3D打印技術在國家開放大學實踐教學中的應用

沈興山

（長沙廣播電視大學技術科，湖南 長沙 410005）

3D打印技術在國家開放大學實踐教學中的應用

沈興山

（長沙廣播電視大學技術科，湖南 長沙 410005）

3D 打印技術是當前的科技發展前沿，目前已經在很多行業和領域得到了廣泛的應用，3D 打印技術引領了第三次工業革命，推動了制造、生產的突破性變革。本文首先對 3D 打印技術的原理進行了闡述，然后討論了 3D 打印技術與教育的關聯性，最后就 3D 打印技術在國家開放大學實踐教學中的應用進行了探究。

3D 打印技術；國家開放大學；實踐教學

1 引言

3D打印技術是快速成型技術的一種，以數字模型為基礎，以可以粘合的材料來進行逐層打印，從而構造物體。近年來，3D打印技術的熱度與日俱增，已經成為了現代高科技的重要分支。2014年11月底，美國《時代》周刊把3D打印技術稱為25項年度最佳發明之一。其實，3D打印技術的概念早在上世紀80年代中期就已經提出，在90年代中期實現了初步的構造功能，但是由于機型成本極大，只有少數公司進行相應的科研和應用，而隨著技術的不斷發展成熟，其功能日益強大，目前，在很多行業和領域都得到了應用。隨著3D打印技術的飛速發展，很多人已經將其視為第三次工業革命。毫無疑問，3D打印技術的發展前景十分廣闊，也將會對很多行業和領域產生巨大的影響，推動制造、生產的突破性變革。因此，在高等教育院校中應用3D打印技術來輔助教學，提高教學效果，已經成為教師們關注的焦點。

國家開放大學是以現代信息技術為基礎，利用遠程開放教育模式來進行教學的機構。國家開放大學的教育模式和教育創新能力一直走在時代前列，其遠程開放教育的方式實現了現代信息技術與教育的深度融合，推動了教育的發展，也是當前我國高等教育體系中的重要分支機構。3D打印技術作為當代科技的前沿陣地，其應用在實踐教學中能夠幫助學習者獲得良好的學習體驗，因此，將3D打印技術應用在國家開放大學實踐教學中，有著十分重要的意義。

2 3D打印技術

2.1 3D打印技術原理

3D 打印，其英文名是 3D printing，英文縮寫是 3DP，其工作原理與普通打印機的原理基本相同，只是打印材料方面有差異，普通的打印機是利用紙張和墨水進行打印，而3D打印則是利用金屬、塑料等可粘合的材料進行打印。人們利用電腦中的一些設計軟件，比如說 AutoCAD、CAE、3D One 等，來設計相關物件，設計完成后，將設計的物件所需要的材料放入3D打印機，然后將3D打印機與電腦連接，通過控制Auto-CAD、CAE或者 3D One等軟件來對物件進行打印，將打印材料一層層疊加，從而把設計的物件打印出來。簡而言之，3D打印技術就是將真實的3D物體打印出來的技術，之所以稱之為“打印”，是因為其與目前普通的打印技術有著相似的技術原理，只是在打印材料上有所差異，在打印方式上都是以分層加工的方式進行。目前，3D打印技術已經在很多行業和領域得到了應用，比如，在軍事領域，美國海軍就曾在2014年試驗了應用3D打印技術來打印艦艇的零配件，在醫學領域，已經利用3D打印頭蓋骨、脊椎、手掌甚至是心臟?？偠灾?，3D打印的應用非常廣泛，而且理論上是可以打印任意復雜的物件，其功能十分強大。

2.2 3D打印與教育

3D打印的最核心部件就是3D打印機。3D打印機是一套復雜的系統，其涵蓋了機械、控制、計算機技術等多門技術，其內部又包含著包高精度機械系統、數控系統、噴射系統和成型環境等，是一套機電一體化系統。當前科學技術的發展日新月異，各個學科之間的關聯性越來越強，很多學科不再只是獨立存在，而是與多學科交叉，這不但對學生提出了更高的要求，要求學生掌握更加全面的知識，也對教師提出了更高的知識儲備要求。3D打印技術能夠為學生提供一個綜合技術知識學習的平臺，因此，將3D打印技術應用在國家開放大學的實踐教學中，能夠為實踐教學開創一個新的局面，具有十分重要的意義。

3 3D打印技術在國家開放大學實踐教學中的應用探究

3.1 課堂情境教學

隨著社會的發展，傳統的教學模式已經越發顯得不適應時代發展的需要。傳統的教學中，教師都是采用灌輸式的教學方法，以教師為中心，把教師當作教學主體，學生只能被動接受知識，這種僵化的教學模式已經無法適應當前的教學情況，也無法實現預期的教學效果，特別是在國家開放大學這種以遠程開放教育為主的教學中，學生很多情況下都是以觀看教學視頻的方式來進行學習，如果教師仍然采用傳統的填鴨式教學，其教學效果可想而知。而將3D打印應用在實踐教學中，能夠讓物體更加真實形象地展現在學生面前，讓學生能夠深刻地感知物體，獲得更加良好的學習體驗。教師可以利用3D打印技術打印出教學所需要的用具，將其在教學中應用起來，讓一些本來抽象難懂的內容直觀形象地呈現在學生面前，學生可以更加直觀地理解其中的含義，也讓學生通過實物模型更加深刻地理解知識。這種教學模式能讓教師和學生實現良好的互動，也讓教學環境變得更加輕松活潑，讓學生在學習時將已有的知識和經驗與實際問題緊密聯系起來，深化了知識理解，也讓教師從一個知識的傳授者變成了一個學生學習的促進者，這種交互式教學模式讓教學效果大大提高。

