基于產(chǎn)教融合的職業(yè)院校3D打印一體化教學場景構(gòu)建探析

王寒里 原紅玲

一、引言

3D打印技術(shù)是一種增材制造技術(shù)，又稱為“快速成型技術(shù)”或者“三維打印技術(shù)”，它是將三維CAD數(shù)據(jù)通過快速成形機，把一層層的材料堆積成實體原型的技術(shù)。這是一種集CAD技術(shù)、分層制造技術(shù)、機械工程、數(shù)控技術(shù)、材料科學、激光技術(shù)于一身的技術(shù)。它可自動、直接、快速、精確地將設(shè)計思想物化為具有一定結(jié)構(gòu)和功能的原型或直接制造零部件或模具，從而對產(chǎn)品設(shè)計進行快速評價和修改，顯著地縮短產(chǎn)品投放市場的周期，降低成本，提高質(zhì)量，增強企業(yè)的競爭能力。[1]

3D打印技術(shù)被稱為“第三次工業(yè)革命最具標志性的生產(chǎn)工具”[2]，它將為“中國制造”轉(zhuǎn)型為“中國創(chuàng)造”提供原動力[3]，也將成為《中國制造2025》發(fā)展的一個支柱產(chǎn)業(yè)。

二、3D打印產(chǎn)業(yè)人才需求分析

由于3D打印技術(shù)具有高度柔性、CAD模型直接驅(qū)動、成形過程中信息過程和材料過程的一體化、成形的快速性、技術(shù)的高度集成性等特點[1]，該技術(shù)很快廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、機械、電子、電器、醫(yī)學、建筑、玩具、工藝品等許多領(lǐng)域。

（一）國內(nèi)和珠三角3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況

2011年以來，我國3D打印產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。2012年時3D打印市場規(guī)模不足10億元，到了2014年已超過40億元，增長幅度遠遠領(lǐng)先于世界其他國家。2017年我國3D打印市場規(guī)模基本達到100億元，未來幾年中國3D打印市場仍將保持 40% 左右的增長速度，2018年有望突破200億元，中國3D打印產(chǎn)業(yè)進入高速發(fā)展期。初步預計，2021年達到400億元左右[4]，中國有望超越美國成為全球最大的3D打印市場。

目前，我國3D打印技術(shù)已經(jīng)從研發(fā)階段轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用階段，并與信息網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)深度融合，給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來變革性的影響。3D打印有望成為中國高端制造業(yè)的重點環(huán)節(jié)，促進中國制造業(yè)升級。[5]

《珠江三角洲地區(qū)改革發(fā)展規(guī)劃綱要（2008-2020年）》提出了“到2020年，珠三角地區(qū)將形成以現(xiàn)代服務(wù)業(yè)和先進制造業(yè)為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)”的明確目標。從中可看出，3D打印技術(shù)是珠三角地區(qū)的區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的機遇。[6]作為全球及國內(nèi)制造業(yè)的重要基地之一，廣東省具有較完善的市場基礎(chǔ)、較強的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化能力，珠三角既是生產(chǎn)的中心，也是消費的中心。珠三角地區(qū)占據(jù)了國內(nèi)3D打印產(chǎn)業(yè)80%的市場，廣東企業(yè)的產(chǎn)品在部分歐洲國家的市場占有率也超過了50%。[7]

（二）國家對3D打印產(chǎn)業(yè)的重視情況

為加快推動3D打印技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，中國政府加強制度頂層設(shè)計和統(tǒng)籌規(guī)劃，采取專項推進和機制創(chuàng)新，將廣泛的社會資源與技術(shù)創(chuàng)新相結(jié)合，提升我國 3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平。

2014 年《國家增材制造發(fā)展推進計劃（2014-2020 年）》的出臺，明確了3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，并且引爆了中國的3D 打印市場。2015年2月 ，工信部、發(fā)改委、財政部三部門聯(lián)合頒發(fā)的《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃（2015-2016年）》，將3D打印的發(fā)展提升到國家戰(zhàn)略層面，并明確指出：組織實施學校增材制造（即3D打印）技術(shù)普及工程[6]?！吨袊圃?025》中將3D打印作為加快實現(xiàn)智能制造的重要技術(shù)手段。

（三）3D打印人才需求分類

《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》（教職成〔2016〕9號）指出，制造強國根本在于人才培養(yǎng)。3D打印作為“中國制造2025”重點發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，市場對于3D打印人才的需求是巨大的、刻不容緩的。據(jù)有關(guān)機構(gòu)統(tǒng)計，目前我國3D打印行業(yè)的專業(yè)人才缺口超過千萬，且需求還在不斷攀升[4]。

