文世峰 周燕 閆春澤 劉潔 史玉升

摘 ? 要：3D打印技術(shù)正在各行各業(yè)中發(fā)揮重要作用，如何培養(yǎng)高素質(zhì)的具有創(chuàng)新能力、學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力的綜合型3D打印技術(shù)人才是高等學(xué)校需要解決的首要任務(wù)。針對(duì)當(dāng)前3D打印技術(shù)與應(yīng)用課程教學(xué)存在的教學(xué)環(huán)節(jié)欠完備、教學(xué)內(nèi)容相對(duì)陳舊和教學(xué)平臺(tái)相對(duì)單一等問題，提出了引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)、以科研促教學(xué)質(zhì)量提升和建立“學(xué)校-企業(yè)-國際”多層次實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)教學(xué)模式改革的舉措與探索，為實(shí)現(xiàn)我國“制造2025”輸送更多優(yōu)秀人才做貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù) ?教學(xué)模式改革 ?全面型人才

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）10（b）-0167-02

3D打印技術(shù)屬于一種新型的先進(jìn)制造技術(shù)，它涉及材料、化學(xué)、光學(xué)、控制以及計(jì)算機(jī)等多學(xué)科交叉。其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，在航空航天、交通裝備、生物醫(yī)療、文化創(chuàng)意等領(lǐng)域都具有十分光明的前景。然而，近年來隨著國內(nèi)外3D打印技術(shù)及應(yīng)用的爆發(fā)式增長(zhǎng)，該領(lǐng)域高層次人才數(shù)量極度匱乏。從本質(zhì)上講，3D打印技術(shù)的發(fā)展高度取決于該領(lǐng)域人才的水平，如何培養(yǎng)高素質(zhì)的具有創(chuàng)新能力、學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力的綜合型3D打印技術(shù)人才是高等學(xué)校需要解決的首要任務(wù)。

華中科技大學(xué)快速制造中心團(tuán)隊(duì)是國內(nèi)最早、實(shí)力最強(qiáng)的3D打印技術(shù)研發(fā)科研團(tuán)隊(duì)之一。團(tuán)隊(duì)從1991年起開始3D打印技術(shù)與裝備的研發(fā)工作，在3D打印教學(xué)與科研方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)。然而，3D打印新技術(shù)層出不窮、應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，對(duì)該項(xiàng)技術(shù)人才技能的要求也日益提升。如何充分利用華中科技大學(xué)快速制造中心團(tuán)隊(duì)承擔(dān)國家級(jí)重大項(xiàng)目的科研資源、與企業(yè)保持的緊密產(chǎn)學(xué)研合作資源、培養(yǎng)具有基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面廣且深、實(shí)踐能力強(qiáng)、國際化前沿視野的3D打印技術(shù)和應(yīng)用的全面型人才迫在眉睫。

1 ?3D打印技術(shù)與應(yīng)用課程的教學(xué)模式現(xiàn)狀分析

1.1 教學(xué)環(huán)節(jié)欠完備

3D打印成形技術(shù)涉及種類多，包括成形高分子、金屬、陶瓷等材料體系。以金屬為例，成形方法又有激光選區(qū)熔化（SLM）、電子束熔融（EBM）、同軸送粉（LNES）等。涉及到的知識(shí)體系包括機(jī)械、計(jì)算機(jī)、數(shù)控和材料等。本課程目前僅設(shè)置32個(gè)理論學(xué)時(shí)，僅僅通過理論教學(xué)的方式，學(xué)生對(duì)各種技術(shù)只能形成基本的了解，對(duì)3D打印設(shè)備的運(yùn)用及工藝的實(shí)現(xiàn)難以有深入的認(rèn)識(shí)和體會(huì)。這與學(xué)校深化教育教學(xué)改革，全面推進(jìn)素質(zhì)教育，極力培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)的工科學(xué)生存在較大差距。

1.2 教學(xué)內(nèi)容相對(duì)陳舊

3D打印新技術(shù)日新月異，新的應(yīng)用應(yīng)接不暇，催生了大量新的研究成果出現(xiàn)。而目前課堂教學(xué)使用的課本和教學(xué)課件還停留在幾年前，基于此，學(xué)生學(xué)習(xí)的僅僅是相對(duì)陳舊的知識(shí)和技術(shù)體系。一方面，學(xué)生會(huì)感到課本知識(shí)太陳舊太乏味，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣不濃，進(jìn)而影響教師課堂教學(xué)質(zhì)量。另一方面，學(xué)生無法接觸到最先進(jìn)最前沿的3D打印技術(shù)及其成果，大大限制了學(xué)生知識(shí)面的廣度和深度，影響學(xué)生后續(xù)繼續(xù)從事3D打印技術(shù)研究的熱情。

2 ?3D打印技術(shù)與應(yīng)用課程的教學(xué)模式改革措施及探索

2.1 引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)

