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        疫情背景下對3D打印科普工作的重新認(rèn)識

        2020-07-12 13:16:20
        科技視界 2020年35期
        關(guān)鍵詞:科學(xué)

        劉 曉

        (廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院 機(jī)電學(xué)院,廣東 廣州510075)

        0 引言

        3D打印,又稱增材制造,是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料,通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印雖然只有30年的歷史,但它顛覆性的制造方式吸引了世界各國大批的科研人員在其相關(guān)領(lǐng)域展開研究并取得了令人矚目的成績,被美國自然科學(xué)基金會稱為20世紀(jì)最重要的制造技術(shù)創(chuàng)新。

        3D打印之所以備受關(guān)注是因?yàn)樗姸鄡?yōu)勢于一身:從設(shè)計(jì)端來看,3D打印基本實(shí)現(xiàn)了零件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的自由化。不需要考慮零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度,且通過修改設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可輕松實(shí)現(xiàn)個性化、低成本單件制造;從制造端來看,直接由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)驅(qū)動,可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速開發(fā)。不需要工裝夾具模具等傳統(tǒng)輔助制造工具,極大地簡化了制造工序,節(jié)約了制造和裝配成本。除此之外,還可以對機(jī)械部件進(jìn)行再制造修復(fù);從材料端來看,可以實(shí)現(xiàn)多種材料的成型制造。現(xiàn)在工業(yè)上較成熟的打印材料包括塑料、尼龍、樹脂、陶瓷、石膏、金屬粉末等

        近十年來,我國在3D打印領(lǐng)域取得了很多可喜的成績。在大工業(yè)方面,西北工業(yè)大學(xué)成功對航空發(fā)動機(jī)葉片進(jìn)行了再制造修復(fù),北京航空航天大學(xué)成功實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件的激光成形等。在醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用于術(shù)前病灶定位、手術(shù)模擬、手術(shù)導(dǎo)板制作等,有效地推動了精準(zhǔn)醫(yī)療的實(shí)現(xiàn)。但普通民眾對3D打印的認(rèn)識,多數(shù)都局限于櫥窗里各色的擺件、咖啡廳里的咖啡拉花或者是孩子們手中的3D打印筆等,除了博眼球之外,沒有太多具有價值的事物。

        但2020年在抗擊新型冠狀病毒肺炎疫情中所迸發(fā)出的科技實(shí)力使得3D打印以一種新的姿態(tài)進(jìn)入了公眾的視野。新型冠狀病毒肺炎在武漢爆發(fā)初期,對新型冠狀病毒肺炎認(rèn)識的缺乏以及抗疫物資的短缺成了疫情初期防控工作的重大障礙,而3D打印由于其快捷、高效、個性化的優(yōu)勢迅速加入了抗疫大軍的行列,在抗擊疫情過程中為解決醫(yī)療物資短缺提供了新的解決方案。湖南云箭集團(tuán)有限公司緊急上馬3D打印醫(yī)用護(hù)目鏡項(xiàng)目,從設(shè)計(jì)開發(fā)、定型到日量產(chǎn)600副僅用153個小時。深圳蛇口人民醫(yī)院通過采集醫(yī)護(hù)人員的面部三維特征優(yōu)化防護(hù)面罩設(shè)計(jì),2小時就能完成個性化訂制醫(yī)護(hù)面罩的3D打印。上海復(fù)志公司收到華山、瑞金等15家醫(yī)院“口罩佩戴連接器”火速支援需求后,僅用24個小時就完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)并生產(chǎn)交付了1 500件連接器。蘇州盈創(chuàng)新材料公司采用3D打印建造隔離病房,平均2小時即可打印出一間隔離病房,建筑指標(biāo)均達(dá)到隔離病房國家標(biāo)準(zhǔn),公司在一天之內(nèi)就完成了咸寧市的緊急需求訂單。今年8月,Nature Reviews Materials發(fā)表了一篇評論文章,以3D打印生產(chǎn)咽拭子、口罩、呼吸器、人體模型和隔離病房為例,詳細(xì)介紹了疫情防治緊急情況下歐美等國利用3D打印在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。

        3D打印在新型冠狀病毒肺炎疫情中硬核抗疫的各種表現(xiàn)又何嘗不是對全國人民的一次非常有效的全面覆蓋3D打印設(shè)計(jì)端、制造端以及打印材料的3D打印科普教育?此時,人們會發(fā)現(xiàn)3D打印不是僅局限于櫥窗里各種3D打印成型的擺件、吸引眼球但沒有太多實(shí)際價值的3D打印食品,也不局限于飛機(jī)發(fā)動機(jī)葉片修復(fù)、飛機(jī)發(fā)動機(jī)噴嘴創(chuàng)新設(shè)計(jì)這一類距離普通民眾工作生活遙遠(yuǎn)的航空航天產(chǎn)品制造,而是可以快速、便捷、多角度、多維度為廣大民眾提供便利與服務(wù)的一種科技手段。而這種現(xiàn)實(shí)題材的科普一定會幫助公眾深刻理解在當(dāng)前國內(nèi)經(jīng)濟(jì)大循環(huán)為主體、國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進(jìn)的新發(fā)展格局下3D打印作為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)在構(gòu)建智能制造產(chǎn)業(yè)生態(tài)中的潛在推動作用,也一定會在一定程度上激活公眾的創(chuàng)新基因,推動3D打印在材料改進(jìn)、設(shè)備升級、技術(shù)應(yīng)用等方面不斷向前向好邁進(jìn)。

        由此,重新審視3D打印甚至整個科普教育工作,不得不弄清楚兩個問題:

        1 科普是一種什么樣的教育形式,它的核心是什么

        從本質(zhì)上講,科普是一種社會教育。社會教育不同于學(xué)科體系基礎(chǔ)上的學(xué)校教育,也不同于實(shí)用為導(dǎo)向的職業(yè)培訓(xùn),它的基本特點(diǎn)是:社會性、群體性和持續(xù)性??茖W(xué)技術(shù)在一定的社會環(huán)境中孕育著科普??破占ぐl(fā)了廣大科研工作者和民眾的創(chuàng)新應(yīng)用,而創(chuàng)新應(yīng)用又反哺著科學(xué)技術(shù)的革新。

        哥白尼的“日心說”否定了占據(jù)統(tǒng)治地位1000多年的“地心說”,使人類的思想從封建神學(xué)的統(tǒng)治中得以解放;麥哲倫環(huán)球航行1082天證明地球是圓的,從而促進(jìn)了新宇宙觀的形成。哥白尼和麥哲倫這種敢于質(zhì)疑“權(quán)威”,求真務(wù)實(shí)的科學(xué)精神,其意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了“地球是圓的”“地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)”這些科學(xué)事實(shí)本身。因此,科普的核心在于讓公眾理解科學(xué),培養(yǎng)公眾的科學(xué)精神,激發(fā)公眾的創(chuàng)新活力,而不僅僅是使得人們理解掌握某個科學(xué)知識點(diǎn)??茖W(xué)精神的核心在于解放思想、理性質(zhì)疑、求真務(wù)實(shí)、實(shí)事求是??破招麄鞴ぷ骷纫⒅乜萍贾R的內(nèi)涵及其應(yīng)用,更要傳達(dá)其內(nèi)在的科學(xué)思想、科學(xué)方法和科學(xué)精神。

        2 國內(nèi)現(xiàn)有科普工作中存在哪些問題

        從大的科普體系來說:

        科普作為一種提升大眾科學(xué)素質(zhì)的社會教育形式,具有激活公眾創(chuàng)新活力的效能,但長期以來,受歷史沿襲、社會環(huán)境以及學(xué)術(shù)環(huán)境的影響,科普工作的良性運(yùn)行軌道還未建立,需要從以下三個方面進(jìn)行改革:

        第一,適時、合理扭轉(zhuǎn)科研工作人員的逐利性[1]。受社會環(huán)境的影響,掌握最新最全科學(xué)動態(tài)和技術(shù)應(yīng)用的企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)和高校主要的關(guān)注點(diǎn)在于科學(xué)研究以及能夠帶來直接經(jīng)濟(jì)效益的科技成果轉(zhuǎn)化上,導(dǎo)致大批具備科普實(shí)力的有生力量缺位。

        第二,建立合理、良性的科普工作機(jī)制。長期以來科普的任務(wù)主要集中在各級科技協(xié)會手中,雖然各級科協(xié)中不乏高水平科研人員,但他們的主要職能是處理行政事務(wù)性工作,而非科普研究工作,且由于行政體制、經(jīng)費(fèi)等原因,科協(xié)與企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)和高校之間很難形成規(guī)模性的有效互動,導(dǎo)致科普工作管理機(jī)構(gòu)與科普有生力量嚴(yán)重脫節(jié)。

        第三,挖掘培養(yǎng)一大批科普研究人員。科普的社會性決定了科普的內(nèi)容要以點(diǎn)帶面、由淺及深、通俗易懂,科普的形式需要新穎有趣、引人入勝,但既掌握科學(xué)理論又對科普有深入研究的人才非常缺乏。

        從小的施力點(diǎn)來說:

        首先,科普的內(nèi)容不一定是解釋清楚某個科學(xué)內(nèi)容,也可以是某種科學(xué)知識的創(chuàng)新應(yīng)用,這種創(chuàng)新應(yīng)用同樣可以開拓公眾的思路,激發(fā)公眾的創(chuàng)新欲望,實(shí)現(xiàn)科技成果的轉(zhuǎn)化與推廣。

        其次,科普的素材不一定是事先設(shè)計(jì)好的既定內(nèi)容,也可以根據(jù)現(xiàn)實(shí)情境的資源進(jìn)行合理的整合、編排。比如,將3D打印在抗擊新型冠狀病毒肺炎疫情中的諸多素材進(jìn)行整編,它的科普效果應(yīng)該更具有現(xiàn)實(shí)意義,更能對加深公眾對3D打印這種科技手段及其科學(xué)原理的理解,更能激發(fā)公眾的創(chuàng)新欲望。

        再次,科普的形式不應(yīng)該局限于常規(guī)的科普讀物、科普基地、科普游戲、在信息化高度發(fā)達(dá)、自媒體已成氣候的今天,科普工作也應(yīng)該與時俱進(jìn),努力探索適合不同階層、不同層次民眾的科普形式。

        2016年的“全國科技創(chuàng)新大會”和“兩院院士大會”上,習(xí)總書記指出“科技創(chuàng)新、科學(xué)普及是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的兩翼,要把科學(xué)普及放在與科技創(chuàng)新同等重要的位置。沒有全民科學(xué)素質(zhì)普遍提高,就難以建立起宏大的高素質(zhì)創(chuàng)新大軍,難以實(shí)現(xiàn)科技成果快速轉(zhuǎn)化[2]。”在美國舉一國之力打壓、圍堵中國高科技企業(yè)的當(dāng)口,不應(yīng)該只是意識到需要集中優(yōu)勢力量攻克被卡脖子的關(guān)鍵技術(shù)、核心材料制備等難題,更應(yīng)該清醒地認(rèn)識到,隨著社會的進(jìn)步,新的難題總會層出不窮,只有從體制機(jī)制上激發(fā)大眾創(chuàng)新,建立健全自主創(chuàng)新長效機(jī)制,才能減少被卡脖子的概率,完成民族復(fù)興大任。

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