朱丁亮 黄绍宏 刘彦哲 肖苏成

摘 要：3D打印技术被称为“具有工业革命意义的制造技术”，是科技创新2030背景下突破发展的重点领域。该技术在教育行业的应用已崭露头角。然而3D打印作为创新技术如何与教学活动有机融合一直以来困扰着该项技术在教育领域的广泛应用，传统教育思维的禁锢、3D打印专业人才不足、适用于学校教学用的3D打印机存在缺陷、现行教育体制对3D打印教学的排斥成为四大亟待解决的问题。本文结合江西省3D打印企业在开拓校园市场的障碍给出了对策分析。从创新3D打印技术与教学相结合的模式；培养专业的3D打印人才；提高3D打印硬软件质量；自下而上推动创新教育在中小学的落实；优化成本，租赁初探，按揭分付模式探索五个方面解决上述问题。

关键词：3D打印企业 校园市场 对策研究

中图分类号：F416.84 文献标识码：A 文章编号：2096-0298（2018）03（b）-151-03

3D打印进校园近年来已逐渐成为教育领域关注的焦点，将3D打印技术、产品引进教育领域，必将促进科技与教育的更优结合，推动优质教育模式的产生与发展，造福当代广大中小学受教育者。未来随着个性化、多样化消费渐成主流，生产小型化、智能化、专业化将成为产业经济组织的新特征，3D打印在服务“大众创业、万众创新”和“互联网+”以及智能制造等方面的作用将日益突出。

2016年7月28日，国务院下发《“十三五”国家创新规划》，指出从长远战略需求出发，启动科技创新2030重大项目。发展智能制造和机器人，以智能、高效、协同、绿色、安全发展为总目标，构建网络协同制造平台，研发智能机器人、高端成套装备、三维3D打印等装备，夯实制造基础保障能力，被列入项目之中。

伴随着欧美发达国家及日本、韩国、新加坡等国陆续颁布、更新本国增材制造相关政策，随着工业“4.0时代”的到来，《国家增材制造产业发展推进计划（2015—2016年）》和《中国制造2025》等政策的逐步推行，科技创新2030重大项目的启动将增材制造的研发应用上升到更高的战略层面，促进3D打印产业与教育事业的更优结合，催生出新的经济增长点，带来制造新业态。

1 3D打印在教育领域的应用概况

3D打印技术出现以来，一些国家和组织就十分重视其在教育领域的应用，并开始尝试3D打印在学校的推广。英国教育部开展了一项为期一年的试验项目（2012.10—2013.9），以21个学校为试点，将3D印技术应用到数学、物理、计算机科学、工程和设计等课程中，探索3D打印的教学应用，推动教学创新[1]。

韩国首尔在“首尔型制作教育”中长期（2018—2022年）发展战略计划中公布首尔将在五年内投100亿韩元为学校引进3D打印机和3D笔课程。国内3D打印技術起步比国外晚，但这几年也兴起一股3D打印进校园的热潮。以南昌市南师附小为例，该校已引进20余台大小、功能不一的桌面级3D打印机供学生课外兴趣小组和教师创新教育使用。虽然国内十分重视3D打印在教育领域的应用，但是由于至今没有找到将3D技术与教育有效结合的科学模式等原因，3D打印企业进入教育市场遭遇运营瓶颈，国内教育市场远没有打开。

2 3D打印走进中小学校园的意义

3D打印技术具有数字化、可视化、人工智能化的特点。3D打印技术应用到课堂教学中，能把学生书本上的抽象知识转化成立体可见的实际物体，老师在讲解中也会更加生动形象，激发学生的学习兴趣。同时，学生可以充分发挥自己的想象力，借助3D打印机将头脑中的东西实体化，锻炼学生的创新思维能力。3D打印是一门创意性极强的学科，需要对空间进行完全理解和操作，精准地对不同纬度和空间进行处理，实现从平面到立体的空间转换，是大脑形象思维能力和逻辑思维能力的重要结合方式，对开发学生的大脑思维能力十分重要。在中小学开展好3D打印创客教育，是国家实现2025中国成为创新型国家的必要教育投入，对转变应试教育为素质教育并且逐步赶超西方国家素质教育有重大意义。

