文/周路菡

教育成為3D打印新藍(lán)海

文/周路菡

在學(xué)校、學(xué)生創(chuàng)客的帶動(dòng)下，教育領(lǐng)域正在成為3D打印機(jī)發(fā)展的新“藍(lán)?！?，眾多打印機(jī)廠商也在源源不斷的商機(jī)中尋找新的商業(yè)模式

作為全球最受關(guān)注的產(chǎn)業(yè)技術(shù)之一，3D打印被譽(yù)為引領(lǐng)第三次工業(yè)革命最具標(biāo)志性的生產(chǎn)工具。目前3D打印正在進(jìn)入一個(gè)全新的發(fā)展階段，在教育行業(yè)也產(chǎn)生了巨大的影響。其在塑造新一次工業(yè)革命與工業(yè)文明的同時(shí)，也正成為一種新的教育方式。3D打印在激發(fā)學(xué)生的探索興趣和創(chuàng)造熱情，帶動(dòng)教育創(chuàng)新，激發(fā)想象力與創(chuàng)造力，開拓創(chuàng)新思維等方面有著重要的作用。目前，3D打印技術(shù)正在大面積走進(jìn)中國(guó)的大中小學(xué)課堂，并開始對(duì)現(xiàn)有教學(xué)產(chǎn)生深刻影響。在學(xué)校、學(xué)生創(chuàng)客的帶動(dòng)下，教育領(lǐng)域正在成為3D打印機(jī)發(fā)展的新“藍(lán)?！?，眾多打印機(jī)廠商也在源源不斷的商機(jī)中尋找新的商業(yè)模式。

3D打印開始在校園進(jìn)行普及

如果說有一種技術(shù)的誕生會(huì)讓某國(guó)的教育體系的教育方向和標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生改變，并且說這種技術(shù)還能成為多種學(xué)科中重要的教學(xué)方法，還成為了提升學(xué)生的創(chuàng)造力的重要途徑，你會(huì)不會(huì)感到好奇，到底這是一種什么技術(shù)？

對(duì)，這就是3D打印技術(shù)。近日來，國(guó)內(nèi)外學(xué)校應(yīng)用3D打印機(jī)教學(xué)的新聞已經(jīng)成為媒體報(bào)道的重點(diǎn)。

比如在美國(guó)，目前幾乎所有的大中小學(xué)都開設(shè)了3D打印的課程。美國(guó)政府旨在通過對(duì)青少年進(jìn)行3D打印創(chuàng)新意識(shí)、技術(shù)手段的培養(yǎng)，讓3D打印成為“美國(guó)智造”的有力手段，并成為中美制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的重要砝碼。美國(guó)新媒體聯(lián)盟（NMC）在《地平線報(bào)告2013年（基礎(chǔ)教育版）》中也指出，未來4-5年，3D打印技術(shù)將成為主流趨勢(shì)，大面積走進(jìn)中小學(xué)課堂，對(duì)現(xiàn)有教學(xué)產(chǎn)生深刻影響。

受到美國(guó)教育體系中大規(guī)模推廣3D打印課程的影響，英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、以色列、印度等國(guó)家也開始在教育系統(tǒng)中推廣3D打印課程，而這類科技教育學(xué)科在以色列、德國(guó)等國(guó)家已做得相當(dāng)不錯(cuò)。

我國(guó)教育部也快速展開了對(duì)3D打印在教育教學(xué)中的調(diào)研。隨后，教育部教育裝備研究與發(fā)展中心（該中心是我國(guó)教育部直屬、具有獨(dú)立法人資格的科研事業(yè)單位）在2014年12月，召開了“中國(guó)系統(tǒng)仿真學(xué)會(huì)3D教育與裝備專業(yè)委員會(huì)”成立大會(huì)。

