朱丁亮 黃紹宏 劉彥哲 肖蘇成

摘 要：3D打印技術(shù)被稱為“具有工業(yè)革命意義的制造技術(shù)”，是科技創(chuàng)新2030背景下突破發(fā)展的重點領(lǐng)域。該技術(shù)在教育行業(yè)的應(yīng)用已嶄露頭角。然而3D打印作為創(chuàng)新技術(shù)如何與教學(xué)活動有機融合一直以來困擾著該項技術(shù)在教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)教育思維的禁錮、3D打印專業(yè)人才不足、適用于學(xué)校教學(xué)用的3D打印機存在缺陷、現(xiàn)行教育體制對3D打印教學(xué)的排斥成為四大亟待解決的問題。本文結(jié)合江西省3D打印企業(yè)在開拓校園市場的障礙給出了對策分析。從創(chuàng)新3D打印技術(shù)與教學(xué)相結(jié)合的模式；培養(yǎng)專業(yè)的3D打印人才；提高3D打印硬軟件質(zhì)量；自下而上推動創(chuàng)新教育在中小學(xué)的落實；優(yōu)化成本，租賃初探，按揭分付模式探索五個方面解決上述問題。

關(guān)鍵詞：3D打印企業(yè) 校園市場 對策研究

中圖分類號：F416.84 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-0298（2018）03（b）-151-03

3D打印進(jìn)校園近年來已逐漸成為教育領(lǐng)域關(guān)注的焦點，將3D打印技術(shù)、產(chǎn)品引進(jìn)教育領(lǐng)域，必將促進(jìn)科技與教育的更優(yōu)結(jié)合，推動優(yōu)質(zhì)教育模式的產(chǎn)生與發(fā)展，造福當(dāng)代廣大中小學(xué)受教育者。未來隨著個性化、多樣化消費漸成主流，生產(chǎn)小型化、智能化、專業(yè)化將成為產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟組織的新特征，3D打印在服務(wù)“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”和“互聯(lián)網(wǎng)+”以及智能制造等方面的作用將日益突出。

2016年7月28日，國務(wù)院下發(fā)《“十三五”國家創(chuàng)新規(guī)劃》，指出從長遠(yuǎn)戰(zhàn)略需求出發(fā)，啟動科技創(chuàng)新2030重大項目。發(fā)展智能制造和機器人，以智能、高效、協(xié)同、綠色、安全發(fā)展為總目標(biāo)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造平臺，研發(fā)智能機器人、高端成套裝備、三維3D打印等裝備，夯實制造基礎(chǔ)保障能力，被列入項目之中。

伴隨著歐美發(fā)達(dá)國家及日本、韓國、新加坡等國陸續(xù)頒布、更新本國增材制造相關(guān)政策，隨著工業(yè)“4.0時代”的到來，《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計劃（2015—2016年）》和《中國制造2025》等政策的逐步推行，科技創(chuàng)新2030重大項目的啟動將增材制造的研發(fā)應(yīng)用上升到更高的戰(zhàn)略層面，促進(jìn)3D打印產(chǎn)業(yè)與教育事業(yè)的更優(yōu)結(jié)合，催生出新的經(jīng)濟增長點，帶來制造新業(yè)態(tài)。

1 3D打印在教育領(lǐng)域的應(yīng)用概況

3D打印技術(shù)出現(xiàn)以來，一些國家和組織就十分重視其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，并開始嘗試3D打印在學(xué)校的推廣。英國教育部開展了一項為期一年的試驗項目（2012.10—2013.9），以21個學(xué)校為試點，將3D印技術(shù)應(yīng)用到數(shù)學(xué)、物理、計算機科學(xué)、工程和設(shè)計等課程中，探索3D打印的教學(xué)應(yīng)用，推動教學(xué)創(chuàng)新[1]。