我國3D打印產(chǎn)業(yè)所需人才按企業(yè)所處的行業(yè)層次可以分為三種類型[4]。第一類，產(chǎn)業(yè)鏈上游技術(shù)研發(fā)企業(yè)需要的研究型人才，主要從事3D打印技術(shù)研究和材料開發(fā)，這類高層次人才促進3D打印技術(shù)的提升，主要來自高校培養(yǎng)的相關(guān)專業(yè)碩、博士研究生；第二類，產(chǎn)業(yè)鏈中游設(shè)備開發(fā)企業(yè)需要的應(yīng)用型人才，主要從事3D打印設(shè)備的生產(chǎn)研發(fā)，一般是機械制造領(lǐng)域和計算機軟件編程人才，這類人才來自于研究型本科、應(yīng)用型本科和高職院校；第三類，是產(chǎn)業(yè)鏈下游服務(wù)商需要的商業(yè)型人才，具備一定的工業(yè)設(shè)計、3D打印機操作、商品銷售等能，提供3D打印服務(wù)等，這類人才一般來自于高職院校和中職學校3D打印技術(shù)相關(guān)專業(yè)。

3D打印技術(shù)三類人才的關(guān)系如圖1所示。由圖1分析出，職業(yè)教育培養(yǎng)3D打印應(yīng)用型人才、商業(yè)型人才，主要服務(wù)于產(chǎn)業(yè)鏈的中游和下游，從事3D打印設(shè)備的生產(chǎn)、研發(fā)、銷售、售后服務(wù)和3D打印商業(yè)化服務(wù)等工作。

（四）職業(yè)院校3D打印人才培養(yǎng)的現(xiàn)狀

隨著3D打印行業(yè)的快速發(fā)展，3D打印相關(guān)專業(yè)已成為市場熱門專業(yè)，并且種類繁多。目前國內(nèi)中職和高職院校都已開設(shè)3D打印類相關(guān)專業(yè)。根據(jù)最新修訂的《普通高等學校高等職業(yè)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，如機械制造與自動化專業(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?。┑?；而根據(jù)2010年修訂的《中等職業(yè)學校專業(yè)目錄》中，并未顯示相關(guān)命名的專業(yè)。不過，隨著3D打印專業(yè)人才的需求越來越多，部分中職院校已經(jīng)設(shè)置了相關(guān)專業(yè)。[4]表1為高職和中職開設(shè)3D打印技術(shù)及相關(guān)專業(yè)統(tǒng)計表。

除此之外，大部分職業(yè)院校的相關(guān)專業(yè)都開設(shè)了《3D打印技術(shù)》課程。這些職業(yè)院校，為個性化定制、電子技術(shù)與計算機、模具設(shè)計與制造、機電設(shè)備制造與自動化、家具與玩具制造等3D人才需求量較大的行業(yè)培養(yǎng)和輸送3D打印技術(shù)專門人才。

3D打印技術(shù)及其相關(guān)專業(yè)的核心能力包括產(chǎn)品的正向和逆向建模、3D打印設(shè)備的安裝維護、3D打印設(shè)備的使用。目前職業(yè)教育中這三種核心能力分別在理論和實踐教學模塊中都有涉及，但是對本專業(yè)的教學模式、教學方法還處于探索階段，缺乏按照工作過程將這些核心能力系統(tǒng)學習和訓練的理實一體化的教學場景構(gòu)建理念和配置方法。

（五）互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下商業(yè)場景革命的借鑒

互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)之前，商場是陳列商品的場地，利用過境客流撮合商品買賣，其本質(zhì)是交易場所?；ヂ?lián)網(wǎng)出現(xiàn)之后，人與商品通過網(wǎng)絡(luò)連接，僅作為交易場所的物理空間受到挑戰(zhàn)和擠壓，而商場的情感屬性也會被激發(fā)出來。無論實物、信息、視頻抑或圖文，打動人心的場景成了商業(yè)的勝負手。新連接下，商品不再是傳統(tǒng)的作為物的產(chǎn)品，而更多是發(fā)軔于場景的體驗。商品的必需屬性被大大降低，個體的“體驗”成了新標準。

