3D打印技術(shù)在國家開放大學(xué)實踐教學(xué)中的應(yīng)用

沈興山

（長沙廣播電視大學(xué)技術(shù)科，湖南 長沙 410005）

3D打印技術(shù)在國家開放大學(xué)實踐教學(xué)中的應(yīng)用

沈興山

（長沙廣播電視大學(xué)技術(shù)科，湖南 長沙 410005）

3D 打印技術(shù)是當(dāng)前的科技發(fā)展前沿，目前已經(jīng)在很多行業(yè)和領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，3D 打印技術(shù)引領(lǐng)了第三次工業(yè)革命，推動了制造、生產(chǎn)的突破性變革。本文首先對 3D 打印技術(shù)的原理進(jìn)行了闡述，然后討論了 3D 打印技術(shù)與教育的關(guān)聯(lián)性，最后就 3D 打印技術(shù)在國家開放大學(xué)實踐教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了探究。

3D 打印技術(shù)；國家開放大學(xué)；實踐教學(xué)

1 引言

3D打印技術(shù)是快速成型技術(shù)的一種，以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，以可以粘合的材料來進(jìn)行逐層打印，從而構(gòu)造物體。近年來，3D打印技術(shù)的熱度與日俱增，已經(jīng)成為了現(xiàn)代高科技的重要分支。2014年11月底，美國《時代》周刊把3D打印技術(shù)稱為25項年度最佳發(fā)明之一。其實，3D打印技術(shù)的概念早在上世紀(jì)80年代中期就已經(jīng)提出，在90年代中期實現(xiàn)了初步的構(gòu)造功能，但是由于機(jī)型成本極大，只有少數(shù)公司進(jìn)行相應(yīng)的科研和應(yīng)用，而隨著技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，其功能日益強(qiáng)大，目前，在很多行業(yè)和領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。隨著3D打印技術(shù)的飛速發(fā)展，很多人已經(jīng)將其視為第三次工業(yè)革命。毫無疑問，3D打印技術(shù)的發(fā)展前景十分廣闊，也將會對很多行業(yè)和領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的影響，推動制造、生產(chǎn)的突破性變革。因此，在高等教育院校中應(yīng)用3D打印技術(shù)來輔助教學(xué)，提高教學(xué)效果，已經(jīng)成為教師們關(guān)注的焦點。

國家開放大學(xué)是以現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，利用遠(yuǎn)程開放教育模式來進(jìn)行教學(xué)的機(jī)構(gòu)。國家開放大學(xué)的教育模式和教育創(chuàng)新能力一直走在時代前列，其遠(yuǎn)程開放教育的方式實現(xiàn)了現(xiàn)代信息技術(shù)與教育的深度融合，推動了教育的發(fā)展，也是當(dāng)前我國高等教育體系中的重要分支機(jī)構(gòu)。3D打印技術(shù)作為當(dāng)代科技的前沿陣地，其應(yīng)用在實踐教學(xué)中能夠幫助學(xué)習(xí)者獲得良好的學(xué)習(xí)體驗，因此，將3D打印技術(shù)應(yīng)用在國家開放大學(xué)實踐教學(xué)中，有著十分重要的意義。

2 3D打印技術(shù)