韓國首爾在“首爾型制作教育”中長期（2018—2022年）發(fā)展戰(zhàn)略計劃中公布首爾將在五年內(nèi)投100億韓元為學(xué)校引進(jìn)3D打印機和3D筆課程。國內(nèi)3D打印技術(shù)起步比國外晚，但這幾年也興起一股3D打印進(jìn)校園的熱潮。以南昌市南師附小為例，該校已引進(jìn)20余臺大小、功能不一的桌面級3D打印機供學(xué)生課外興趣小組和教師創(chuàng)新教育使用。雖然國內(nèi)十分重視3D打印在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，但是由于至今沒有找到將3D技術(shù)與教育有效結(jié)合的科學(xué)模式等原因，3D打印企業(yè)進(jìn)入教育市場遭遇運營瓶頸，國內(nèi)教育市場遠(yuǎn)沒有打開。

2 3D打印走進(jìn)中小學(xué)校園的意義

3D打印技術(shù)具有數(shù)字化、可視化、人工智能化的特點。3D打印技術(shù)應(yīng)用到課堂教學(xué)中，能把學(xué)生書本上的抽象知識轉(zhuǎn)化成立體可見的實際物體，老師在講解中也會更加生動形象，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時，學(xué)生可以充分發(fā)揮自己的想象力，借助3D打印機將頭腦中的東西實體化，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。3D打印是一門創(chuàng)意性極強的學(xué)科，需要對空間進(jìn)行完全理解和操作，精準(zhǔn)地對不同緯度和空間進(jìn)行處理，實現(xiàn)從平面到立體的空間轉(zhuǎn)換，是大腦形象思維能力和邏輯思維能力的重要結(jié)合方式，對開發(fā)學(xué)生的大腦思維能力十分重要。在中小學(xué)開展好3D打印創(chuàng)客教育，是國家實現(xiàn)2025中國成為創(chuàng)新型國家的必要教育投入，對轉(zhuǎn)變應(yīng)試教育為素質(zhì)教育并且逐步趕超西方國家素質(zhì)教育有重大意義。

3 3D打印走進(jìn)中小學(xué)校園的主要障礙

3.1 技術(shù)與教育結(jié)合模式低效

3D技術(shù)與學(xué)科教育的有效結(jié)合[2]，一方面體現(xiàn)在利用3D打印機打印實體模具將課堂抽象內(nèi)容可視化，將教學(xué)內(nèi)容與模型結(jié)合從而促進(jìn)學(xué)生對學(xué)科知識的理解；另一方面體現(xiàn)在利用建模軟件提高學(xué)生的動手能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。然而，在走訪調(diào)研南昌市中小學(xué)的過程中，我們發(fā)現(xiàn)目前授課老師把3D打印設(shè)備僅當(dāng)成打印的工具，缺少對更重要的三維建模部分的講解。有的學(xué)校雖然建立了專門的興趣社團并且配備了專業(yè)的信息技術(shù)老師，但因為技術(shù)語言與學(xué)科教研語言之間的互聯(lián)互通沒有徹底貫穿，最終沒能通過課堂實現(xiàn)3D打印與學(xué)科知識的有效銜接。

3.2 3D打印專業(yè)人才不足

3D技術(shù)靈活運用于中小學(xué)課堂對教師素質(zhì)有較高要求，需要教師精通3D打印硬件及軟件的使用。其實，3D打印進(jìn)課堂應(yīng)該是多學(xué)科的，3D技術(shù)要真正走入課堂，需要被技術(shù)學(xué)科之外的老師掌握，并且應(yīng)用到教學(xué)中，課堂才具有生命力。但是3D技術(shù)作為近兩年興起的新興技術(shù)，除信息技術(shù)老師外，大部分老師對這項技術(shù)的理解和掌握尚處在一個探索階段，能熟練掌握這項技術(shù)硬軟件操作的人很少。缺乏專業(yè)化的3D教學(xué)人才，使得3D打印在教育中的推廣受到阻礙。

3.3 校用3D打印機性能不高

就目前3D打印機而言，學(xué)校引進(jìn)的桌面級3D打印機技術(shù)成熟度不高，有如打印機噴頭堵塞、打印成品率低、打印速度慢等技術(shù)痛點。同時，對校方而言，成本也是關(guān)鍵因素?，F(xiàn)階段市場上3D打印機體普遍單價在6千左右，普通中小學(xué)難以承受批量購買的資金壓力。3D打印耗材主要為塑料型材料，材料消耗大、成本高；打印模型的時間長，1cm3大小的物品需要一兩個課時才能完成。

