高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育實踐中互聯(lián)網(wǎng)+3D打印技術(shù)與STEAM教育理念的融促機制研究

張魁 周友行 張高峰 張模蘊 陳睿 陳美良

摘要：3D打印技術(shù)依靠先進的解決方案、龐大的市場需求、獨特的技術(shù)優(yōu)勢，逐步廣泛地應(yīng)用于高校教育各細分領(lǐng)域。但是我國高校關(guān)于3D打印課程的教育體系尚未完善，研究出更適合學(xué)生的教育體系是當(dāng)前的重要任務(wù)。文章以雙創(chuàng)教育為背景，借助互聯(lián)網(wǎng)平臺，將3D打印技術(shù)與STEAM教育理念恰當(dāng)融合，改進傳統(tǒng)教育體系的不足，探索更適合學(xué)生成長的教育體系。最后，將此教學(xué)體系應(yīng)用于高校，取得了良好成效。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育;STEAM教育;3D打印技術(shù);教學(xué)模式

中圖分類號：G642.41? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）12-0006-02

一、引言

在人類社會不斷發(fā)展過程中，創(chuàng)新扮演了重要的角色。2015年兩會政府報告中，李克強總理提出要“把億萬人民的聰明才智調(diào)動起來，就一定能夠迎來萬眾創(chuàng)新的新浪潮”。為此，一些高校遵循教育部的相關(guān)政策，加強創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)（以下簡稱“雙創(chuàng)”）人才的培養(yǎng)，理念和實踐也在不斷與時俱進，開始了“雙創(chuàng)”探索[1]。

二、3D打印技術(shù)在“雙創(chuàng)”中的角色

3D打印技術(shù)，即快速成型技術(shù)，它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用金屬或塑料來黏結(jié)材料，是一種通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。隨著制造業(yè)的迅速發(fā)展，3D打印技術(shù)市場潛力巨大，成為衡量國家制造業(yè)是否發(fā)達的標(biāo)志，被稱為“具有工業(yè)革命意義的制造技術(shù)”[2]。作為一種綜合性技術(shù)，3D打印涵蓋機械基礎(chǔ)、電子電工基礎(chǔ)、機電控制技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)等方面的綜合知識，具有極高的科學(xué)技術(shù)水平。

三、我國3D打印技術(shù)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀

我國本科教育在3D打印技術(shù)和人才培養(yǎng)方面尚處于探索階段，整體水平不高，在服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面存在諸多問題，具體反映在如下方面。

1.內(nèi)容呆板乏味?？v觀整個國內(nèi)高校，尤其是一本類院校開設(shè)的3D打印課程，認知教育內(nèi)容所占比重較小，主要強調(diào)操作過程、參數(shù)設(shè)置和概念講解。學(xué)生在不了解3D打印技術(shù)的前提下，很難真正掌握3D打印技術(shù)，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，故也難以對3D打印技術(shù)巨大的發(fā)展前景產(chǎn)生共鳴。

2.教學(xué)形式單一。目前，由于教學(xué)用3D打印機配置比例較小，本科院校一般采用前期課堂理論教學(xué)加少量學(xué)時觀摩3D打印的教學(xué)形式。極少數(shù)具有大規(guī)模3D打印實驗室實訓(xùn)教學(xué)能力的學(xué)校，雖然能允許學(xué)生自主上機操作，但其打印對象往往來自網(wǎng)絡(luò)的成熟模型或者是學(xué)生憑借興趣設(shè)計的一些簡單模型。由于市場經(jīng)濟及行業(yè)專家的參與度不夠，學(xué)生對3D打印技術(shù)的真正魅力認識不足。

3.實訓(xùn)目標(biāo)與市場脫節(jié)。目前尚未與市場掛鉤，或者說還沒有形成市場驅(qū)動的3D打印教育實訓(xùn)模式。學(xué)生的3D打印作品，僅與自己的興趣相關(guān)，而學(xué)生對自己的設(shè)計能力、作品價值缺乏清晰的認識。這使得學(xué)生空有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的熱情，而無法借助3D打印技術(shù)，進行有目的、有意義的創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新訓(xùn)練。

四、基于STEAM教育理念的互聯(lián)網(wǎng)+3D打印課程教學(xué)模式改革

針對上述局限性，湘潭大學(xué)“基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的傳統(tǒng)3D打印教學(xué)課程體系改革”省級教改項目課題組聯(lián)合相關(guān)企業(yè)合作開發(fā)了“互聯(lián)網(wǎng)+3D打印”教學(xué)管理系統(tǒng)。該教學(xué)管理系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)平臺執(zhí)行相關(guān)課程和實踐環(huán)節(jié)，為教師創(chuàng)建一個具體化、可操作的平臺，讓學(xué)生體驗構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行過程的工程教育氛圍，有利于教學(xué)活動的開展。

