3D打印相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)方案設(shè)計(jì)與課程開發(fā)

李玲芳+楊瑩

摘 要：3D打印技術(shù)被稱為第三次工業(yè)革命的引擎，在制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的開展亟待大量人才。而國(guó)內(nèi)對(duì)3D運(yùn)用人才的培育還僅僅在萌發(fā)狀況，研發(fā)型的高級(jí)人才更是缺乏。針對(duì)這種現(xiàn)狀，該文對(duì)3D打印的人才培養(yǎng)需求進(jìn)行了分析，并從3D打印相關(guān)專業(yè)的課程開發(fā)與設(shè)置、“雙師型”教師隊(duì)伍的培養(yǎng)方法以及3D打印人才的就業(yè)前景幾個(gè)方面出發(fā)，論證了在高等院校中系統(tǒng)開設(shè)3D打印相關(guān)專業(yè)的必要性，有助于推動(dòng)在智能制造技術(shù)的支持下，高等院校教育教學(xué)手段與水平的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：3D打印 人才培養(yǎng)方案 課程開發(fā) 雙師型

中圖分類號(hào)：G71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）05（b）-0129-02

3D打印屬于快速成型技術(shù)，又稱為增材制造技術(shù)?；谠O(shè)計(jì)對(duì)象的3D數(shù)字模型，通過連續(xù)的物理層疊加可粘合的材料（如塑料、金屬、生物材料等），逐層生成三維實(shí)體。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及打印材料的發(fā)展，3D打印在科研、教育、醫(yī)療及藝術(shù)設(shè)計(jì)等各領(lǐng)域均得到了快速發(fā)展。近年來(lái)桌面型3D打印機(jī)和打印耗材的成本有所下降，因此3D打印開始漸漸進(jìn)入中小學(xué)教育、中職教育以及高等教育的課堂。學(xué)習(xí)與掌握3D打印技術(shù)和CAD設(shè)計(jì)軟件，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新思維，進(jìn)一步拓展其就業(yè)范圍。

1 3D打印專業(yè)人才培養(yǎng)需求分析

1.1 3D打印專業(yè)的需求背景

1.1.1 第三次工業(yè)革命——中國(guó)制造業(yè)的新機(jī)遇

3D打印技術(shù)被稱為第三次工業(yè)革命的引擎[1]，全球制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局正悄然發(fā)生轉(zhuǎn)變，航空航天、地理信息、軍工、醫(yī)療、藝術(shù)設(shè)計(jì)和消費(fèi)電子產(chǎn)品等多個(gè)領(lǐng)域，3D打印技術(shù)均在逐步改變其設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的模式。中國(guó)近年來(lái)開始重視快速成型技術(shù)的發(fā)展，并從政策層面著力于推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化。國(guó)家在《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》第五章第三條《發(fā)展智能綠色服務(wù)制造技術(shù)》中明確提出[2]：開展高性能金屬結(jié)構(gòu)件激光增材制造控形控性等基礎(chǔ)理論研究，攻克高效、高精度激光增材制造熔覆噴頭等核心部件，研發(fā)金屬、非金屬及生物打印典型工藝裝備，構(gòu)建相對(duì)完善的增材制造技術(shù)創(chuàng)新與研發(fā)體系。

1.1.2 產(chǎn)品多樣化、個(gè)性化階段的來(lái)臨

產(chǎn)品個(gè)性化不僅僅包括式樣、功能、外觀、品質(zhì)、包裝、設(shè)計(jì)，而且要延伸到產(chǎn)品個(gè)性化銷售和產(chǎn)品個(gè)性化服務(wù)理念。它是一種建立在完全滿足顧客個(gè)性化要求基礎(chǔ)上的產(chǎn)品，體現(xiàn)的是每位客戶的個(gè)性而不是企業(yè)的個(gè)性[3]。

1.1.3 分布式、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化生產(chǎn)是未來(lái)工廠的發(fā)展趨勢(shì)

傳統(tǒng)制造業(yè)基本上為勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，在人力成本不斷提高的今天，傳統(tǒng)制造業(yè)存在巨大的成本壓力。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制的生產(chǎn)模式將會(huì)逐步取代大部分的人工操作，而分布式、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化生產(chǎn)的智能工廠將成為未來(lái)工廠的發(fā)展方向。

1.2 3D打印的中國(guó)市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

美國(guó)、日本、德國(guó)占據(jù)了3D打印市場(chǎng)的主導(dǎo)，尤其是美國(guó)占據(jù)了全球近38%的比重，如3D Systems、Stratasys等3D企業(yè)。而中國(guó)3D打印技術(shù)的發(fā)展時(shí)間較短，與國(guó)際水平相比還存在差距。目前，設(shè)備、材料、軟件等領(lǐng)域都能夠不同程度實(shí)現(xiàn)自給，但是激光器、軟件、材料等核心技術(shù)還依賴進(jìn)口。而且與市場(chǎng)銜接度低，目前沒有產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。而中國(guó)的3D打印研發(fā)團(tuán)隊(duì)主要集中于西安交大、華中科大和清華大學(xué)等高校，且企業(yè)規(guī)模普遍較小。此外，技術(shù)創(chuàng)新體系不夠健全，資源相對(duì)分散，缺乏大型公共服務(wù)平臺(tái)，也尚未建立成熟的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合。