3 3D打印走进中小学校园的主要障碍

3.1 技术与教育结合模式低效

3D技术与学科教育的有效结合[2]，一方面体现在利用3D打印机打印实体模具将课堂抽象内容可视化，将教学内容与模型结合从而促进学生对学科知识的理解；另一方面体现在利用建模软件提高学生的动手能力，激发学生的创造性思维。然而，在走访调研南昌市中小学的过程中，我们发现目前授课老师把3D打印设备仅当成打印的工具，缺少对更重要的三维建模部分的讲解。有的学校虽然建立了专门的兴趣社团并且配备了专业的信息技术老师，但因为技术语言与学科教研语言之间的互联互通没有彻底贯穿，最终没能通过课堂实现3D打印与学科知识的有效衔接。

3.2 3D打印专业人才不足

3D技术灵活运用于中小学课堂对教师素质有较高要求，需要教师精通3D打印硬件及软件的使用。其实，3D打印进课堂应该是多学科的，3D技术要真正走入课堂，需要被技术学科之外的老师掌握，并且应用到教学中，课堂才具有生命力。但是3D技术作为近两年兴起的新兴技术，除信息技术老师外，大部分老师对这项技术的理解和掌握尚处在一个探索阶段，能熟练掌握这项技术硬软件操作的人很少。缺乏专业化的3D教学人才，使得3D打印在教育中的推广受到阻碍。

3.3 校用3D打印机性能不高

就目前3D打印机而言，学校引进的桌面级3D打印机技术成熟度不高，有如打印机喷头堵塞、打印成品率低、打印速度慢等技术痛点。同时，对校方而言，成本也是关键因素。现阶段市场上3D打印机体普遍单价在6千左右，普通中小学难以承受批量购买的资金压力。3D打印耗材主要为塑料型材料，材料消耗大、成本高；打印模型的时间长，1cm3大小的物品需要一两个课时才能完成。

3.4 现行教育体制对3D打印教学的排斥

现行的教育制度下，对一个学生的评价，高考还是最直接、最有效的方式。从幼儿园到高中毕业，12年磨一剑，高考不仅是改变一个人人生的载体，也是一个家庭“光宗耀祖”的载体。12年的辛苦就等高考放榜一瞬间。同时，教育机构、社会也把高考成绩作为评价一个学校的最重要标准。因此，从个人、家庭、社会，对高考都给予厚望。因此，很多家长和师生都致力于高考这一终极目标，坚持“高考定终生”。虽然3D技术具有可视化、立体化、灵活性等特征，能促进学生理解抽象事物，开拓学生的思维创造能力，但是国内现有的3D技术与教育的融合模式并没有获得大部分师生及家长的认可，因此，学校开设的3D技术课堂缺乏系统化的教程，而且课时短、受众小。

4 解决3D打印企业进入中小学校园难题的对策思考

尽管3D打印技术对教育的发展具有巨大的促进作用，但由于技术及模式缺陷，3D打印企业远没有打开国内中小学教育市场。毫无疑问，将3D打印技术顺利融入中小学教育，3D打印企业能获得不可估量的经济利益，学校的教育也能得到极大进步和长足发展。从3D打印企业角度来说，要想彻底打开国内中小学教育市场，真正地让3D打印技术服务于中小学教育，需要从以下几个方面努力。

4.1 创新3D打印技术与教学相结合的模式

传统课程教学给我们呈现出的一大弊端就是各个学科之间教学独立以致于脱离真实生活主题。我们需要跨越学科之间的界限，开展面向真实生活的主题教学，比如，刘莲花女士提出的“STEAM+3D”跨学科整合教学模式，对各专业进行整合，创新课程，应遵循“问题提出—分析问题—设计模型—打印模型—模型验证并修改—最终产品”的项目教学过程。而通过我们对中小学课程的整合，我们规划了适合中小学教育的“STEAM+3D”跨学科整合教学模式，如图1所示。

