淺析3D打印技術(shù)在中等職業(yè)教育中的融入

摘要：3D打印技術(shù)是一種新興的快速成型技術(shù)，近一段時間以來受到了社會的廣泛關(guān)注。文章對3D打印的技術(shù)和中等職業(yè)教育發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展態(tài)勢作了綜合介紹。以該先進制造技術(shù)在國內(nèi)外在高校中的融入現(xiàn)狀為依據(jù)，對3D打印技術(shù)融入中等職業(yè)教育相互間的發(fā)展趨勢和融入高校的區(qū)別作了預(yù)見性分析。并對3D打印技術(shù)如何融入中等職業(yè)教育的教學(xué)方式提出可行的建議。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);先進制造技術(shù);中等職業(yè)教育;融入;可行性

3D打印是集光、機、電、計算機、數(shù)控及新材料于一體的先進制造技術(shù)，被稱為引領(lǐng)第三次工業(yè)革命的制造技術(shù)。國家已經(jīng)制定了相應(yīng)的發(fā)展策略，促進信息化和工業(yè)化進行深度融合。制造企業(yè)的數(shù)字化、信息化改造和市場的制造需求，將需要大量熟悉先進制造技術(shù)的操作人員。21世紀(jì)是知識經(jīng)濟時代，信息化的社會，促使終身教育和建立學(xué)習(xí)型社會等新觀念融入各國教育領(lǐng)域之中，受到普遍的認同和推崇，并在不斷實踐探索之中。所以我們的新知識、新技術(shù)也必然要盡快的被中等職業(yè)教育融入教學(xué)體系之中。

1?3D打印與中職教育簡介

1.1 什么是3D打印

3D打印機（3D Printers）是一位意大利名為恩里科·迪尼（Enrico Dini）的發(fā)明家設(shè)計的一種神奇的打印機。3D打印機就是可以“打印”出真實3D物體的一種設(shè)備，功能上與激光成型技術(shù)一樣，采用分層加工、迭加成形，即通過逐層增加材料來生成3D實體，與傳統(tǒng)車床車削去除材料加工技術(shù)完全不同。把它稱為“打印機”是參照了噴墨打印機的技術(shù)原理，分層加工過程與噴墨打印十分相似，它不僅可以“打印”出一幢完整的建筑，甚至可以在航天飛船中給宇航員打印任何所需的物品。

美國《時代》周刊將3D打印列為“美國十大增長最快的工業(yè)”。業(yè)內(nèi)預(yù)估，2016年，3D打印市場規(guī)模將達到31億美元，2020年達到52億美元。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，3D打印機技術(shù)已經(jīng)成為一種潮流，并開始廣泛應(yīng)用在設(shè)計領(lǐng)域，尤其是工業(yè)設(shè)計，數(shù)碼產(chǎn)品開模等...，可以在數(shù)小時內(nèi)完成一個模具的打印，節(jié)約了很多產(chǎn)品到市場的開發(fā)時間。3D 打印機可以用各種原料打印三維模型，使用3D 輔助設(shè)計軟件，工程師設(shè)計出一個模型或原型之后，無論設(shè)計的是一所房子還是人類的骨骼和人工心臟瓣膜，都可以通過相關(guān)公司生產(chǎn)的3D打印機進行打印。打印的原料可以是有機或者無機的的材料，例如橡膠、塑料、玻璃、部分金屬。

1.2 什么是中職教育

中職教育是培養(yǎng)技術(shù)技能型人才的主要基地。招生對象主要是初中畢業(yè)生，學(xué)制3年，實行教學(xué)實習(xí)內(nèi)容與企業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合。經(jīng)過幾十年的改革發(fā)展，目前中職教育已形成初、中、高級培訓(xùn)并存，學(xué)歷教育與職業(yè)資格證書教育相結(jié)合，多層次、多功能、多元化的職業(yè)培訓(xùn)體系。

2?3D打印技術(shù)在國外國內(nèi)教育中的融入

2.1 3D打印系統(tǒng)在國外高校的以下專業(yè)方面獲得的融入

機械工程：3D打印機可以完整地將電腦中的數(shù)字影像轉(zhuǎn)換為實物模型，這樣學(xué)生可以很好地評估自己的設(shè)計成果。

建筑工程：快速、經(jīng)濟的模型建設(shè)使打印一棟建筑物模型成為可能。3DSystems的3D打印機可以將一棟建筑物模型分批打印，最后組裝成型。這樣就可以不單單將學(xué)生的設(shè)計模型平面展示，而是可以以三維的方式呈現(xiàn)出來。