據(jù)悉，該專委會(huì)成立的目的是著力系統(tǒng)解決我國(guó)3D教育領(lǐng)域目前存在的一些問題，營(yíng)造3D教育良好的學(xué)術(shù)氛圍，打造3D教育良好的生態(tài)圈，制定我國(guó)3D教育裝備的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，引領(lǐng)我國(guó)3D教育健康有序的發(fā)展。筆者了解到，目前該中心已經(jīng)在一層展廳里擺滿了3D打印的各種機(jī)器及打印出的豐富多彩的樣品。從2015年開春到現(xiàn)在，這里成為接待來自全國(guó)各地的老師和同學(xué)們參觀體驗(yàn)3D打印教學(xué)應(yīng)用的重要場(chǎng)所。在這里，學(xué)生不但現(xiàn)場(chǎng)可以看到3D打印的全過程，還可為自己打印出各種各樣的有趣作品。

此后，關(guān)于3D打印在教學(xué)中應(yīng)用的新聞就不絕于耳。尤其是城市的重點(diǎn)學(xué)校，紛紛將3D打印作為學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要工作。比如在北京、南京、青島、新疆等地的部分小學(xué)，已開展了3D打印的課程或社團(tuán)活動(dòng)。

從2015年6月開始，北京在16個(gè)區(qū)縣選取50所中學(xué)，每所學(xué)校由企業(yè)贈(zèng)送3至5臺(tái)3D打印機(jī)，建設(shè)50個(gè)“3D打印培育工程”實(shí)驗(yàn)基地。據(jù)悉，“3D打印培育工程”由北京市關(guān)工委、北京市教委、中關(guān)村管委會(huì)聯(lián)合開展并啟動(dòng)。相關(guān)人員表示，開展“3D打印培育工程”就是要讓3D技術(shù)走進(jìn)校園，提高學(xué)生的空間想象力和動(dòng)手能力，為培育我國(guó)3D打印技術(shù)人才打下良好基礎(chǔ)。

北京市東城區(qū)共為燈市口小學(xué)、體育館路小學(xué)、24中、50中學(xué)分校等17所學(xué)校配備了3D打印設(shè)備。相關(guān)教師定期到專業(yè)技術(shù)公司進(jìn)行培訓(xùn)，并開始自編教材。其中24中向東城區(qū)教委申請(qǐng)引進(jìn)了6臺(tái)3D打印機(jī)，本學(xué)期起在高一年級(jí)通用技術(shù)課中開設(shè)3D打印課，每周一次。如今，學(xué)生們已熟練掌握了從設(shè)計(jì)到打印的全套流程，打出了手機(jī)殼、蝸牛擺件、鏤空筆筒等多個(gè)成品，均是用塑料與膠融化以后打印凝結(jié)成的。據(jù)了解，打印一個(gè)直徑5厘米、高5厘米的迷你筆筒，大約需要兩個(gè)小時(shí)。

而在深圳，去年12月深圳南山區(qū)蛇口學(xué)校、南山第二外國(guó)語學(xué)校、福田竹園小學(xué)、福田梅山小學(xué)等9所學(xué)校也成為深圳首批3D打印進(jìn)校園的試點(diǎn)學(xué)校，并在南山區(qū)蛇口學(xué)校建立了3D打印創(chuàng)新坊，深圳市智慧校園設(shè)備有限公司和中科三維向首批試點(diǎn)學(xué)校捐贈(zèng)了3D打印機(jī)，開始培養(yǎng)小學(xué)生成為“小創(chuàng)客”。對(duì)于深圳不少學(xué)校嘗試將3D打印引進(jìn)學(xué)?；蛘n堂，深圳的教師也給予充分肯定，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)，將生活、創(chuàng)意融入3D打印信息技術(shù)教育當(dāng)中，確實(shí)激發(fā)了學(xué)生對(duì)科技的熱情和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力。

3D打印作為“具有革命意義的新技術(shù)”，在國(guó)內(nèi)外已作為學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要工作，并在校園開始普及。很多小學(xué)開始在新的技術(shù)革命下大膽創(chuàng)新，嘗試開設(shè)3D打印課程，豐富小學(xué)階段信息技術(shù)學(xué)科的內(nèi)容。