1.3 對(duì)3D打印專業(yè)人才的需求

3D打印技術(shù)的開展亟待大量人才，而國(guó)內(nèi)對(duì)3D運(yùn)用人才的培育還僅僅在萌發(fā)狀況，而研發(fā)型的高級(jí)人才更是缺乏。根據(jù)國(guó)家制作業(yè)信息化培訓(xùn)中心的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，當(dāng)前中國(guó)對(duì)3D打印人才需求量很大，缺口約為800萬(wàn)人，但是高校有關(guān)3D打印課程大部分較為粗淺，與前沿3D技術(shù)有差距，與市場(chǎng)運(yùn)用需求也有距離。因此，從學(xué)校培養(yǎng)的3D打印技術(shù)人才還很難完全滿足企業(yè)的需要。

3D打印行業(yè)對(duì)人才的需求是分層次的。如打印應(yīng)用服務(wù)需要具備工業(yè)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)軟件編程等能力的應(yīng)用型技術(shù)人才；打印設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)則需要人員具備機(jī)械加工制造領(lǐng)域的豐富知識(shí)；技術(shù)研究和材料開發(fā)需要技術(shù)實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)和高校培養(yǎng)的高學(xué)歷高層次專業(yè)技術(shù)人才。經(jīng)過調(diào)研分析[4]，預(yù)計(jì)企業(yè)未來(lái)3D打印方面人才中：電子工程師約占5%，機(jī)電工程師約占10%，軟件工程師約占30%，應(yīng)用工程師約占28%，售后工程師約占27%。

2 3D打印相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)管理

2.1 課程開發(fā)與設(shè)置

根據(jù)最新修訂的《普通高等學(xué)校高等高等教育（?？疲I(yè)目錄（2015年）》，部分專業(yè)設(shè)有“3D打印”“增材制造技術(shù)”方向，如機(jī)械制造與自動(dòng)化專業(yè)（增材制造技術(shù)方向）、航空材料精密成型技術(shù)專業(yè)（航空產(chǎn)品3D打?。┑?。隨著3D打印行業(yè)的快速發(fā)展，在高等院校開設(shè)相關(guān)課程與專業(yè)已經(jīng)勢(shì)在必行。

目前國(guó)內(nèi)已有部分中職和高職院校開設(shè)了3D打印專業(yè)。如武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院在模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)開設(shè)了3D打印技術(shù)方向，湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院在激光加工技術(shù)專業(yè)開設(shè)了激光快速成型方向，廣州白云工商技師學(xué)院開設(shè)了3D設(shè)計(jì)及打印技術(shù)專業(yè)，為產(chǎn)品制造企業(yè)、3D打印服務(wù)公司、設(shè)計(jì)公司等提供技術(shù)人才。而在本科院校，在清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、華中科技大學(xué)等高校開設(shè)了相關(guān)專業(yè)并具備較強(qiáng)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，而在普通的高等院校相關(guān)專業(yè)與課程的設(shè)置明顯不足。

課程是教育教學(xué)質(zhì)量與特色的基石和保證，是學(xué)校教育、教學(xué)活動(dòng)的核心。3D打印專業(yè)的課程設(shè)置應(yīng)充分體現(xiàn)3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的特點(diǎn)，確保培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生能適應(yīng)3D打印企業(yè)的相關(guān)要求。

高等院校的3D打印專業(yè)可以開設(shè)專業(yè)核心課和專業(yè)實(shí)踐課兩大類課程。其中，專業(yè)核心課程主要以突出培養(yǎng)專業(yè)核心能力為目標(biāo)，兼顧綜合能力的延伸與擴(kuò)展，包括機(jī)械制圖、機(jī)械CAD/CAM技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械制造工藝學(xué)、電子電工技術(shù)、公差配合與測(cè)量技術(shù)、電子電工技術(shù)、電機(jī)與電氣控制、傳感器與檢測(cè)技術(shù)、3D打印技術(shù)導(dǎo)論、3D打印材料等；專業(yè)實(shí)踐課程包括數(shù)控機(jī)床操作實(shí)訓(xùn)、UG、ProE、Geomagic Studio、3D掃描技術(shù)及應(yīng)用、3D打印設(shè)備的原理與維護(hù)、3D打印材料的功能使用、3D打印設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)等課程。

2.2 “雙師型”教師培養(yǎng)