2.1 3D打印技術(shù)原理

3D 打印，其英文名是 3D printing，英文縮寫是 3DP，其工作原理與普通打印機(jī)的原理基本相同，只是打印材料方面有差異，普通的打印機(jī)是利用紙張和墨水進(jìn)行打印，而3D打印則是利用金屬、塑料等可粘合的材料進(jìn)行打印。人們利用電腦中的一些設(shè)計軟件，比如說 AutoCAD、CAE、3D One 等，來設(shè)計相關(guān)物件，設(shè)計完成后，將設(shè)計的物件所需要的材料放入3D打印機(jī)，然后將3D打印機(jī)與電腦連接，通過控制Auto-CAD、CAE或者 3D One等軟件來對物件進(jìn)行打印，將打印材料一層層疊加，從而把設(shè)計的物件打印出來。簡而言之，3D打印技術(shù)就是將真實的3D物體打印出來的技術(shù)，之所以稱之為“打印”，是因為其與目前普通的打印技術(shù)有著相似的技術(shù)原理，只是在打印材料上有所差異，在打印方式上都是以分層加工的方式進(jìn)行。目前，3D打印技術(shù)已經(jīng)在很多行業(yè)和領(lǐng)域得到了應(yīng)用，比如，在軍事領(lǐng)域，美國海軍就曾在2014年試驗了應(yīng)用3D打印技術(shù)來打印艦艇的零配件，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，已經(jīng)利用3D打印頭蓋骨、脊椎、手掌甚至是心臟?？偠灾?，3D打印的應(yīng)用非常廣泛，而且理論上是可以打印任意復(fù)雜的物件，其功能十分強(qiáng)大。

2.2 3D打印與教育

3D打印的最核心部件就是3D打印機(jī)。3D打印機(jī)是一套復(fù)雜的系統(tǒng)，其涵蓋了機(jī)械、控制、計算機(jī)技術(shù)等多門技術(shù)，其內(nèi)部又包含著包高精度機(jī)械系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和成型環(huán)境等，是一套機(jī)電一體化系統(tǒng)。當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，各個學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)性越來越強(qiáng)，很多學(xué)科不再只是獨立存在，而是與多學(xué)科交叉，這不但對學(xué)生提出了更高的要求，要求學(xué)生掌握更加全面的知識，也對教師提出了更高的知識儲備要求。3D打印技術(shù)能夠為學(xué)生提供一個綜合技術(shù)知識學(xué)習(xí)的平臺，因此，將3D打印技術(shù)應(yīng)用在國家開放大學(xué)的實踐教學(xué)中，能夠為實踐教學(xué)開創(chuàng)一個新的局面，具有十分重要的意義。

3 3D打印技術(shù)在國家開放大學(xué)實踐教學(xué)中的應(yīng)用探究

3.1 課堂情境教學(xué)

隨著社會的發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)越發(fā)顯得不適應(yīng)時代發(fā)展的需要。傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師都是采用灌輸式的教學(xué)方法，以教師為中心，把教師當(dāng)作教學(xué)主體，學(xué)生只能被動接受知識，這種僵化的教學(xué)模式已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前的教學(xué)情況，也無法實現(xiàn)預(yù)期的教學(xué)效果，特別是在國家開放大學(xué)這種以遠(yuǎn)程開放教育為主的教學(xué)中，學(xué)生很多情況下都是以觀看教學(xué)視頻的方式來進(jìn)行學(xué)習(xí)，如果教師仍然采用傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)，其教學(xué)效果可想而知。而將3D打印應(yīng)用在實踐教學(xué)中，能夠讓物體更加真實形象地展現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生能夠深刻地感知物體，獲得更加良好的學(xué)習(xí)體驗。教師可以利用3D打印技術(shù)打印出教學(xué)所需要的用具，將其在教學(xué)中應(yīng)用起來，讓一些本來抽象難懂的內(nèi)容直觀形象地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，學(xué)生可以更加直觀地理解其中的含義，也讓學(xué)生通過實物模型更加深刻地理解知識。這種教學(xué)模式能讓教師和學(xué)生實現(xiàn)良好的互動，也讓教學(xué)環(huán)境變得更加輕松活潑，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)時將已有的知識和經(jīng)驗與實際問題緊密聯(lián)系起來，深化了知識理解，也讓教師從一個知識的傳授者變成了一個學(xué)生學(xué)習(xí)的促進(jìn)者，這種交互式教學(xué)模式讓教學(xué)效果大大提高。