商場從場所到場景，回歸了人性，成為商業(yè)增長新的引爆點。職業(yè)教育和經(jīng)濟社會息息相關(guān)，新的商業(yè)模式對職業(yè)教育的方向和內(nèi)容有強烈的引導作用。成長于數(shù)字環(huán)境的學生，喜歡能夠接受的往往不是實物的本身，而是事物所處的場景，以及場景中自己浸潤的情感。職業(yè)院校傳統(tǒng)的教學和實訓場所，缺乏文化和溫度，學生不愿意沉浸其中、流連忘返。3D打印作為新興產(chǎn)業(yè)的典型代表，期盼著新的教學場景與之匹配。

三、基于產(chǎn)教融合的職業(yè)院校3D打印一體化教學場景的構(gòu)建

（一）基于產(chǎn)教融合的3D打印技術(shù)

產(chǎn)教融合體現(xiàn)了職業(yè)教育跨界的特征，“產(chǎn)”泛指“產(chǎn)業(yè)、行業(yè)及企業(yè)”，“教”包含“教育”和“教學”等內(nèi)容。產(chǎn)教融合，不是簡單的結(jié)合，而是相互融合，相互滲透，體現(xiàn)了彼此關(guān)系緊密，相互影響，相互促進，并實現(xiàn)協(xié)同發(fā)展[7]。

產(chǎn)教融合是職業(yè)教育發(fā)展的必然要求。2014年，《國務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育的決定》明確提出：“加深深化產(chǎn)教融合、校企合作，培養(yǎng)高素質(zhì)勞動者和技能型人才”，首次在宏觀層面上把深化產(chǎn)教融合作為職業(yè)教育發(fā)展的基本原則。2015年教育部《高等職業(yè)教育創(chuàng)新發(fā)展行動計劃（2015-2018年）》以及《關(guān)于深化職業(yè)教育教學改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的若干意見》中，均提出“堅持產(chǎn)教融合、校企合作”的基本原則，并闡述高職院校通過“完善產(chǎn)教融合、協(xié)同育人機制”，培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)技能型人才。[8]“產(chǎn)教融合”已經(jīng)成為高職教育未來改革和創(chuàng)新發(fā)展的重要方向。

珠三角地區(qū)是我國制造業(yè)中心，國內(nèi)的3D打印產(chǎn)業(yè)珠三角地區(qū)占據(jù)了80%的份額，培養(yǎng)珠三角3D打印人才有重大的現(xiàn)實意義。為適應(yīng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目前廣東省有不少應(yīng)用型本科、職業(yè)院校開設(shè)了3D打印技術(shù)或者相關(guān)專業(yè)。

產(chǎn)教融合的3D打印技術(shù)，指3D打印產(chǎn)業(yè)與3D打印技術(shù)及其相關(guān)專業(yè)教育的全過程深入融合，跨越產(chǎn)業(yè)與教育、企業(yè)與學校、工作與學習的疆域，實現(xiàn)“專業(yè)與產(chǎn)業(yè)、課程內(nèi)容與職業(yè)標準、教學過程與生產(chǎn)過程、學歷證書與職業(yè)資格證書、職業(yè)教育與終身學習”的對接。

（二）職業(yè)院校3D打印一體化教學場景構(gòu)建理念

理實一體化教學場景是職業(yè)院校培養(yǎng)技能型人才的主要平臺。廣州雙元科技有限公司是智能制造和智慧教育融合創(chuàng)新的積極踐行者，在3D打印一體化教學場景構(gòu)建上進行了以下的有益嘗試。

1.實踐環(huán)境真實場景化

一體化教學場景除了承擔一般的專業(yè)認知教育外，還要注重在整體性項目中培養(yǎng)學生的綜合職業(yè)能力，在實踐性情境中培養(yǎng)學生的方法能力，在企業(yè)真實環(huán)境中培養(yǎng)學生的社會能力，在創(chuàng)造性工作中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力[9]。

根據(jù)珠三角3D打印企業(yè)的生產(chǎn)實際，和職業(yè)教育人才在3D打印產(chǎn)業(yè)鏈中游和下游企業(yè)的職業(yè)崗位和工作任務(wù)，職業(yè)院校3D打印一體化教學場景配置時引入3D打印技術(shù)標準、質(zhì)量意識、管理理念、安全文化，建設(shè)全真企業(yè)場景模式的3D打印教學環(huán)境。在真實的企業(yè)環(huán)境中學習和訓練，讓每一個學生都能成為合格的職業(yè)人。