那么，是什么原因讓3D打印技術(shù)不斷進(jìn)入基礎(chǔ)教育中來呢？

為教育開啟全新方向

3D打印技術(shù)正為教育的發(fā)展開啟一個(gè)新的方向，許多教育機(jī)構(gòu)、組織和企業(yè)也在探索如何將3D打印技術(shù)應(yīng)用到更廣泛的教育、教學(xué)中。那么，3D打印技術(shù)對(duì)于教育和教學(xué)到底有哪些幫助和提升呢，以下是來自一線老師和專家的的意見：

——學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中不僅可以體會(huì)到新技術(shù)帶來的便利性，而且還可以提高他們的創(chuàng)新性，促進(jìn)他們學(xué)習(xí)的積極性，從文字到實(shí)體，學(xué)生體會(huì)到了制造的樂趣，學(xué)生愛學(xué)，老師愛教。

——3D打印對(duì)課程教學(xué)的幫助不言而喻。學(xué)生注意力大大提高，英國(guó)著名教師戴夫懷特曾經(jīng)說過：如果你能抓住學(xué)生的想象力，你就能抓住他們的注意力。

——對(duì)高中及大學(xué)生來說，3D打印機(jī)可以幫助高學(xué)生更快地了解一些及其復(fù)雜的場(chǎng)景。特別是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程和其他解決問題的行業(yè)中，通過3D打印機(jī)，模擬真實(shí)場(chǎng)景可以幫助學(xué)生快速找到問題的解決方法。

——對(duì)于大學(xué)的設(shè)計(jì)課程來說，在教室里放一臺(tái)3D打印機(jī)能夠幫助學(xué)生“趕走沒有用的想法”。很多在計(jì)算機(jī)上看起來很好的物體，打印出來經(jīng)常不盡如人意，學(xué)生們可以快速的對(duì)自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行修改。

——對(duì)于歷史和地理課程來說，3D打印是學(xué)生的福音。比如在人文歷史課程中，學(xué)生自己可以設(shè)計(jì)和打印藝術(shù)雕刻的樣式或者歷史建筑物，親自體會(huì)歷史建筑的質(zhì)感、方向感、美感；在地理課上，學(xué)生們通過打印噴發(fā)前的圣海倫火山及周邊地形可以更好地理解一些枯燥的地理術(shù)語。

學(xué)生學(xué)習(xí)的效果好不好，主要責(zé)任在于教學(xué)的方式。從初中開始，很多課程開始涉及到理論學(xué)習(xí)。有些在傳統(tǒng)教育中表現(xiàn)不好的學(xué)生，恰恰是因?yàn)樗鶎W(xué)的課程理論性太強(qiáng)，沒有興趣。即使有些抽象的概念讓學(xué)生死記通過了考試，但考試過后就很快忘記了。3D打印則可以讓枯燥的課程變得生動(dòng)起來。它是一種同時(shí)擁有視覺和觸覺的學(xué)習(xí)方式，具有很強(qiáng)的誘惑力，在觸覺學(xué)習(xí)中，學(xué)生不是在黑板或顯示器上簡(jiǎn)單地看文字或圖形，而是通過他們的觸覺抓住核心概念的三維模型，這樣能夠吸收和消化知識(shí)，在激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)還增強(qiáng)了記憶，鞏固了學(xué)習(xí)效果。

據(jù)專家介紹，要想培養(yǎng)中國(guó)孩子的創(chuàng)新能力，通過3D打印機(jī)來學(xué)習(xí)和創(chuàng)新是非常好的方式。中國(guó)的傳統(tǒng)教育是應(yīng)試教育，大多數(shù)學(xué)校沒有開設(shè)培養(yǎng)學(xué)生“創(chuàng)新精神和創(chuàng)造力”的課程，純粹的理論學(xué)習(xí)使學(xué)生的大腦僵化。3D打印讓孩子們輕而易舉的參與到教學(xué)中，使其發(fā)揮了極強(qiáng)的動(dòng)手能力和極大想象力。筆者就在北京的某中學(xué)課堂上見到學(xué)生親自把數(shù)學(xué)、物理課中的許多抽象概念通過讓學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)由3D打印組件組成的小電路和小裝置，變成有趣的課程，很多學(xué)生對(duì)科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程和設(shè)計(jì)的熱情由此被激發(fā)出來，未來的”學(xué)生工程師”就這樣默默地成長(zhǎng)起來。

