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[摘 要]3D打印实践平台是推广3D打印教育的有效途径。3D打印教育模式由教学团队（教师、工程师）、建模软件和3D打印机组成，其共同完成教学、科研和对外服务的任务。校企联合实践平台通过完成教育产品开发、教具设计和社会服务的方式，激发了学生的学习兴趣，让学生通过参与项目，在学与做的过程中逐步形成创新意识，培养和提高了学生的创新能力。
[关键词]创新能力；校企合作；实践平台；3D打印
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）12-0164-03
○、引言
创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力，是当代大学生必备的素质和能力。应用型大学的目标就是要培养能够综合运用自己已有的知识、信息、技能和方法，提出新方法、新观点的思维能力，能进行发明创造、改革革新的应用型人才。[1]专业培养方案已经优化设置了不同的实践环节，如课内、课外实验、专业课程设计等，这为培养目标的实现提供了基础保障。而创新意识和创新能力的培养需要在实践中进行，应与不同行业的企业合作，建立校企联合实验室，发挥校企各自的优势，创立高校与行业企业联合培养人才的新机制，这样才能为企事业提供高素质的人才，促进企业的科技进步和生产发展，提升企业的核心竞争力。
3D打印技术、创客等词汇多次被納入政府的工作报告。为了推进3D打印技术的普及，培育创客群体，营造创新创业氛围，国家出台了一系列的鼓励措施。将3D打印与传统教育方式相结合，可以营造一种同时拥有视觉和触觉的教学方式。学生可以直接参与甚至设计自己的实验方案，这样既能够吸收和消化相关知识，又能激发学生的创造力，对培养社会需要的应用工程师大有益处。
一、3D打印教育模式
目前我国3D打印机产业发展迅速，依托高校、科研院所的研究成果，我国已涌现出100多家增材制造设备与服务企业。比如北京隆源自动成型系统有限公司，1993年开始研发选区粉末烧结激光快速成型机并取得自主知识产权；西安铂力特激光成形技术有限公司是激光快速成形技术的产业化公司，产品已应用于C919大型商用客机；此外，还有北京太尔时代科技有限公司、武汉滨湖机电技术产业有限公司等。将3D打印技术应用到教育产业中，能为高校、中小学提供硬件保障。未来几年，中国3D打印市场每年将至少以倍速的速度成长，而其中3D打印服务占市场总额的20%左右。
3D打印模式关乎其在教育行业推广应用的成功与否。Solid Leaming是在3D打印的基础上提出的一种教学模式，指在教育中集成3D打印技术和数字制造技术的基础上，将教师和学生、学校、资源库和教育资源中心共同组成一个闭环系统，在学校课堂上完成的模型可以通过低价的3D打印机打印，团队设计的复杂的模型可以在教育服务中心实现。3D模型资源库和教育资源中心将成为教学系统的有机组成部分，通过3D打印的实体模型，可以展开多层次、多角度的教与学活动。
在校企合作实践平台的基础上，3D打印教育模式将发生变化，它改变过去3D打印机企业和软件公司各自为政的模式。通过建立校企联合实验室，一方面企业可以接受学生和相关教师的实习或挂职锻炼、实训与研究，帮助学校提供培养计划的修改意见，完成校企联合课程和实验的讲授和指导；另一方面，学校可负责公司3D打印机培训及售后服务，降低公司的销售成本。校企联合可促进搞好“三创（创新、创业、创客）”发展的战役，贯彻落实“创客校园”的主题活动。
上海应用技术大学与青岛尤尼科技有限公司、上海存知光电有限公司共同建立联合实验室，经过实验室两年多的运行和总结，形成了如图1所示的3D打印教育模式。
二、基于3D打印实践平台的创新模式
校企联合3D打印实践平台由在校教师/学生、建模软件和3D打印机组成。其中发挥主观能动性和创造性的是教师、学生及企业工程师组成的创新团队，他们共同完成教学、科研和对外服务的任务。[2] [3] 在平台上完成的任务，以教学为核心，完成校企联合课程、联合实验，课程实施以实际案例为引导，激发学生的学习兴趣，让学生在问题的驱动下，完成提出问题、分析问题、解决问题的过程，以自主探索式学习为主，以教师引导为辅的方式，颠覆传统的教学模式，培养学生的思考、自学、动手、解决问题以及创新创造能力。此外，实践平台还进行相关科研和社会服务工作。实践平台的结构如图2所示。 [4] [5] [6]
（一）教育产品开发