2.場景功能多元化

除了真實的3D打印企業(yè)環(huán)境，還要深入貫徹產(chǎn)教融合理念，對職業(yè)院校3D打印每一個一體化教學場景模塊都有明確的教學目標、藝術(shù)的教學環(huán)境、生動的立體課程、完善的師資培訓、豐富的典型案例。遵循職業(yè)成長規(guī)律和教育規(guī)律，把3D打印的職業(yè)標準融入課程教學中，提高學生的職業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)。

（三）職業(yè)院校3D打印一體化教學場景的配置方案

遵循職業(yè)能力進階培養(yǎng)的教育規(guī)律，職業(yè)院校3D打印一體化教學場景化配置如下：針對制造類專業(yè)學生普及教育的“入門工坊”，包括3D打印體驗中心和3D打印基礎(chǔ)訓練中心；針對3D打印技術(shù)專業(yè)核心能力和職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)的3D打印“智造社區(qū)”，包括3D打印專業(yè)教室和3D打印云服務(wù)中心，在這里將引入企業(yè)真實的3D打印項目，使學生接觸到3D打印技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用；針對3D打印技術(shù)專業(yè)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的3D打印“創(chuàng)客驛站”，包括3D打印創(chuàng)客中心和3D打印夢想城鎮(zhèn)，在這里將引入3D打印個性化訂制服務(wù)，使學生接觸到3D打印技術(shù)的商業(yè)模式。職業(yè)院校3D打印一體化教學場景化配置如圖2。

1.3D打印體驗中心

3D打印體驗中心是一個對3D打印技術(shù)認知教育的實訓室，目的是讓學生了解3D打印技術(shù)的基本職業(yè)輪廓，完成從職業(yè)選擇向職業(yè)工作世界的過渡，并建立職業(yè)認同感。在這里可以掌握3D打印基本原理、分類和應(yīng)用等知識。主要是針對制造類專業(yè)3D打印技術(shù)認知和3D打印技術(shù)相關(guān)專業(yè)認識實習設(shè)置的，本實訓室會把學習者領(lǐng)進一個神奇的世界，讓他對3D打印技術(shù)產(chǎn)生濃厚的興趣。

2.3D打印基礎(chǔ)訓練中心

3D打印基礎(chǔ)訓練中心是掌握3D打印基本操作技能的實訓室。利用項目化教學手段（學中做），學生可以從中認識到工作的復雜與協(xié)作的重要性，從而能獲得多方面能力的鍛煉與提高。在3D打印基礎(chǔ)訓練中心，學生掌握正向和逆向三維建模技術(shù)、市場主流的3D打印設(shè)備軟硬件基本操作、市場主流的3D打印設(shè)備的調(diào)試和日常維護等技能。

3D打印基礎(chǔ)訓練中心是3D打印技術(shù)專業(yè)基本技能訓練室，也可以作為其他制造類專業(yè)3D打印技術(shù)課程的專業(yè)教室。

3.3D打印專業(yè)教室

《珠江三角洲地區(qū)改革發(fā)展規(guī)劃綱要（2008-2020年）》提出了“到2020年，珠三角地區(qū)將形成以現(xiàn)代服務(wù)業(yè)和先進制造業(yè)為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)”的明確目標。從中可看出，3D打印技術(shù)是珠三角地區(qū)的區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的機遇[6]。3D打印產(chǎn)業(yè)在珠三角具有極大的市場。3D打印專業(yè)教室是體現(xiàn)專業(yè)與產(chǎn)業(yè)對接的實訓室。根據(jù)不同職業(yè)院校3D打印技術(shù)專業(yè)對接的產(chǎn)業(yè)（如航空航天、汽車、機械、電子、電器、醫(yī)學、建筑等），按照“項目引領(lǐng)產(chǎn)教深度融合的任務(wù)驅(qū)動”，利用對接產(chǎn)業(yè)的實際項目進行學習提升（做中學）。

4. 3D打印云服務(wù)中心

作為改革的領(lǐng)頭羊，珠三角將大力發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)納入計劃：廣東省發(fā)改委出臺相關(guān)政策支持3D打印的發(fā)展；廣東省科技廳設(shè)立九大領(lǐng)域的重大科技專項，將增材制造列入其中；廣東省應(yīng)用型科技專項含有3D打印相關(guān)專題[10]。珠三角3D打印產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。3D打印云服務(wù)中心是專業(yè)對接產(chǎn)業(yè)的窗口，是產(chǎn)教融合的最直接體現(xiàn)。從云平臺下載企業(yè)訂單，在本中心進行3D打印生產(chǎn)服務(wù)。

