术发展迅速，是培养学生创新能力的有力工具。我们主要对3D打印创新人才教育模式做了探索和实践。江阴职业技术学院基于3D打印研发工作室平台，针对全院学生开展了各种创新实践活动，很好地提升了学生的自主创新意识、专业综合素质和创新能力，培养锻炼了学生的科研创新能力，为将来学生走向社会进行科学研究和创新创业奠定了良好的基础。面对行业的发展、技术的更新以及教育手段的改进，对3D打印技术的创新人才培养模式的探索还需要进一步完善和改进。

参考文献：

[1] 中国机械工程学会. 3D打印： 打印未来[M]. 北京： 中国科学技术出版社， 2013： 140-153.

[2] 周功耀， 罗军. 3D打印基础教程[M]. 北京： 东方出版社， 2013： 1-2.

[3] 王娟， 吴永和， 段晔， 等. 3D技术教育应用创新透视[J]. 现代远程教育研究， 2015（1）： 62-71.

[4] 尚雯， 谭跃刚， 张帆， 等. 面向大学生创新教育的3D打印教学实验平台研究与应用[J]. 中国轻工教育， 2016（3）： 73-76.

（编辑：宋文婷）