工業(yè)設(shè)計：3D打印機可以制造出任何復(fù)雜的模型，這些模型可以沙磨和噴涂處理做為工業(yè)模型使用。

美術(shù)專業(yè)：美術(shù)專業(yè)的學(xué)生可以用3D打印機的3D打印機將設(shè)計的美術(shù)模型打印出來并從人們的評論反饋中繼續(xù)提高自己的設(shè)計水平。

生物醫(yī)藥：3D打印機具有獨一無二的彩色打印功能！他可以打印出全色彩的三維模型，這樣研究者就可以根據(jù)彩色三維模型準(zhǔn)確地判斷研究課題的方向。

2.2 3D打印技術(shù)在國內(nèi)高校中的融入

亞洲制造業(yè)協(xié)會，為了有效推動中國3D打印技術(shù)的發(fā)展，加快該項技術(shù)產(chǎn)業(yè)化和市場化的進程，同時提高國際間的對話和交流，并且促進該項新型技術(shù)和傳統(tǒng)制造業(yè)的更好結(jié)合，在2012年10月17日號召并聯(lián)合了國內(nèi)幾家知名院校，包括華中科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)等的權(quán)威研究機構(gòu)，還有一些3D行業(yè)中技術(shù)領(lǐng)先的企業(yè)，一起發(fā)起了中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，并且正式成立。

國內(nèi)3D打印技術(shù)在高校中主要有清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、華南理工大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等高校教授帶領(lǐng)的科研團隊。很多的高校專業(yè)在摸索著創(chuàng)新教學(xué)模式，把3D打印系統(tǒng)與教學(xué)體系相整合。一方面3D打印機可以提高學(xué)生在掌握技術(shù)方面的優(yōu)勢，提高學(xué)生的科技素養(yǎng)。另一方面利用3D打印機打印出來的立體模型，顯著提高學(xué)生的設(shè)計創(chuàng)造能力。隨著3D打印機逐步降低門檻及應(yīng)用領(lǐng)域擴大，3D打印機已經(jīng)進入國內(nèi)基礎(chǔ)教育領(lǐng)域。3D打印技術(shù)融入高校教學(xué)中體現(xiàn)的優(yōu)勢，現(xiàn)在越來越多的國內(nèi)高校專業(yè)把3D打印系統(tǒng)整合進自己的教學(xué)體系中，3D打印機可以提高學(xué)生在掌握技術(shù)方面的優(yōu)勢，可以顯著提高學(xué)生的設(shè)計創(chuàng)造能力。3D打印機在歐美大學(xué)里幾乎就是設(shè)計物理模型必不可少的工具。那么3D打印機在高校教學(xué)中有哪些優(yōu)勢呢？

在效率方面，一套3D打印機的3D打印系統(tǒng)具有無可比擬的優(yōu)勢，在一個學(xué)期里一套3D打印系統(tǒng)可以很好地滿足幾個班級的學(xué)生使用，每個班級大約有20～30名學(xué)生。

在成本方面，3D打印機打印系統(tǒng)既能滿足教學(xué)需要，同時能夠滿足學(xué)生的創(chuàng)造需要。

可靠性對于3D打印機來說自然不是問題，因為在課堂上，很有可能的狀況是3D打印機在一直運轉(zhuǎn)。3D打印機絕對可以滿足這一點。

在教學(xué)領(lǐng)域中安全示范教學(xué)是重點考慮的因素之一，3D打印機打印系統(tǒng)不需要支撐物打印，因此就不需要打印完成之后需要剃刀清理和化學(xué)清洗物清洗，從而可以最大程度的保證教學(xué)安全。

3 3D打印技術(shù)融入中職教育中的預(yù)見性分析

3.1 先進制造技術(shù)（3D打印技術(shù)）融入中職教育的趨勢

首先，表現(xiàn)在過程性目標(biāo)，中職教育為社會和經(jīng)濟的發(fā)展培養(yǎng)輸送第一線的勞動者，滿足受教育者學(xué)習(xí)技能、形成職業(yè)能力、求得生存和發(fā)展的最基本的需求。所以在科技不斷發(fā)展的時代，我們的職業(yè)教育教學(xué)內(nèi)容必須與時代的進步保持一致，必須把新的技術(shù)、新的思想、未來工業(yè)的發(fā)展趨勢考慮在內(nèi)。必須做到市場需要什么樣的勞動者我們中職學(xué)校就能培養(yǎng)什么樣的人才。只有學(xué)校具備與市場同步的硬件設(shè)施、能夠培養(yǎng)最新勞動技能的實力，才能為社會培養(yǎng)出不被淘汰的人才，并且讓中職教育立于不敗之地。