例如，老师给学生布置一道以“在两栋教学楼之间架构天桥”的课外作业，小组成员根据图1所示的思维导图，利用所学的物理、数学、美术等知识分析天桥的结构、长度、材料密度、形状等，设计出模型后，利用3D打印机快速成型、零技能制造的特点将复杂结构予以展示，检验实物的实用性，从而更好地发现并新问题并提出新方法。在其过程中，学生在每一个环节都开动脑筋、查找资料、相互讨论、高度参与，融会各学科知识，实现理论与实践的结合[3]。

4.2 培养专业的3D打印人才

3D打印技术进入教育领域严重匮乏的资源即师资力量不足。3D打印的使用主要涉及软硬件的操作，基于此提出两种针对性解决方案。一是通过实施顶岗机制，建立校企之间的商业联系，充分利用这一桥梁關系在学校挑选一批优秀老师轮流在企业顶岗实践，站在市场前沿充分感受3D打印在市场的使用发展情况，进一步了解3D打印软件的操作使用，及时准确获取3D技术信息并将其运用到教学实践活动中。二是校内提供良好的师资培养平台，基于与企业联系，由企业提供培训指导人员，在校定期针对性培养老师对3D打印软硬件的操作能力及3D打印机体的维护能力。

4.3 提高3D打印硬软件质量

企业应该加强国内外同行业之间的交流，借鉴先进的技术，通过加大技术投入来解决3D打印硬软件的质量问题。针对软件的选择，企业应该研发设计一些类似于“草图大师”3D小软件对机器运行要求不高，界面直观，入门简单，适用于深入学习的傻瓜式的操作软件。针对硬件，企业应该从打印精度、材质选取、打印时间等方面来优化现有的3D打印产品，让学校师生获得更好的产品体验。

4.4 自下而上推动创新教育在中小学的落实

和传统教育相比，STEAM教育能帮助学生了解、学习和掌握尖端科技，激发他们对未知领域的探究欲，从小培养他们的创新能力，同时也教给他们善于合作的宝贵精神。企业可以在中小学举办各类以3D打印技术为依托的比赛，如建模比赛、产品设计比赛等。政府应从政策上给予开展STEAM教育的学校以鼓励，比如，通过学习STEAM教育课程、参加科技类比赛获奖可以为升学加分等，以此加大学校和家长对创新教育的重视。

4.5 优化成本，租赁初探，按揭分付模式探索

据团队在南昌市各中小学长期实地调研数据显示，绝大部分学校表示3D打印成本高，主要体现在3D打印机体本身过于昂贵，目前市场上机体的普遍售价在6千左右，一般的学校难以批量购买。此外，3D打印耗材大，机体维护成本高。且目前国内技术有限，在3D打印机体及耗材方面短时间难以通过技术改良降低其成本，3D打印企业只能另辟途径优化营销模式来打开教育市场。除此之外，各中小学院校是一个特殊庞大的消费群体，3D打印企业可以在与学校建立长时期稳定商业联系的基础上，针对这一特殊消费群体提出特色销售模式，与学校签订租赁协议，以租赁的方式向学校提供3D打印机。企业通过掌握产品的所有权，以捆绑式销售租其机体，赋予其使用权。通过提供软件设计、机体的维护保障以及技术培训等方式获取可观的经济利益，从而实现3D打印企业与学校的互利共赢。

参考文献

[1] 王萍.3D打印及其教育应用初探[J].中国远程教育，2013（08）.

[2] 曾路.3D打印进课堂：如何协调教育和技术[J].亚太教育， 2016（26）.

[3] 刘莲花，张涛，戴艳红.3D打印技术在STEAM教育中的应用探讨[J].长沙航空职业技术学院学报，2016，16（03）.