3D打印教育指以校本课的形式，组织教学活动，引导学生学习与掌握3D打印的基础知识和基本技术，让学生体验设计的乐趣，满足学生创造的欲望，培养学生熟练运用多学科知识解决实际问题的能力。
STEM教育指科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineemg）、数学（Mathematics）教育，STEM强调学生的设计能力、批判性思维和问题解决能力。近来，由于中考、高考的改革，中小学对STEM教育表现出很大的需求。3D打印是基于STEM思想，实现提高中学生创新意识和能力的最好手段。但由于中小学教师这方面的基础较弱，只有采取3D打印实验室校企双方共同为中学生提供相关课程讲解这种模式，才能取得较好的教学效果。
上海应用技术大学“3D打印装备与制造实验室”与江苏国隆科技有限公司等公司合作，利用业余时间开发3D打印教育产品，产品研发遵循实用主义的“做中学”原则，内容上做到循序渐进，由浅到深，具体如图3所示。
1. Elemnets（独立任务的课程）
这是指基于3D打印培养创新思维的初级阶段，课程内容主要是激发学生的兴趣（Design for fun），让学生了解3D打印的原理、打印材料的特性和3D设计的基本流程，以互动的形式让学生广泛接触不同领域的知识，并且能用语言来表达自己的想法。 2. Lessons（体现复杂思想的教育元素的集合）
该阶段的课程内容体现的是为他人设计（Design for a problem），设计的作品要具有一定的功能，能够解决生活、学习中的一些问题，课程要求学生完整地讲出自己的设计理念。
3. Course（量化课程集）
这一阶段的课程称为为社会设计（Design for system/users），其要求学生能熟练运用1-2种科技手段来设计作品，并能比较专业地讲解自己的产品理念、受众群体。课程内容是量化的学期IEP（Individual Educational Plan），并能达到预期的学习目标。
4. Programs（综合课程计划）
这是指不同阶段（小学、初中、高中、高职）的综合课程计划，课程要求学生能综合运用编程工具（Arduino、单片机等）、设计软件，结合传感器等控制元器件，使设计的产品可以运动或完成指定的动作。
（二）教具开发
目前，在高校和基础教育阶段所使用的教学工具和仪器通常是由专门的教学设备公司生产，学校或教师只能选择已有的教具类型，产品品种相对单一，模型也无法展示当前的最新技术。基于3D打印技术可以定制开发教师想要的教具。比如对于塑料成型工艺及模具这门课，以往的教具都是铝制或塑料模型模具，教具结构简单，只能反映常见的模具结构。对于特殊类型的浇注系统及冷却系统，可以在课程设计或毕业设计中，由教师和学生组成团队，共同设计典型模具（UG NX或CATIA等软件），然后将型芯和型腔3D打印，模架可利用亚克力板，由普通铣床完成。当然也可以利用现有模具教具的模架。另外，3D打印可以帮助学校制作特殊的教学模型，特别是诸如医学解剖、有毒材料、文物古迹等难以获取的模型。
（三）学科交叉定制3D打印机
3D打印技术在新产品的开发过程中具有独特的优势，但是，其运用的领域受材料的限制。目前，3D打印实验室研发的香皂3D打印机，是与我校香料学院合作，使用适合3D打印的新材料——耐受高温且能缓慢释放香味的香皂原料，开发专用于该材料成型工艺的3D打印机进料系统和控制系统，采用特殊的螺旋杆送料的方式实现连续打印，温控系统实现原材料的加热温度范围，确保香皂在成型过程中既能保持原有的风味，又方便打印个性化设计的外形，实现3D打印产品风味和造型的双定制。
三、基于实践平台的课程实施方法
（一） 教学内容紧密结合时事
为了推进3D打印技术的普及，培育创客群体，营造创新创业氛围，国家出台了一系列的鼓励措施。《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》明确要求组织实施学校3D打印技术普及工程，在学校配置3D打印设备及教学软件，开设3D打印知识的教育培训课程，培养学生创新设计的兴趣、爱好、意识，鼓励开展教学实践。同时建立3D打印技术教育场所，让学生近距离学习3D打印技术，并在各行各业中应用推广，服务于社会。
（二） 校内跨学科合作，开拓学生思路
3D打印在新产品开发过程中，具有独特的优势。机械学院与香精香料合作开发的“红酒酿酒器”，该产品可在保证红酒品质的前提下，大大缩短酿制周期。在项目合作实施中，香料学院负责酿酒工艺，机械学院负责完成控制系统及结构设计。由于该产品主要是家庭使用，所以外观设计是重要的环节。我们利用3D打印技术，直接打印成型酿酒器外壳，并经过两次修改最终确定了方案。