3.2 3D打印技術(shù)應(yīng)用在課外創(chuàng)新實踐

培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是我國近年來提出的教育目標(biāo)，也是我國教育工作者所面臨的重要問題。由于教學(xué)模式和社會環(huán)境等原因，一直以來我國的創(chuàng)新型人才和創(chuàng)新精神都相對匱乏，而隨著全球一體化時代的來臨，全球企業(yè)的競爭日益白熱化，而企業(yè)的競爭就是人才的競爭，如果我國缺乏創(chuàng)新型人才，就只能亦步亦趨。國家和社會已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這個問題，因此，提出在教育領(lǐng)域應(yīng)該要培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。然而，在實際教育中，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才大多是淪為了空談，很多學(xué)校為了鼓勵學(xué)生創(chuàng)新，建立了很多的科技興趣小組，但是當(dāng)學(xué)生投入這些興趣小組，想要將自己的一些創(chuàng)新想法付諸實踐時，卻往往發(fā)現(xiàn)寸步難行，其中，很大一部分原因是因為在實踐過程中，需要用到很多非標(biāo)準(zhǔn)件，這些非標(biāo)準(zhǔn)件往往難以獲取，需要代工廠進(jìn)行生產(chǎn)，這就導(dǎo)致成本高昂而且生產(chǎn)周期很長，就算是標(biāo)準(zhǔn)件，也需要到市場中去一一甄別，這些都很大程度上增加了學(xué)生的負(fù)擔(dān)，也讓學(xué)生的創(chuàng)新積極性大打折扣。

而3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，則很好地解決了這一難題，學(xué)生利用3D打印機(jī)，可以很快地打印出自己所需要的零件，讓學(xué)生能夠盡快把自己的創(chuàng)意想法變成了實際成品，簡化了學(xué)生的操作流程，讓學(xué)生的創(chuàng)意制作變得更加高效。

3.3 培養(yǎng)學(xué)生的綜合技能

當(dāng)前社會對于人才綜合素質(zhì)的要求越來越高，單一的技能已經(jīng)越來越不適應(yīng)時代發(fā)展的需要。國家開放大學(xué)的人才培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具有綜合素質(zhì)的技能應(yīng)用型人才，而3D打印技術(shù)涉及的學(xué)科很多，涵蓋了機(jī)械設(shè)計、控制技術(shù)、材料學(xué)、光學(xué)技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等多門學(xué)科和技術(shù)，因此，教師在實踐教學(xué)中，不應(yīng)該僅僅把3D打印當(dāng)成是一個零件制作的工具，而是應(yīng)該將3D打印技術(shù)作為一個系統(tǒng)來學(xué)習(xí)，把其中涵蓋的機(jī)械設(shè)計、控制技術(shù)、材料學(xué)、光學(xué)技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等各種技術(shù)知識傳授給學(xué)生，讓學(xué)生加強(qiáng)各個領(lǐng)域知識與技術(shù)的學(xué)習(xí)，充分掌握交叉學(xué)科的相關(guān)知識，從而滿足社會對于人才綜合素質(zhì)的要求。

3.4 提高學(xué)生的競爭力

當(dāng)前，就業(yè)難是困擾教育界的重要問題，很多學(xué)校都把提高就業(yè)率作為最為重要的指標(biāo)之一。就業(yè)難問題的核心就是培養(yǎng)出來的學(xué)生無法滿足用人單位對人才的要求，學(xué)校的人才培養(yǎng)與社會的需求出現(xiàn)了脫節(jié)。目前社會上也出現(xiàn)了一些3D打印技術(shù)的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，但是這些機(jī)構(gòu)培養(yǎng)的人才數(shù)量相對有限，不足以滿足3D打印技術(shù)人才缺口。相對與國家開放大學(xué)而言，目前招收的學(xué)生，大部分都是從事相關(guān)行業(yè)工作，以提升學(xué)歷和動手能力為主，因此在國家開放大學(xué)應(yīng)該要及時了解社會發(fā)展的潮流，將人才培養(yǎng)和社會需求緊密結(jié)合起來，在實踐教學(xué)中引入3D打印技術(shù)，一方面可以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，也可以為社會培養(yǎng)亟需的人才。