3.4 現(xiàn)行教育體制對3D打印教學(xué)的排斥

現(xiàn)行的教育制度下，對一個學(xué)生的評價，高考還是最直接、最有效的方式。從幼兒園到高中畢業(yè)，12年磨一劍，高考不僅是改變一個人人生的載體，也是一個家庭“光宗耀祖”的載體。12年的辛苦就等高考放榜一瞬間。同時，教育機構(gòu)、社會也把高考成績作為評價一個學(xué)校的最重要標(biāo)準(zhǔn)。因此，從個人、家庭、社會，對高考都給予厚望。因此，很多家長和師生都致力于高考這一終極目標(biāo)，堅持“高考定終生”。雖然3D技術(shù)具有可視化、立體化、靈活性等特征，能促進(jìn)學(xué)生理解抽象事物，開拓學(xué)生的思維創(chuàng)造能力，但是國內(nèi)現(xiàn)有的3D技術(shù)與教育的融合模式并沒有獲得大部分師生及家長的認(rèn)可，因此，學(xué)校開設(shè)的3D技術(shù)課堂缺乏系統(tǒng)化的教程，而且課時短、受眾小。

4 解決3D打印企業(yè)進(jìn)入中小學(xué)校園難題的對策思考

盡管3D打印技術(shù)對教育的發(fā)展具有巨大的促進(jìn)作用，但由于技術(shù)及模式缺陷，3D打印企業(yè)遠(yuǎn)沒有打開國內(nèi)中小學(xué)教育市場。毫無疑問，將3D打印技術(shù)順利融入中小學(xué)教育，3D打印企業(yè)能獲得不可估量的經(jīng)濟利益，學(xué)校的教育也能得到極大進(jìn)步和長足發(fā)展。從3D打印企業(yè)角度來說，要想徹底打開國內(nèi)中小學(xué)教育市場，真正地讓3D打印技術(shù)服務(wù)于中小學(xué)教育，需要從以下幾個方面努力。

4.1 創(chuàng)新3D打印技術(shù)與教學(xué)相結(jié)合的模式

傳統(tǒng)課程教學(xué)給我們呈現(xiàn)出的一大弊端就是各個學(xué)科之間教學(xué)獨立以致于脫離真實生活主題。我們需要跨越學(xué)科之間的界限，開展面向真實生活的主題教學(xué)，比如，劉蓮花女士提出的“STEAM+3D”跨學(xué)科整合教學(xué)模式，對各專業(yè)進(jìn)行整合，創(chuàng)新課程，應(yīng)遵循“問題提出—分析問題—設(shè)計模型—打印模型—模型驗證并修改—最終產(chǎn)品”的項目教學(xué)過程。而通過我們對中小學(xué)課程的整合，我們規(guī)劃了適合中小學(xué)教育的“STEAM+3D”跨學(xué)科整合教學(xué)模式，如圖1所示。

例如，老師給學(xué)生布置一道以“在兩棟教學(xué)樓之間架構(gòu)天橋”的課外作業(yè)，小組成員根據(jù)圖1所示的思維導(dǎo)圖，利用所學(xué)的物理、數(shù)學(xué)、美術(shù)等知識分析天橋的結(jié)構(gòu)、長度、材料密度、形狀等，設(shè)計出模型后，利用3D打印機快速成型、零技能制造的特點將復(fù)雜結(jié)構(gòu)予以展示，檢驗實物的實用性，從而更好地發(fā)現(xiàn)并新問題并提出新方法。在其過程中，學(xué)生在每一個環(huán)節(jié)都開動腦筋、查找資料、相互討論、高度參與，融會各學(xué)科知識，實現(xiàn)理論與實踐的結(jié)合[3]。