（三） 精选企业案例
3D打印技术覆盖面广，可以选择典型的成功案例，比如，應用3D打印+精密铸造技术。利用3D打印技术直接或者间接地制造铸造用消失模、聚乙烯模、蜡模、模板、铸型、型芯或型壳，然后结合传统铸造工艺，快速地铸造出复杂金属零件。
（四） 课堂立体教学
3D打印技术本身就是交叉学科的产物，该技术可以应用到计算机、材料、艺术等多方面。在教学实施中，除了讲课课件外，我们还建立课程资源网站，让学生将自己设计的作品上传，并设计奖励措施，学生也可下载模型进行打印。另外，我们开发APP及微信公众号，实时发布最新的行业资讯和新技术，不断激发学生的兴趣。
（五） 将产品研发引入课堂
基于3D打印的礼品设计，我们引入互联网技术，根据公司产品的特点，在市场推广过程中，设计打印具有公司特点的礼品，赠送给新老客户。该活动不仅提高了学生的产品设计能力，同时也让学生可近距离与客户打交道，提高学生与客户的沟通能力。
四、结语
校企联合实践平台上的3D打印教育新模式为大学生创新能力的培养提供了保障，该实践平台上的教学、科研、服务三者相互促进、共同进步。通过校企合作课程、实验过程，我们共同挖掘校企资源，建立起了一支高水平的由企业工程师、学校教师组成的教学研究团队。随着对企业、社会的进一步了解，学生明白了社会、企业欢迎什么样的人，这增强了学生的社会责任感。同时，这能让学生发现自己的兴趣点及特长，并由此形成自己的职业生涯规划。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 赵中建. 为了创新而教育[N].中国教育报，2012-06-15（07）.
[2] 肖念.对中国大学教学逻辑改革的思考[J].中国大学教学，2012（7）：7-9.
[3] 王萍.3D打印及其教育应用初探[J].中国远程教育，2013（8）：83-87.
[4] 王忠宏，李扬帆，张曼茵.中国3D 打印产业的现状及发展思路[J].经济纵横，2013（1）：90-93.
[5] 刘雪梅，黄剑锋.面向教育的3D 打印及其网络化交流平台的研究[J].中国工程机械学报，2015（1）：82-87.
[6] 尚雯，谭跃刚，张帆，等. 面向大学生创新教育的3D 打印教学实验平台研究与应用[J].中国轻工教育，2016（3）：73-76.
[责任编辑：陈 明]
[关键词]创新能力；校企合作；实践平台；3D打印
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）12-0164-03
○、引言
创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力，是当代大学生必备的素质和能力。应用型大学的目标就是要培养能够综合运用自己已有的知识、信息、技能和方法，提出新方法、新观点的思维能力，能进行发明创造、改革革新的应用型人才。[1]专业培养方案已经优化设置了不同的实践环节，如课内、课外实验、专业课程设计等，这为培养目标的实现提供了基础保障。而创新意识和创新能力的培养需要在实践中进行，应与不同行业的企业合作，建立校企联合实验室，发挥校企各自的优势，创立高校与行业企业联合培养人才的新机制，这样才能为企事业提供高素质的人才，促进企业的科技进步和生产发展，提升企业的核心竞争力。
3D打印技术、创客等词汇多次被納入政府的工作报告。为了推进3D打印技术的普及，培育创客群体，营造创新创业氛围，国家出台了一系列的鼓励措施。将3D打印与传统教育方式相结合，可以营造一种同时拥有视觉和触觉的教学方式。学生可以直接参与甚至设计自己的实验方案，这样既能够吸收和消化相关知识，又能激发学生的创造力，对培养社会需要的应用工程师大有益处。
一、3D打印教育模式
目前我国3D打印机产业发展迅速，依托高校、科研院所的研究成果，我国已涌现出100多家增材制造设备与服务企业。比如北京隆源自动成型系统有限公司，1993年开始研发选区粉末烧结激光快速成型机并取得自主知识产权；西安铂力特激光成形技术有限公司是激光快速成形技术的产业化公司，产品已应用于C919大型商用客机；此外，还有北京太尔时代科技有限公司、武汉滨湖机电技术产业有限公司等。将3D打印技术应用到教育产业中，能为高校、中小学提供硬件保障。未来几年，中国3D打印市场每年将至少以倍速的速度成长，而其中3D打印服务占市场总额的20%左右。