3.5 開展產(chǎn)學(xué)研項目

科學(xué)技術(shù)能夠?qū)⒗碚撝R和實際生產(chǎn)聯(lián)系在一起，技術(shù)不僅僅只是把相關(guān)理論進(jìn)行簡單的應(yīng)用和物化，而且還可以直接作用在生產(chǎn)的整個過程中，對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計研發(fā)和制造。對于國家開放大學(xué)而言，開展產(chǎn)學(xué)研，能夠把科學(xué)技術(shù)中的理論性和實踐性聯(lián)系起來，將技術(shù)轉(zhuǎn)化為實踐的重要步驟和環(huán)節(jié)，特別是對于國家開放大學(xué)的學(xué)員，大部分都從事相關(guān)專業(yè)的工作，在實踐學(xué)習(xí)中如果能更好地掌握3D打印技術(shù)，對學(xué)員的提升將會有更大的空間。

國家開放大學(xué)實踐教學(xué)中引入3D打印技術(shù)，一方面可以提高學(xué)生的科研能力，讓教師和學(xué)生都加強(qiáng)對3D打印技術(shù)的研究，另一方面也可以讓企業(yè)從技術(shù)開發(fā)中受益，讓技術(shù)轉(zhuǎn)化為實際產(chǎn)品，從而形成雙贏的局面。

4 結(jié)束語

隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，應(yīng)用前景十分廣闊。根據(jù)科技部公布的《國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）、國家科技支撐計劃制造領(lǐng)域2014年度備選項目征集指南》，備受關(guān)注的3D打印產(chǎn)業(yè)首次入選，這也證明了國家層面對于3D打印技術(shù)的關(guān)注以及3D打印技術(shù)必將迎來一個快速發(fā)展時期。3D打印技術(shù)應(yīng)用在國家開放大學(xué)實踐教學(xué)中，不但能夠為教學(xué)提供一個情境教學(xué)環(huán)境，有效提高教學(xué)效果，還能夠幫助學(xué)生進(jìn)行課外創(chuàng)新實踐，另外，對于學(xué)生綜合素質(zhì)、綜合技能和就業(yè)競爭力的提高也有著極大的促進(jìn)作用。可以說，將3D打印技術(shù)應(yīng)用在國家開放大學(xué)的實踐教學(xué)中，有著十分廣闊的前景。

[1] 李柯影；鄭燕林．3D 打印技術(shù)在中小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用——以英國中小學(xué)課堂引進(jìn) 3D 打印技術(shù)項目為例[J]．現(xiàn)代教育技術(shù)，2015，25(04)：110-116．

[2] 李曙明，李萌，楊益民，等．3D 打印及計算機(jī)輔助技術(shù)在骨科臨床教學(xué)中的應(yīng)用探討——以復(fù)雜脊柱畸形治療為例[J]．中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2015，29(02)：85-88．

[3] 孫致學(xué)，張凱，姚軍，等．3D 打印技術(shù)在石油工程實驗教學(xué)中的應(yīng)用及教學(xué)改革實踐[J]．實驗技術(shù)與管理，2015，53(11)：62-65．

[4] 王建秀，劉笑天，居哲超，等．3D 數(shù)字掃描-3D 數(shù)字重建-3D打印 技 術(shù) 在 地 質(zhì) 工 程教 學(xué) 中 的 應(yīng) 用 [J]． 教 育 教學(xué) 論 壇 ，2016，8(42)：169-170．

TheApplication of 3D Printing Technology in the Practical Teaching of National Open University

Shen Xingshan
(Changsha Radio and TV University,Changsha 410005,Hunan)

3D printing technology is the current frontier science and technology,which has been widely used in many industries and fields.3D printing technology leads the third industrial revolution,promoting breakthrough in manufacturing and production. This paper firstly describes the principle of 3D printing technology,and then discusses the relationship between 3D printing technology and education,and finally explores its application in the practical teaching of national open university.

3D printing technology;national open university;practical teaching

TP399

A

1008-6609(2017)05-0090-03

沈興山（1973－），男，湖南醴陵人，本科，講師，研究方向為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)維護(hù)。