第二，按照馬克思的全面發(fā)展理論，中職教育必須有規(guī)劃、有個性、自由的發(fā)展。中等職業(yè)教育應(yīng)責(zé)無旁貸地，盡可能為受教育者提供追求優(yōu)越的教育，不僅要培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)，更重要的是從有個性的發(fā)展培養(yǎng)學(xué)生獲得適應(yīng)未來社會的基礎(chǔ)知識和競爭能力。只有兩者相統(tǒng)一，才能充分發(fā)揮中等職業(yè)學(xué)校為經(jīng)濟和社會發(fā)展服務(wù)的職能，也才能為學(xué)生個性發(fā)展和實現(xiàn)人生真正價值方面發(fā)揮教育的功能，激發(fā)學(xué)校辦學(xué)活力。

第三，3D打印機將在社會上普片使用，3D打印從起初在實驗室的應(yīng)用研究，現(xiàn)階段已經(jīng)發(fā)展到工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，甚至是家庭中的應(yīng)用，預(yù)計還有10年或者20年的時間，很多的家庭將擁有一臺3D打印機，只需要自己設(shè)計好的產(chǎn)品三維圖紙數(shù)據(jù)，就可以在家里隨心所欲打印任何需要的物品。所以，更多的家庭就需要掌握最基礎(chǔ)的繪圖設(shè)計能力，而中職教育就可以抓住這個求知需求。

3.2 3D打印在高校和中等職業(yè)教育的融入?yún)^(qū)別

高校學(xué)生具備的知識層次較高，接受了系統(tǒng)的專業(yè)知識學(xué)習(xí)，在知識應(yīng)用過程中是連貫的，并且具有發(fā)散性，在對3D打印技術(shù)的學(xué)習(xí)過程中具備自發(fā)和創(chuàng)新的能力。所以3D打印技術(shù)融入高校中更多的體現(xiàn)是科學(xué)研究和創(chuàng)新設(shè)計的過程，而不是生產(chǎn)過程。

中等職業(yè)教育的學(xué)生具備的知識面較單一，主要以基礎(chǔ)知識為主，入校后能夠掌握的專業(yè)知識有限。談科學(xué)研究和創(chuàng)新設(shè)計是不現(xiàn)實的，所以我們的學(xué)生在教學(xué)過程中，更多的體現(xiàn)只能是實現(xiàn)生產(chǎn)能力和基礎(chǔ)繪圖設(shè)計。我們是否可以帶著以上兩個預(yù)期目標(biāo)，去探索、去發(fā)現(xiàn)、去找到適合于中等職業(yè)教育的3D打印融入方式。

4?3D打印技術(shù)融入中等職業(yè)教育中的可行性

《中國教育報》的一篇報道引起了我的注意。青島市教育局決定，2013年秋季青島市中等職業(yè)教育招生計劃，在青島電子學(xué)校新增3D打印技術(shù)專業(yè)，并現(xiàn)已開始招生。青島把3D打印作為一門專業(yè)在中職教育開展，在全國尚屬首例。而我們云南省的中職學(xué)校目前也沒有開展，自己作為一名技工學(xué)校從教《機械制圖》的教師，3D打印技術(shù)是否能夠融入中等職業(yè)教育，并且能夠有序的開展教學(xué)活動，首先應(yīng)回答下列問題。

問題一：中等職業(yè)教育主要招收的學(xué)生以初中生為主，以學(xué)生現(xiàn)有的基礎(chǔ)知識水平能夠掌握3D打印技術(shù)嗎？

問題二：如果把3D打印技術(shù)作為一門獨立的學(xué)科開展教學(xué)，學(xué)生應(yīng)該如何有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)何種專業(yè)知識進行支撐？

問題三：在3D打印技術(shù)作為一門獨立的學(xué)科開展教學(xué)時，專業(yè)合理并且適合于中等職業(yè)教育的教材現(xiàn)在有編寫出來了嗎？

問題四：即便是我們的學(xué)生正確的掌握了3D打印技術(shù)，我們用一個什么樣的標(biāo)準(zhǔn)去評價學(xué)生取得的成果，給予學(xué)生肯定？