“雙師型”教師培養(yǎng)是高等教育中師資隊(duì)伍建設(shè)的重要組成部分，能否擁有一批高素質(zhì)、高水平的“雙師型”教師隊(duì)伍，關(guān)系著我國(guó)高等教育的發(fā)展水平。高等院校需要大力培養(yǎng)既具備扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)，同時(shí)又有較強(qiáng)的專業(yè)實(shí)踐能力，能夠勝任“理實(shí)一體化”教學(xué)任務(wù)的“雙師型”教師已經(jīng)成為共識(shí)。

目前，相關(guān)院校3D打印專業(yè)的師資一般存在兩種來(lái)源：一是來(lái)自傳統(tǒng)機(jī)械制造或者相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的教師，但大部分沒有受過3D打印技術(shù)的資深培訓(xùn)。二是來(lái)自于行業(yè)企業(yè)的教師，他們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相對(duì)豐富，動(dòng)手能力強(qiáng)，但是專業(yè)理論知識(shí)卻又往往不夠全面。因此，建議高等院校可采用如下方案：（1）制訂并實(shí)施青年教師行業(yè)管理部門或企業(yè)實(shí)踐計(jì)劃，鼓勵(lì)青年教師下車間，增強(qiáng)實(shí)踐能力；（2）引進(jìn)具有國(guó)際或國(guó)內(nèi)工程背景、擅長(zhǎng)3D打印研發(fā)、生產(chǎn)、服務(wù)的高水平的專業(yè)人才；（3）強(qiáng)化校企共建師資隊(duì)伍，最大限度地運(yùn)用當(dāng)?shù)厝肆Y源優(yōu)勢(shì)，豐富高等教育師資類型，促進(jìn)高等教育教師的可持續(xù)發(fā)展；（4）以學(xué)校師資為主，以企業(yè)培訓(xùn)師資和社會(huì)外聘師資為輔，打造專兼結(jié)合的師資體系。

2.3 就業(yè)前景

系統(tǒng)學(xué)習(xí)了3D打印設(shè)備與技術(shù)的畢業(yè)生，掌握了3D建模與打印的知識(shí)與技能，具備打印技術(shù)應(yīng)用能力，畢業(yè)后可在產(chǎn)品制造企業(yè)、打印服務(wù)公司、設(shè)計(jì)公司和其他3D領(lǐng)域企業(yè)擔(dān)任設(shè)計(jì)、技術(shù)操作、咨詢服務(wù)和管理等工作，也可以從事3D產(chǎn)品設(shè)計(jì)、三維掃描造型、打印設(shè)備維護(hù)與管理等。如更進(jìn)一步深造，亦可從事打印材料的設(shè)計(jì)與研發(fā)、打印設(shè)備的改進(jìn)與研發(fā)，或是3D打印在醫(yī)療、國(guó)防等行業(yè)的應(yīng)用開發(fā)，諸如此類更高層次的工作。

總之，3D打印技術(shù)可廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、汽車制造、裝備制造、輕工、電子信息、航空制造、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)等行業(yè)，3D打印專業(yè)的學(xué)生可在3D打印制造、工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、裝備設(shè)計(jì)、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)、經(jīng)營(yíng)管理、售后服務(wù)等各領(lǐng)域施展所長(zhǎng)，就業(yè)前景良好。

3 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)3D打印行業(yè)國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀以及人才需求背景進(jìn)行了分析，說(shuō)明了目前3D打印相關(guān)方向的人才的需求及今后的發(fā)展趨勢(shì)，也更加清晰地認(rèn)識(shí)了企業(yè)和社會(huì)對(duì)3D打印專業(yè)人才在崗位、技能和素質(zhì)等方面的要求。因此，在高等學(xué)校的相關(guān)院系開設(shè)3D打印專業(yè)勢(shì)在必行。構(gòu)建基于職業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力導(dǎo)向的工作過程系統(tǒng)化的課程體系，打造專兼結(jié)合的教育理念新、工程能力強(qiáng)、教學(xué)水平高的雙師型教學(xué)團(tuán)隊(duì)，建設(shè)集教學(xué)、生產(chǎn)、培訓(xùn)和職業(yè)技能鑒定于一體的實(shí)訓(xùn)基地，提高學(xué)生的職業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，為國(guó)家提出的《 “十三五”科技創(chuàng)新規(guī)劃》的實(shí)現(xiàn)輸送既具備扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)，同時(shí)又有較強(qiáng)的專業(yè)實(shí)踐能力的3D打印人才。

參考文獻(xiàn)

[1] 馮飛.第三次工業(yè)革命：中國(guó)產(chǎn)業(yè)的歷史性機(jī)遇[M].中國(guó)發(fā)展出版社，2014.

[2] 國(guó)務(wù)院.“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃[R].2016.

[3] 胡子燕.產(chǎn)品個(gè)性化競(jìng)爭(zhēng)的對(duì)策探討[J].粵港澳市場(chǎng)與價(jià)格，2008（6）：22-24.

[4] 張捷，顧海，孫健華，等.應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)新方向：3D打印技術(shù)[J].課程教育研究，2016（10）：37-39.