5.3D打印創(chuàng)客中心

“創(chuàng)客”教育，是以“創(chuàng)智”的學習和創(chuàng)造的方式實現(xiàn)個體理想的一種教育方式。職業(yè)院校的3D打印“創(chuàng)客”教育應(yīng)該與李克強總理2015年在政府工作報告中提出的“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”聯(lián)系在一起[11]，有利于把學校的3D打印科研成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力。2017年8月，在佛山南海區(qū)舉辦的“創(chuàng)客中國”廣東省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽暨首屆“創(chuàng)客廣東”大賽決賽，Di Metal系列工業(yè)級金屬3D打印機項目等進入全國賽入圍名單[12]。這也為3D打印創(chuàng)客中心的建設(shè)注入了新的活力。

3D打印創(chuàng)客中心定位是以學生為主體，服務(wù)于學生創(chuàng)新實踐和自主創(chuàng)業(yè)活動需求，也是一個STEAM教育場所，它是集創(chuàng)新教育、體驗教育、項目學習等思想為一體的一個實訓室。通過對職業(yè)素養(yǎng)的綜合應(yīng)用解決實際問題，同時培養(yǎng)綜合性的3D打印人才。

6.3D打印夢想城鎮(zhèn)

3D打印夢想城鎮(zhèn)是培養(yǎng)3D打印商業(yè)性人才的實訓室，培養(yǎng)學生3D打印技術(shù)市場推廣能力，也是大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的孵化基地。本實訓室接收訂單訂制或者用戶自己打印各種創(chuàng)新產(chǎn)品，讓你的創(chuàng)意變成現(xiàn)實。3D打印夢想城鎮(zhèn)旨在讓更多的人接觸、了解3D打印技術(shù)的魅力，普及和推廣3D打印創(chuàng)新應(yīng)用，讓3D打印的個性化產(chǎn)品走進億萬家庭。

四、云課堂讓3D打印教學更輕松

“云課堂”是基于云計算技術(shù)的一種高效、便捷、實時互動的教學課堂形式。它用互聯(lián)網(wǎng)的思維重塑教育模式、內(nèi)容、工具、方法?！霸?移動終端”的全新教學體系，具有資源管理、資源共享、在線學習、在線考試、成績管理、教學管控、教學互動、效果評估等功能，全面支持“翻轉(zhuǎn)課堂”、“線上+線下”（O2O）、“3A”等創(chuàng)新教學模式，以及對教學過程的"閉環(huán)控制”和教學效果的“形成性評價”，使教學資源更生動、教學活動更豐富、教學管理更高效、效果評估更科學，實現(xiàn)教學資源、教學活動、教學評估的全面升級。3D打印作為新興的專業(yè)，沒有傳統(tǒng)的教學思路和人事的束縛。從一開始就把3D打印的教學內(nèi)容在云課堂上結(jié)構(gòu)化、可視化；在場景化的教學環(huán)境里，通過微課、虛擬現(xiàn)實等教學工具，理論和實訓相結(jié)合；課前、課中、課后師生三屏互動（PC、PAD、手機）的教學組織形式，極大地提高教學的效率、效果與規(guī)模。有效減輕老師的繁重的工作量，讓老師輕松教，學生學得好。

五、結(jié)語

基于產(chǎn)教融合的職業(yè)院校3D打印一體化教學場景，集企業(yè)生產(chǎn)、教育教學、科技研發(fā)、技能提升、素質(zhì)養(yǎng)成、經(jīng)營管理與社會服務(wù)于一體，讓學生坐在教育的駕駛席上，營造宜人的教學環(huán)境，充分利用互聯(lián)網(wǎng)的教育技術(shù)，互動的教學體驗，獲得最大程度的教育價值。該場景配置方案在珠三角多個職業(yè)院校進行了實踐應(yīng)用和推廣，取得了很好的效果。企業(yè)化的教學場景，把專業(yè)學習中的“授課”轉(zhuǎn)化為工作中的“授業(yè)”；真實的3D打印生產(chǎn)，使得學生學到了“職業(yè)化”的專業(yè)技能；創(chuàng)客驛站的歷練，培養(yǎng)出一批批創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的“生力軍”。

該場景配置方案從實踐角度探索了職業(yè)教育新興專業(yè)一體化教學場景建設(shè)的新方法和新思路。

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責任編輯朱守鋰