為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作3D打印設(shè)備的實(shí)踐能力，掌握常見3D打印成形工藝，擬引入8個(gè)綜合性3D打印材料制備及成形實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。該實(shí)驗(yàn)課程來源于、服務(wù)于相關(guān)的理論課程教學(xué)。制訂科學(xué)合理的綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案：實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)由3D打印材料和3D打印工藝兩個(gè)研究方向的教師承擔(dān)，將材料制備和成形方法的知識(shí)引入到3D打印實(shí)驗(yàn)中。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法截然不同，該課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不由教師確定，而是根據(jù)學(xué)生自己選擇的課程論文內(nèi)容來確定，教師給予建議與指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施具體過程如圖1所示。

2.2 以科研促教學(xué)質(zhì)量提升

學(xué)校具有較強(qiáng)的科研實(shí)力，擁有較好的科研平臺(tái)。在這種背景下，一方面，教師通過在多項(xiàng)國家級(jí)重大項(xiàng)目中全方位鍛煉專業(yè)能力，包括在項(xiàng)目前期調(diào)研、項(xiàng)目申報(bào)、項(xiàng)目實(shí)施及項(xiàng)目結(jié)題等環(huán)節(jié)，對(duì)3D打印技術(shù)的全球前沿方向及熱點(diǎn)動(dòng)態(tài)把握較準(zhǔn)。同時(shí)在項(xiàng)目實(shí)施過程中會(huì)對(duì)當(dāng)前3D打印技術(shù)產(chǎn)生新的觀點(diǎn)、新的見解，提升對(duì)3D打印技術(shù)的認(rèn)識(shí)水平，將其融入到課堂教學(xué)的知識(shí)體系中，促進(jìn)在后續(xù)課堂教學(xué)中教師“教”的質(zhì)量提升。

另一方面，基于教師承擔(dān)的前沿科研項(xiàng)目，學(xué)生可根據(jù)自身能力和興趣加入相應(yīng)的研究小組。在教師及研究生的指導(dǎo)下，學(xué)生對(duì)3D打印技術(shù)的理論知識(shí)會(huì)有更深入的理解，對(duì)3D打印設(shè)備的操作技能會(huì)有顯著提升。同時(shí)學(xué)生加入到某一個(gè)具體的課題研究中，會(huì)很好的培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題和解決問題的學(xué)術(shù)研究能力，最大程度的激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，提高學(xué)生學(xué)術(shù)研究水平的同時(shí)，必將促進(jìn)該門課程學(xué)生“學(xué)”的質(zhì)量提升。

通過上述教師“教”和學(xué)生“學(xué)”的“兩位一體”的質(zhì)量改進(jìn)，實(shí)時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)以科研促教學(xué)質(zhì)量提升的目的。

2.3 建立“學(xué)校-企業(yè)-國際”多層次實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

團(tuán)隊(duì)將在學(xué)校的支持下，以材料成形與模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為依托，建設(shè)國內(nèi)領(lǐng)先的3D打印技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心。根據(jù)3D打印實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)生課題研究?jī)?nèi)容，將團(tuán)隊(duì)自行研發(fā)的3D打印設(shè)備與國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)設(shè)備集中起來，構(gòu)建專門為培養(yǎng)學(xué)生服務(wù)的3D打印實(shí)驗(yàn)中心。該中心將配備多種先進(jìn)的3D打印設(shè)備、材料合成及制件性能測(cè)試分析設(shè)備等，學(xué)生在此可實(shí)現(xiàn)3D打印成形材料合成與制備、3D打印成形工藝和3D打印制件性能分析等，必將有效地保障學(xué)生實(shí)踐教學(xué)和課題研究的完成。

邀請(qǐng)全球3D打印領(lǐng)域?qū)＜襾硇Ｗ鰧W(xué)術(shù)報(bào)告交流，讓學(xué)生在交流中激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，了解該技術(shù)當(dāng)前最新發(fā)展前沿動(dòng)態(tài)。鼓勵(lì)學(xué)生假期赴國外對(duì)口高校實(shí)驗(yàn)室訪學(xué)，深入了解國外實(shí)驗(yàn)室在3D打印技術(shù)最新研究成果，培養(yǎng)學(xué)生國際化視野。

以此，建立起“學(xué)校-企業(yè)-國際”多層次實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，全力培養(yǎng)3D打印技術(shù)和應(yīng)用的全面人才。

3 ?結(jié)語

3D打印技術(shù)被稱為當(dāng)今制造業(yè)的一場(chǎng)革命，該領(lǐng)域全面型人才的培養(yǎng)迫在眉睫。目前該課程的教學(xué)存在問題較多，教學(xué)模式需要不斷的探索、思考和研究。應(yīng)從3D打印技術(shù)課程自身的特點(diǎn)，理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)并重，以科研促教學(xué)，建立“學(xué)校-企業(yè)-國際”多層次實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，通過教學(xué)、實(shí)踐以及教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)全流程提升3D打印人才培養(yǎng)質(zhì)量，為實(shí)現(xiàn)我國“制造2025”輸送更多優(yōu)秀人才做出貢獻(xiàn)。

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