此外，3D打印機(jī)在教學(xué)評(píng)價(jià)方面也有廣泛的應(yīng)用前景，尤其對(duì)于設(shè)計(jì)相關(guān)專業(yè)的師生來說這無疑是最好的“考卷”。以往學(xué)生在電腦上設(shè)計(jì)模型，或者是后期做出來一些簡(jiǎn)單的泡沫模型，但它們根本無法和實(shí)際應(yīng)用成品相比，難以滿足實(shí)際評(píng)價(jià)需求。而通過3D打印機(jī)，可直接打印出有力學(xué)強(qiáng)度的精細(xì)模型，再經(jīng)過打磨、著色等，使學(xué)生作品的外觀和結(jié)構(gòu)均能完美呈現(xiàn)，很多還能應(yīng)用于結(jié)構(gòu)裝配、外形驗(yàn)證、功能測(cè)試。此外，教師也可以更好地跟蹤學(xué)生在建模中出現(xiàn)的問題，及時(shí)給予指導(dǎo)、建議、修正，非常適合于教學(xué)評(píng)價(jià)。

表1： 3D打印技術(shù)在多種學(xué)科教育上的應(yīng)用

也正因?yàn)槿绱耍?D打印機(jī)才會(huì)被越來越多的學(xué)校采用，從數(shù)學(xué)課到生物課，從藝術(shù)課、歷史課和文學(xué)課，都可以看到3D打印機(jī)的影子，這不能不說是技術(shù)創(chuàng)造了奇跡。

教育領(lǐng)域成為3D打印新“藍(lán)海”

3D打印可以彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教育“重理論、輕實(shí)踐，重動(dòng)腦、輕動(dòng)手，重學(xué)習(xí)、輕應(yīng)用”的不足，使課堂教學(xué)變得有趣、生動(dòng)，變課堂上的被動(dòng)記憶為課內(nèi)外的主動(dòng)探索。3D打印技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用推廣已經(jīng)在高層受到了重視。3D打印領(lǐng)域唯一的一位院士，即中國(guó)工程院院士、西安交大盧秉恒院士就指出，3D打印如應(yīng)用于教育教學(xué)，可以激發(fā)學(xué)生的探索興趣和創(chuàng)造熱情，帶動(dòng)教育創(chuàng)新，讓學(xué)生們開拓思維，發(fā)揮出無窮的想像力與創(chuàng)造力，造就一批創(chuàng)新型人才。

此外，原航空航天部林宗棠部長(zhǎng)也敏銳地覺察到了3D打印在教育中的巨大推動(dòng)力。林宗棠部長(zhǎng)認(rèn)為，在這場(chǎng)技術(shù)大潮背景下，我國(guó)3D打印技術(shù)的推廣與普及還與國(guó)外存在一些差距，而學(xué)校是發(fā)展自主3D打印技術(shù)的沃土，一臺(tái)機(jī)器放在學(xué)校里，就意味著至少有幾十甚至幾百人受益。所以在2014年1月份，林宗棠部長(zhǎng)向中央寫報(bào)告建議3D打印技術(shù)要從娃娃抓起，在全國(guó)青少年中播種十萬顆3D打印創(chuàng)新種子。此后“3D打印創(chuàng)新教育播種”計(jì)劃即被國(guó)務(wù)院及相關(guān)部委批準(zhǔn)立項(xiàng)，并由中央機(jī)關(guān)老干部康樂文化指導(dǎo)中心推出。2014年8月，第一批90臺(tái)3D打印機(jī)被送到北京35中、河北辛集市第三中學(xué)等九所學(xué)校的孩子們手中。據(jù)負(fù)責(zé)實(shí)施該計(jì)劃的紫熙公益負(fù)責(zé)人介紹，在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)施的“3D創(chuàng)新教育播種”計(jì)劃，將在兩年內(nèi)完成100000顆3D打印創(chuàng)新種子的播種。