通過自己長時間對3D打印技術(shù)的學(xué)習(xí)和思考，同時也在自己多年的教學(xué)經(jīng)驗中總結(jié)。以上的問題可以在中職教育的平臺之上實現(xiàn)，并且可以得到已經(jīng)開展的專業(yè)課程支撐。換而言之，3D打印技術(shù)融入中等職業(yè)教育中是具備可行性的，這一項先進的制造技術(shù)在中等職業(yè)教育中應(yīng)該擁有屬于它的一席之地。

新進校的學(xué)生如何才能掌握3D打印技術(shù)，在這3年的入學(xué)時間中掌握的過程是如何實現(xiàn)的，基于中職教育平臺如何讓學(xué)生掌握3D打印技術(shù)，從現(xiàn)有開展的課程進行考慮學(xué)生需要具備的知識，我是這樣思考的：

（1）第一學(xué)年，學(xué)習(xí)《制圖》手工繪圖方法;《機械制圖》;《電工學(xué)》;《微機知識》;相關(guān)的文化基礎(chǔ)課程。

（2）第二學(xué)年上學(xué)期，學(xué)習(xí)電腦三維繪圖軟件《AUTO CAD》掌握基礎(chǔ)繪圖方法;《材料學(xué)》;學(xué)習(xí)計算機和3D打印機安裝打印過程;相關(guān)的文化基礎(chǔ)課程。

（3）第二學(xué)年下學(xué)期，進入實習(xí)實驗室利用電腦，通過三維繪圖軟件《AUTO CAD》對3D立體圖層迭加建模進行設(shè)計學(xué)習(xí)，并開始打印所設(shè)計立體實物。并通過完善的評價標(biāo)準(zhǔn)給予學(xué)生做出評價，并取得 CAD輔助設(shè)計資格認證證書等。全天設(shè)計實習(xí);

（4）第三學(xué)年把基于理論學(xué)習(xí)基礎(chǔ)之上的學(xué)生送往企業(yè)實習(xí)。通過以素質(zhì)為核心、能力為主線，走校企深度融合、校企合作辦學(xué)之路，全面推行基于職業(yè)能力標(biāo)準(zhǔn)的專業(yè)實踐教學(xué)模式和工學(xué)結(jié)合人才培養(yǎng)模式，實現(xiàn)學(xué)生零距離上崗。頂崗實習(xí)1學(xué)年。

總之，基于中等職業(yè)教育平臺，進行培養(yǎng)先進制造技術(shù)人才，以目前現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容足以支撐教學(xué)，也就是具備教學(xué)可行性是其一。國家已經(jīng)制定了相應(yīng)的發(fā)展策略，促進信息化和工業(yè)化進行深度融合。作為提供3D打印服務(wù)的各類企業(yè)，將面臨大量的人才需求。為了貼合社會需求，中職教育開設(shè)相關(guān)課程尤為緊迫，也就是具備市場需求是其二。學(xué)生畢業(yè)后可到產(chǎn)品制造企業(yè)、3D打印相關(guān)服務(wù)公司、設(shè)計公司、3D打印網(wǎng)店和其他3D領(lǐng)域企業(yè)擔(dān)任設(shè)計人員、技術(shù)操作員、咨詢服務(wù)人員和管理人員，也可以自主創(chuàng)業(yè)開設(shè)網(wǎng)店或?qū)嶓w店提供3D產(chǎn)品設(shè)計和打印服務(wù)，也就是拓寬了中職教育學(xué)生的就業(yè)面和學(xué)校的辦學(xué)范圍為其三。

參考文獻

[1] 呂靜鋒，區(qū)域中等職業(yè)教育可持續(xù)發(fā)展研究，2009.

[2] Gartner Inc，上海市科學(xué)學(xué)研究所.新興技術(shù)的炒作周期曲線[R]，2011.

[3] 古麗萍.蓄勢待發(fā)的3D打印機及其發(fā)展[J].數(shù)碼印刷，2011，（10）.

[4] 劉厚才，莫健華，劉海濤.三維打印快速成形技術(shù)及其應(yīng)用[J].機械科學(xué)與技術(shù)，2008，（9）.

[5] 陳步慶，林柳蘭，陸齊，等.三維打印技術(shù)及系統(tǒng)研究[J].機電一體化，2005，（4）.

作者簡介：程偉（1985—），男，云南建水人，本科，講師，就職于云南紅河州技師學(xué)院一線教師，研究方向：機械、汽修。

（作者單位：云南紅河技師學(xué)院）