4.2 培養(yǎng)專業(yè)的3D打印人才

3D打印技術(shù)進(jìn)入教育領(lǐng)域嚴(yán)重匱乏的資源即師資力量不足。3D打印的使用主要涉及軟硬件的操作，基于此提出兩種針對性解決方案。一是通過實施頂崗機制，建立校企之間的商業(yè)聯(lián)系，充分利用這一橋梁關(guān)系在學(xué)校挑選一批優(yōu)秀老師輪流在企業(yè)頂崗實踐，站在市場前沿充分感受3D打印在市場的使用發(fā)展情況，進(jìn)一步了解3D打印軟件的操作使用，及時準(zhǔn)確獲取3D技術(shù)信息并將其運用到教學(xué)實踐活動中。二是校內(nèi)提供良好的師資培養(yǎng)平臺，基于與企業(yè)聯(lián)系，由企業(yè)提供培訓(xùn)指導(dǎo)人員，在校定期針對性培養(yǎng)老師對3D打印軟硬件的操作能力及3D打印機體的維護(hù)能力。

4.3 提高3D打印硬軟件質(zhì)量

企業(yè)應(yīng)該加強國內(nèi)外同行業(yè)之間的交流，借鑒先進(jìn)的技術(shù)，通過加大技術(shù)投入來解決3D打印硬軟件的質(zhì)量問題。針對軟件的選擇，企業(yè)應(yīng)該研發(fā)設(shè)計一些類似于“草圖大師”3D小軟件對機器運行要求不高，界面直觀，入門簡單，適用于深入學(xué)習(xí)的傻瓜式的操作軟件。針對硬件，企業(yè)應(yīng)該從打印精度、材質(zhì)選取、打印時間等方面來優(yōu)化現(xiàn)有的3D打印產(chǎn)品，讓學(xué)校師生獲得更好的產(chǎn)品體驗。

4.4 自下而上推動創(chuàng)新教育在中小學(xué)的落實

和傳統(tǒng)教育相比，STEAM教育能幫助學(xué)生了解、學(xué)習(xí)和掌握尖端科技，激發(fā)他們對未知領(lǐng)域的探究欲，從小培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力，同時也教給他們善于合作的寶貴精神。企業(yè)可以在中小學(xué)舉辦各類以3D打印技術(shù)為依托的比賽，如建模比賽、產(chǎn)品設(shè)計比賽等。政府應(yīng)從政策上給予開展STEAM教育的學(xué)校以鼓勵，比如，通過學(xué)習(xí)STEAM教育課程、參加科技類比賽獲獎可以為升學(xué)加分等，以此加大學(xué)校和家長對創(chuàng)新教育的重視。

4.5 優(yōu)化成本，租賃初探，按揭分付模式探索

據(jù)團隊在南昌市各中小學(xué)長期實地調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，絕大部分學(xué)校表示3D打印成本高，主要體現(xiàn)在3D打印機體本身過于昂貴，目前市場上機體的普遍售價在6千左右，一般的學(xué)校難以批量購買。此外，3D打印耗材大，機體維護(hù)成本高。且目前國內(nèi)技術(shù)有限，在3D打印機體及耗材方面短時間難以通過技術(shù)改良降低其成本，3D打印企業(yè)只能另辟途徑優(yōu)化營銷模式來打開教育市場。除此之外，各中小學(xué)院校是一個特殊龐大的消費群體，3D打印企業(yè)可以在與學(xué)校建立長時期穩(wěn)定商業(yè)聯(lián)系的基礎(chǔ)上，針對這一特殊消費群體提出特色銷售模式，與學(xué)校簽訂租賃協(xié)議，以租賃的方式向?qū)W校提供3D打印機。企業(yè)通過掌握產(chǎn)品的所有權(quán)，以捆綁式銷售租其機體，賦予其使用權(quán)。通過提供軟件設(shè)計、機體的維護(hù)保障以及技術(shù)培訓(xùn)等方式獲取可觀的經(jīng)濟利益，從而實現(xiàn)3D打印企業(yè)與學(xué)校的互利共贏。

參考文獻(xiàn)

[1] 王萍.3D打印及其教育應(yīng)用初探[J].中國遠(yuǎn)程教育，2013（08）.

[2] 曾路.3D打印進(jìn)課堂：如何協(xié)調(diào)教育和技術(shù)[J].亞太教育， 2016（26）.

[3] 劉蓮花，張濤，戴艷紅.3D打印技術(shù)在STEAM教育中的應(yīng)用探討[J].長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2016，16（03）.