在2015年2月，國(guó)家工信部出臺(tái)《國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2014-2016年）》，指出要加快3D打印技術(shù)在兒童創(chuàng)新教育中的應(yīng)用。教育領(lǐng)域迅速成為3D打印發(fā)展的新“藍(lán)海”。

比如中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟就對(duì)這個(gè)“藍(lán)?！庇辛舜_定的動(dòng)作計(jì)劃。該聯(lián)盟準(zhǔn)備從2015年開始，在全國(guó)創(chuàng)建1000所3D打印創(chuàng)客俱樂部，在全國(guó)選擇1000所有代表性的學(xué)校創(chuàng)建1000間打印創(chuàng)客空間。如果平均每個(gè)教室配備30臺(tái)3D打印機(jī)，1000個(gè)教室則需要3萬臺(tái)。目前花3000～4000元就能購買一臺(tái)性價(jià)比較高的桌面3D打印機(jī)，全國(guó)3D打印機(jī)的需求至少是10萬臺(tái)～50萬臺(tái)，在學(xué)校、學(xué)生創(chuàng)客的帶動(dòng)下，將帶來源源不斷的商機(jī)，甚至引領(lǐng)新的商業(yè)模式，通過幾千萬元的投入，就能撬動(dòng)幾十億元的桌面打印機(jī)市場(chǎng)。

2014年我國(guó)教育領(lǐng)域3D打印市場(chǎng)規(guī)模約3億美元，今年有望突破6億美元，增速近100%。受益海外專利到期，國(guó)內(nèi)設(shè)備制造進(jìn)程大幅加快，桌面級(jí)市場(chǎng)迅速爆發(fā)。特別是FDM等專利放開以后，涌現(xiàn)出了一大批新進(jìn)入，涉及企業(yè)主要為3D打印設(shè)備制造商。

目前國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)發(fā)展迅猛，各3D打印企業(yè)紛紛瞄準(zhǔn)校園領(lǐng)域入手，且開始偏向于中小學(xué)低齡化發(fā)展，各種小型桌面3D打印機(jī)外觀設(shè)計(jì)也都偏向于卡通、可愛等風(fēng)格轉(zhuǎn)向。另外一些企業(yè)則紛紛開始推廣活動(dòng)，通過向?qū)W校免費(fèi)贈(zèng)送機(jī)器來營(yíng)造行業(yè)對(duì)企業(yè)的關(guān)注度。比如中科大先研院的阿巴賽公司為了打開更大的市場(chǎng)，就推出了“3D技術(shù)創(chuàng)新培育計(jì)劃”。在2015年6月，阿巴賽公司將向合肥廬陽區(qū)兩所中小學(xué)免費(fèi)提供了3D打印"創(chuàng)客"教育實(shí)驗(yàn)室關(guān)鍵設(shè)備，包括40臺(tái)3D打印機(jī)、6臺(tái)3D掃描儀及配套的軟件、課程體系培訓(xùn)等。該公司意在以點(diǎn)帶面，在全市推廣創(chuàng)新教育，進(jìn)而在廣大青少年中播下“3D打印創(chuàng)新”的種子。當(dāng)然這也是很多公司的戰(zhàn)略，因?yàn)椤巴顿Y教育，就是投資未來的客戶”。

需要一套大的藍(lán)海戰(zhàn)略

在信息技術(shù)瞬息萬變，前沿科技層出不窮的當(dāng)下，如今，3D打印技術(shù)正在大規(guī)模地進(jìn)入到中小學(xué)和大學(xué)的教育領(lǐng)域中。但根據(jù)筆者的調(diào)查，3D打印在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用卻并未順利推行。

比如很多學(xué)校買了3D打印機(jī)，卻放在那里成為展示的工具，并沒有真正用起來。當(dāng)然原因并不完全在學(xué)校，很多學(xué)校都發(fā)現(xiàn)，雖然有3D打印機(jī)，但卻沒有可以導(dǎo)入的3D打印課程，市場(chǎng)上還沒有關(guān)于3D打印的統(tǒng)一教材，也沒有教育培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)。另外，招聘相關(guān)的教師也成為難題，整個(gè)學(xué)校的3D打印教育行業(yè)都面臨著缺乏教師的難題。