3D打印模式关乎其在教育行业推广应用的成功与否。Solid Leaming是在3D打印的基础上提出的一种教学模式，指在教育中集成3D打印技术和数字制造技术的基础上，将教师和学生、学校、资源库和教育资源中心共同组成一个闭环系统，在学校课堂上完成的模型可以通过低价的3D打印机打印，团队设计的复杂的模型可以在教育服务中心实现。3D模型资源库和教育资源中心将成为教学系统的有机组成部分，通过3D打印的实体模型，可以展开多层次、多角度的教与学活动。
在校企合作实践平台的基础上，3D打印教育模式将发生变化，它改变过去3D打印机企业和软件公司各自为政的模式。通过建立校企联合实验室，一方面企业可以接受学生和相关教师的实习或挂职锻炼、实训与研究，帮助学校提供培养计划的修改意见，完成校企联合课程和实验的讲授和指导；另一方面，学校可负责公司3D打印机培训及售后服务，降低公司的销售成本。校企联合可促进搞好“三创（创新、创业、创客）”发展的战役，贯彻落实“创客校园”的主题活动。
上海应用技术大学与青岛尤尼科技有限公司、上海存知光电有限公司共同建立联合实验室，经过实验室两年多的运行和总结，形成了如图1所示的3D打印教育模式。
二、基于3D打印实践平台的创新模式
校企联合3D打印实践平台由在校教师/学生、建模软件和3D打印机组成。其中发挥主观能动性和创造性的是教师、学生及企业工程师组成的创新团队，他们共同完成教学、科研和对外服务的任务。[2] [3] 在平台上完成的任务，以教学为核心，完成校企联合课程、联合实验，课程实施以实际案例为引导，激发学生的学习兴趣，让学生在问题的驱动下，完成提出问题、分析问题、解决问题的过程，以自主探索式学习为主，以教师引导为辅的方式，颠覆传统的教学模式，培养学生的思考、自学、动手、解决问题以及创新创造能力。此外，实践平台还进行相关科研和社会服务工作。实践平台的结构如图2所示。 [4] [5] [6]
（一）教育产品开发
3D打印教育指以校本课的形式，组织教学活动，引导学生学习与掌握3D打印的基础知识和基本技术，让学生体验设计的乐趣，满足学生创造的欲望，培养学生熟练运用多学科知识解决实际问题的能力。
STEM教育指科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineemg）、数学（Mathematics）教育，STEM强调学生的设计能力、批判性思维和问题解决能力。近来，由于中考、高考的改革，中小学对STEM教育表现出很大的需求。3D打印是基于STEM思想，实现提高中学生创新意识和能力的最好手段。但由于中小学教师这方面的基础较弱，只有采取3D打印实验室校企双方共同为中学生提供相关课程讲解这种模式，才能取得较好的教学效果。
上海应用技术大学“3D打印装备与制造实验室”与江苏国隆科技有限公司等公司合作，利用业余时间开发3D打印教育产品，产品研发遵循实用主义的“做中学”原则，内容上做到循序渐进，由浅到深，具体如图3所示。
1. Elemnets（独立任务的课程）
这是指基于3D打印培养创新思维的初级阶段，课程内容主要是激发学生的兴趣（Design for fun），让学生了解3D打印的原理、打印材料的特性和3D设计的基本流程，以互动的形式让学生广泛接触不同领域的知识，并且能用语言来表达自己的想法。 2. Lessons（体现复杂思想的教育元素的集合）
该阶段的课程内容体现的是为他人设计（Design for a problem），设计的作品要具有一定的功能，能够解决生活、学习中的一些问题，课程要求学生完整地讲出自己的设计理念。
3. Course（量化课程集）
这一阶段的课程称为为社会设计（Design for system/users），其要求学生能熟练运用1-2种科技手段来设计作品，并能比较专业地讲解自己的产品理念、受众群体。课程内容是量化的学期IEP（Individual Educational Plan），并能达到预期的学习目标。
4. Programs（综合课程计划）
这是指不同阶段（小学、初中、高中、高职）的综合课程计划，课程要求学生能综合运用编程工具（Arduino、单片机等）、设计软件，结合传感器等控制元器件，使设计的产品可以运动或完成指定的动作。
（二）教具开发