3.2 3D打印技術應用在課外創新實踐

培養創新型人才是我國近年來提出的教育目標，也是我國教育工作者所面臨的重要問題。由于教學模式和社會環境等原因，一直以來我國的創新型人才和創新精神都相對匱乏，而隨著全球一體化時代的來臨，全球企業的競爭日益白熱化，而企業的競爭就是人才的競爭，如果我國缺乏創新型人才，就只能亦步亦趨。國家和社會已經發現這個問題，因此，提出在教育領域應該要培養創新型人才。然而，在實際教育中，培養創新型人才大多是淪為了空談，很多學校為了鼓勵學生創新，建立了很多的科技興趣小組，但是當學生投入這些興趣小組，想要將自己的一些創新想法付諸實踐時，卻往往發現寸步難行，其中，很大一部分原因是因為在實踐過程中，需要用到很多非標準件，這些非標準件往往難以獲取，需要代工廠進行生產，這就導致成本高昂而且生產周期很長，就算是標準件，也需要到市場中去一一甄別，這些都很大程度上增加了學生的負擔，也讓學生的創新積極性大打折扣。

而3D打印技術的出現，則很好地解決了這一難題，學生利用3D打印機，可以很快地打印出自己所需要的零件，讓學生能夠盡快把自己的創意想法變成了實際成品，簡化了學生的操作流程，讓學生的創意制作變得更加高效。

3.3 培養學生的綜合技能

當前社會對于人才綜合素質的要求越來越高，單一的技能已經越來越不適應時代發展的需要。國家開放大學的人才培養目標是培養具有綜合素質的技能應用型人才，而3D打印技術涉及的學科很多，涵蓋了機械設計、控制技術、材料學、光學技術、計算機技術等多門學科和技術，因此，教師在實踐教學中，不應該僅僅把3D打印當成是一個零件制作的工具，而是應該將3D打印技術作為一個系統來學習，把其中涵蓋的機械設計、控制技術、材料學、光學技術、計算機技術等各種技術知識傳授給學生，讓學生加強各個領域知識與技術的學習，充分掌握交叉學科的相關知識，從而滿足社會對于人才綜合素質的要求。

3.4 提高學生的競爭力

當前，就業難是困擾教育界的重要問題，很多學校都把提高就業率作為最為重要的指標之一。就業難問題的核心就是培養出來的學生無法滿足用人單位對人才的要求，學校的人才培養與社會的需求出現了脫節。目前社會上也出現了一些3D打印技術的培訓機構，但是這些機構培養的人才數量相對有限，不足以滿足3D打印技術人才缺口。相對與國家開放大學而言，目前招收的學生，大部分都是從事相關行業工作，以提升學歷和動手能力為主，因此在國家開放大學應該要及時了解社會發展的潮流，將人才培養和社會需求緊密結合起來，在實踐教學中引入3D打印技術，一方面可以提高學生的創新能力，也可以為社會培養亟需的人才。

3.5 開展產學研項目

科學技術能夠將理論知識和實際生產聯系在一起，技術不僅僅只是把相關理論進行簡單的應用和物化，而且還可以直接作用在生產的整個過程中，對產品進行設計研發和制造。對于國家開放大學而言，開展產學研，能夠把科學技術中的理論性和實踐性聯系起來，將技術轉化為實踐的重要步驟和環節，特別是對于國家開放大學的學員，大部分都從事相關專業的工作，在實踐學習中如果能更好地掌握3D打印技術，對學員的提升將會有更大的空間。

國家開放大學實踐教學中引入3D打印技術，一方面可以提高學生的科研能力，讓教師和學生都加強對3D打印技術的研究，另一方面也可以讓企業從技術開發中受益，讓技術轉化為實際產品，從而形成雙贏的局面。

4 結束語

隨著3D打印技術的不斷發展，其應用領域也越來越廣泛，應用前景十分廣闊。根據科技部公布的《國家高技術研究發展計劃（863計劃）、國家科技支撐計劃制造領域2014年度備選項目征集指南》，備受關注的3D打印產業首次入選，這也證明了國家層面對于3D打印技術的關注以及3D打印技術必將迎來一個快速發展時期。3D打印技術應用在國家開放大學實踐教學中，不但能夠為教學提供一個情境教學環境，有效提高教學效果，還能夠幫助學生進行課外創新實踐，另外，對于學生綜合素質、綜合技能和就業競爭力的提高也有著極大的促進作用?？梢哉f，將3D打印技術應用在國家開放大學的實踐教學中，有著十分廣闊的前景。

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[4] 王建秀，劉笑天，居哲超，等．3D 數字掃描-3D 數字重建-3D打印 技 術 在 地 質 工 程教 學 中 的 應 用 [J]． 教 育 教學 論 壇 ，2016，8(42)：169-170．

TheApplication of 3D Printing Technology in the Practical Teaching of National Open University

Shen Xingshan
(Changsha Radio and TV University,Changsha 410005,Hunan)

3D printing technology is the current frontier science and technology,which has been widely used in many industries and fields.3D printing technology leads the third industrial revolution,promoting breakthrough in manufacturing and production. This paper firstly describes the principle of 3D printing technology,and then discusses the relationship between 3D printing technology and education,and finally explores its application in the practical teaching of national open university.

3D printing technology;national open university;practical teaching

TP399

A

1008-6609(2017)05-0090-03

沈興山（1973－），男，湖南醴陵人，本科，講師，研究方向為網絡應用開發維護。