3D打印是一種教具，用于開拓學(xué)生思維，而不是玩具。要想真正讓3D打印進(jìn)入中國(guó)的教育教學(xué)領(lǐng)域，還面臨著實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理、課程設(shè)置、師資認(rèn)證與培訓(xùn)、應(yīng)用模式研究等多方考驗(yàn)。

一位該領(lǐng)域的教師經(jīng)過對(duì)目前的3D打印機(jī)進(jìn)行考察后發(fā)現(xiàn)，很多3D打印機(jī)還與具體的教學(xué)應(yīng)用存在著差距。比如在設(shè)計(jì)領(lǐng)域，要求的功能很多；在機(jī)械領(lǐng)域，要求打印速度和打印精度較高；在生物領(lǐng)域，要求可以打印一定的生物活性材料。所以企業(yè)應(yīng)該做學(xué)科教學(xué)需求分析，了解學(xué)科教師對(duì)3D 打印機(jī)的需求，根據(jù)需求對(duì)3D 打印機(jī)進(jìn)行定制；其次根據(jù)具體學(xué)科需要，建立基于3D打印的學(xué)科課堂教學(xué)方案；開發(fā)3D打印技術(shù)用于課堂教學(xué)的教師培訓(xùn)課程。

更為急迫的是，目前需要對(duì)3D 打印的課程設(shè)置、師資認(rèn)證與培訓(xùn)率先展開。沒有教師，即使有再好的打印機(jī)也會(huì)成為擺設(shè)。所以很多學(xué)校建議首先要對(duì)教師進(jìn)行運(yùn)用3D打印機(jī)進(jìn)行課堂教學(xué)的培訓(xùn)，主要是繪圖軟件和各種材料的使用，之后教師才會(huì)根據(jù)培訓(xùn)結(jié)果以及教學(xué)方案開展情況給予教育管理機(jī)構(gòu)和廠家更多反饋，以此來推動(dòng)該行業(yè)的發(fā)展。

可喜的是，一些地方已經(jīng)率先開始了3D 打印培訓(xùn)工作，比如南京市就在2015年6月率先開展了該市中小學(xué)首屆3D打印技術(shù)教師研修班。據(jù)悉，本次研修班的培訓(xùn)課程主要有：3D打印技術(shù)發(fā)展知識(shí)普及、SketchUp草圖大師建模、工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品創(chuàng)新點(diǎn)的構(gòu)思與操作、Design Spark Mechanical工具建模、3D打印教程視頻編輯與制作、掃描建模、各種打印機(jī)切片軟件的基本操作使用。

3D打印技術(shù)和產(chǎn)品在教育領(lǐng)域的推廣，需要的是一套大的藍(lán)海戰(zhàn)略。藍(lán)海戰(zhàn)略的戰(zhàn)略思想是要突破已有的市場(chǎng)邊界，創(chuàng)造新的市場(chǎng)需求，擴(kuò)展新的市場(chǎng)空間，形成新的價(jià)值曲線。目前，很多學(xué)校對(duì)3D技術(shù)的了解和對(duì)課程的開發(fā)都難成體系， 3D打印技術(shù)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用模式，包括教學(xué)模式和學(xué)習(xí)模式也沒有建立起來。另外，教育管理機(jī)構(gòu)需要對(duì)教師運(yùn)用3D打印機(jī)進(jìn)行教學(xué)的影響和效果進(jìn)行持續(xù)跟蹤和評(píng)估。這些具體事情，政府要做，企業(yè)也要做，也更需要輿論的引導(dǎo)。雖然擺在很多企業(yè)面前的是一大塊蛋糕，但要想吃到卻并不容易，未來還需要彌補(bǔ)很多3D打印技術(shù)和產(chǎn)品在教育領(lǐng)域應(yīng)用的稀缺環(huán)節(jié)。