目前，在高校和基础教育阶段所使用的教学工具和仪器通常是由专门的教学设备公司生产，学校或教师只能选择已有的教具类型，产品品种相对单一，模型也无法展示当前的最新技术。基于3D打印技术可以定制开发教师想要的教具。比如对于塑料成型工艺及模具这门课，以往的教具都是铝制或塑料模型模具，教具结构简单，只能反映常见的模具结构。对于特殊类型的浇注系统及冷却系统，可以在课程设计或毕业设计中，由教师和学生组成团队，共同设计典型模具（UG NX或CATIA等软件），然后将型芯和型腔3D打印，模架可利用亚克力板，由普通铣床完成。当然也可以利用现有模具教具的模架。另外，3D打印可以帮助学校制作特殊的教学模型，特别是诸如医学解剖、有毒材料、文物古迹等难以获取的模型。
（三）学科交叉定制3D打印机
3D打印技术在新产品的开发过程中具有独特的优势，但是，其运用的领域受材料的限制。目前，3D打印实验室研发的香皂3D打印机，是与我校香料学院合作，使用适合3D打印的新材料——耐受高温且能缓慢释放香味的香皂原料，开发专用于该材料成型工艺的3D打印机进料系统和控制系统，采用特殊的螺旋杆送料的方式实现连续打印，温控系统实现原材料的加热温度范围，确保香皂在成型过程中既能保持原有的风味，又方便打印个性化设计的外形，实现3D打印产品风味和造型的双定制。
三、基于实践平台的课程实施方法
（一） 教学内容紧密结合时事
为了推进3D打印技术的普及，培育创客群体，营造创新创业氛围，国家出台了一系列的鼓励措施。《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》明确要求组织实施学校3D打印技术普及工程，在学校配置3D打印设备及教学软件，开设3D打印知识的教育培训课程，培养学生创新设计的兴趣、爱好、意识，鼓励开展教学实践。同时建立3D打印技术教育场所，让学生近距离学习3D打印技术，并在各行各业中应用推广，服务于社会。
（二） 校内跨学科合作，开拓学生思路
3D打印在新产品开发过程中，具有独特的优势。机械学院与香精香料合作开发的“红酒酿酒器”，该产品可在保证红酒品质的前提下，大大缩短酿制周期。在项目合作实施中，香料学院负责酿酒工艺，机械学院负责完成控制系统及结构设计。由于该产品主要是家庭使用，所以外观设计是重要的环节。我们利用3D打印技术，直接打印成型酿酒器外壳，并经过两次修改最终确定了方案。
（三） 精选企业案例
3D打印技术覆盖面广，可以选择典型的成功案例，比如，應用3D打印+精密铸造技术。利用3D打印技术直接或者间接地制造铸造用消失模、聚乙烯模、蜡模、模板、铸型、型芯或型壳，然后结合传统铸造工艺，快速地铸造出复杂金属零件。
（四） 课堂立体教学
3D打印技术本身就是交叉学科的产物，该技术可以应用到计算机、材料、艺术等多方面。在教学实施中，除了讲课课件外，我们还建立课程资源网站，让学生将自己设计的作品上传，并设计奖励措施，学生也可下载模型进行打印。另外，我们开发APP及微信公众号，实时发布最新的行业资讯和新技术，不断激发学生的兴趣。
（五） 将产品研发引入课堂
基于3D打印的礼品设计，我们引入互联网技术，根据公司产品的特点，在市场推广过程中，设计打印具有公司特点的礼品，赠送给新老客户。该活动不仅提高了学生的产品设计能力，同时也让学生可近距离与客户打交道，提高学生与客户的沟通能力。
四、结语
校企联合实践平台上的3D打印教育新模式为大学生创新能力的培养提供了保障，该实践平台上的教学、科研、服务三者相互促进、共同进步。通过校企合作课程、实验过程，我们共同挖掘校企资源，建立起了一支高水平的由企业工程师、学校教师组成的教学研究团队。随着对企业、社会的进一步了解，学生明白了社会、企业欢迎什么样的人，这增强了学生的社会责任感。同时，这能让学生发现自己的兴趣点及特长，并由此形成自己的职业生涯规划。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 赵中建. 为了创新而教育[N].中国教育报，2012-06-15（07）.
[2] 肖念.对中国大学教学逻辑改革的思考[J].中国大学教学，2012（7）：7-9.
[3] 王萍.3D打印及其教育应用初探[J].中国远程教育，2013（8）：83-87.
[4] 王忠宏，李扬帆，张曼茵.中国3D 打印产业的现状及发展思路[J].经济纵横，2013（1）：90-93.
[5] 刘雪梅，黄剑锋.面向教育的3D 打印及其网络化交流平台的研究[J].中国工程机械学报，2015（1）：82-87.
[6] 尚雯，谭跃刚，张帆，等. 面向大学生创新教育的3D 打印教学实验平台研究与应用[J].中国轻工教育，2016（3）：73-76.
[责任编辑：陈 明]