1.可實現(xiàn)互動教學(xué)。學(xué)生在學(xué)習(xí)3D打印教程的初期階段，須掌握3D打印課程的理論基礎(chǔ)知識，教學(xué)管理平臺配有相關(guān)課程和教學(xué)視頻，指導(dǎo)教師可以利用該平臺將教學(xué)內(nèi)容推送到教室主屏、個人電腦、發(fā)言學(xué)生屏幕、制定小組屏幕及學(xué)生終端，學(xué)生亦可通過App同時訪問屏幕內(nèi)容。系統(tǒng)還提供對PPT講義的現(xiàn)場反饋支持，教師可以把PPT講義分發(fā)給學(xué)生，學(xué)生則對每一頁PPT的學(xué)習(xí)效果做現(xiàn)場反饋。

2.可實現(xiàn)分組教學(xué)。學(xué)生在學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)的實訓(xùn)階段，教學(xué)管理平臺具有分組討論、組內(nèi)分享、組間共享以及多屏呈現(xiàn)等功能。分組討論：在學(xué)生操作3D打印機之前，該平臺可對學(xué)生無限制分組，并將不同3D打印模型任務(wù)分發(fā)給不同小組，學(xué)生任意選擇加入或者退出小組。組內(nèi)分享：該平臺能拍攝每組討論和操作流程情況，將高清音視頻、多格式文件以及屏幕操作與組內(nèi)成員討論。

3.可實現(xiàn)智能管理。該平臺支持管理員預(yù)先導(dǎo)入或編輯學(xué)生花名冊、教師賬號信息，便于教師使用;教學(xué)管理人員、督導(dǎo)組教師可遠程實時查看課堂教學(xué)情況;系統(tǒng)支持遠程配置、監(jiān)控和升級維護。

五、互聯(lián)網(wǎng)+3D打印技術(shù)與STEAM教育理念融促機制研究初探

如何在“互聯(lián)網(wǎng)+3D打印”教學(xué)管理系統(tǒng)中加強師生交流學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，是本課程教學(xué)實踐成功與否的關(guān)鍵所在[3，4]?？紤]到STEAM理念（Science、Technology、Engineering、Art和Mathematics的縮寫）倡導(dǎo)用跨學(xué)科的方法教授科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)方面的知識，引導(dǎo)學(xué)生不斷更新專業(yè)知識，以適應(yīng)快速變化的社會生活[3]，因此，在教學(xué)實踐中，教師應(yīng)始終遵循STEAM教育理念。更重要的是，通過實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+3D打印技術(shù)與STEAM教育理念的融合和促進，學(xué)生在主動參與和充分交流中激發(fā)研究與探索的興趣，學(xué)習(xí)科學(xué)的思維方式與研究方法，體驗“互聯(lián)網(wǎng)+3D打印技術(shù)”的應(yīng)用過程，培養(yǎng)創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力。該融促機制可抽象為“兩融合”和“三層面”的建設(shè)，具體概述如下。

（一）“兩融合”

“兩融合”是核心基礎(chǔ)，也是3D打印教學(xué)過程必不可少的一步，包括“互聯(lián)網(wǎng)+3D打印技術(shù)”和“STEAM理念”兩平臺交叉融合，能及時解決傳統(tǒng)3D打印在應(yīng)用推廣中遇到的困難與問題。一直以來，我們的傳統(tǒng)教育理論性太強，難以激發(fā)學(xué)生興趣，而且長期的應(yīng)試教育降低學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、想象力及創(chuàng)造力。

（二）“三層面”

3D打印設(shè)備普及化、3D打印場所基地化屬于支撐層面范疇。2014年，學(xué)校投入專項經(jīng)費，建立工程實訓(xùn)大樓，里面擁有3D打印基地和近200臺3D打印設(shè)備與多媒體教學(xué)設(shè)備，以此作為學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)意孵化中心?；刂贫送晟频墓芾硐到y(tǒng)，向?qū)W生開放所有資源，保證項目人員的即時無障礙準(zhǔn)入。3D打印學(xué)術(shù)討論日常化、3D打印訓(xùn)練多樣化、3D打印競賽團隊化、3D打印競賽國際化屬于運作層面范疇。學(xué)校會不定期地舉辦3D打印學(xué)術(shù)沙龍和數(shù)量眾多的跨學(xué)科講座?？鐚W(xué)科討論正與STEAM教育理念相契合，因為每門學(xué)科都蘊含豐富的資源。

3D打印技術(shù)是一個使個人制作能力無限擴大的技術(shù)，可以生產(chǎn)出一些使用工具或者機器原型。當(dāng)這些原型或者工具被投資生產(chǎn)時，就加了就業(yè)機會，具有極高的經(jīng)濟效益。以3D打印技術(shù)為基礎(chǔ)，配合教學(xué)管理平臺，讓學(xué)生更加注重學(xué)習(xí)的過程，而不是學(xué)習(xí)結(jié)果，能激發(fā)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)意識，增強學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

參考文獻：

[1]唐德淼.高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育現(xiàn)狀與“雙創(chuàng)”人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新[J].當(dāng)代教育實踐與教學(xué)研究，2017（05）：115-116+114.

[2]李昕.3D打印技術(shù)及其應(yīng)用綜述[D].2014.

[3]王晶，宮凌勇.基于STEAM教育理念高校課堂教學(xué)模式改革新探[J].軟件導(dǎo)刊（教育技術(shù)），2017，16（09）：21-25.