摘要:以新時期創新教育的特點爲出發點，結合3D打印技術的特點與優勢，提出基於3D打印技術的高校創新教育模式。從平臺建設、教學模式、校企合作以及經費支援等方面，對新時期下的3D打印技術與高校創新教育模式的融合進行了理論分析和探討。與此同時，對安徽工程大學在創新教育工作中重點支援3D打印技術人才培養所採取的措施進行了詳細闡述和舉例，這些方法與措施可與更多應用型本科高校共同交流與學習。
關鍵詞:創新教育;3D打印技術;培養思路;培養模式
隨着全球經濟的快速發展，未來的競爭將是科技和人才的競爭，而科技和人才的根本在於教育，特別是高等教育，因此，任何一個國家都把如何提高高等教育的水平，培養高素質和高能力的人才放在至關重要的位置。近年來，我國推出了一系列有關深化高等教育改革的檔案，提出在注重大學生全面素質培養的同時，需要根據社會發展的實際需求，加強創新能力與創新素質的培養，因此，如何進行創新教育、培養創新人才成爲高校教育改革的主題。
1創新教育
1.1創新教育定義
創新教育，是建立在素質教育和學生個性發展基礎上，以培養具有開創型個性的人才爲目標，培育適應未來發展的創新型人才爲目標的高等教育模式，因此，創新教育應當將學生放在主導位置，鼓勵學生髮揚自己的主觀能動性，不斷增強創新素養［1，2］。
1.2創新教育特點
作爲一種新興教育模式，創新教育是一種着眼於未來的教育模式，它的提出對高校的發展和人才的培養提出了更加嚴格的需求。根據建成創新型國家的指導方針，創新教育應當緊緊跟隨時代的步伐，因此，創新教育具有先進性的特徵。此外，創新教育要求改革傳統機械化的教學方式，提高實踐性教學比重，注重學生實踐動手能力的提升，讓學生在實踐中獲取書本上學不會，學不到的知識和能力，在實踐中讓學生切身體會到學習和創新的過程，只有在實踐中獲得的東西纔是深刻的，才能提高學生的綜合素質和能力，即，創新教育同時具備實踐性的特徵［3－5］。
23D打印技術
2.13D打印技術定義
3D打印技術是一種以數字模型爲基礎，將模型分爲若干層，透過打印材料的逐層堆積製造出實體物品的一種先進製造技術。它是一種新的製造理念，以增材製造代替傳統的減材製造方式。目前，該技術在醫療、航空航天、珠寶、工業設計、建築、教育、食品等領域都有了一定的應用［6，7］。
2.23D打印技術的優勢
作爲一種先進製造技術，3D打印技術最顯著的優勢就是產品形狀的任意性和廣泛性，只要我們能夠想到的都可以在電腦中形成模型並透過3D打印機形成產品，因此，3D打印能使個人以專業爲背景實現從想象到產品的個性化創造，滿足學習者對個性化設計的需求，這樣，3D打印技術能最大限度地促成學習者從消費者到創造者的轉變。此外，由於3D打印技術是一種集機、電、光、控制及新材料於一體的跨學科的新技術，因此，對於3D打印技術的人才也提出了不同於普通加工技術的要求，要求技術人員不但會使用3D打印設備，還要掌握三維數據處理軟件、資訊處理技術以及具備紮實的材料科學知識等，這也在一定程度上促進了3D打印技術的學習者主動的去接觸這些跨學科的知識，從而提高自身的綜合知識和素質［8，9］。
33D打印技術與高校創新教育的融合和模式探討
3.13D打印技術與高校創新教育模式的融合
高校創新教育的目的就是大力提高人才培養質量，全面提高人才創新能力，培育出引領未來學術前沿和社會經濟發展的學術精英和行業精英，促進高校人才培養與科技、經濟、社會緊密結合，不斷提高高校對建設創新型國家的'貢獻度和支撐度。目前，我國正處於轉變經濟發展方式、促進工業轉型升級、實現資訊化工業化深度融合的關鍵時期。爲了使我國製造業在新一輪競爭中處於領導地位，應加快數字化製造產業發展，從而推動我國由“製造大國”向“製造強國”轉變。從上述3D打印技術的介紹可以看出，3D打印技術作爲製造史上的巨大突破，對促進工業轉型升級具有重要意義，因此，培養一批具有高素質和高技能的3D打印技術專業人才顯得極爲迫切。國內高校可以以3D打印技術爲切入點，建立相應的平臺和機制，以培養出創新性人才來服務國家戰略性新興產業爲目的，深入貫徹創新教育方針，面向全體學生，結合專業特色，分類施教，強化實踐，促進學生創新能力的培養和發展。
3.23D打印技術與高校創新教育模式探討
3.2.1加強平臺建設，做好服務工作
高校創新教育實踐平臺的建設要以大學生創新實驗平臺和創新課程體系爲主，形成有特色的實踐教學模式。高校應建設一批基於本校特色專業、面向對象廣、集羣式大學生綜合創新實驗室。這類創新實驗室定位應高於基礎或專業教學實驗室，爲大學生科技創新實踐活動提供硬件條件支援。例如，建立以3D打印創意活動和各種學科競賽爲主的綜合實驗室，以小型個性化的文創產品爲起點和以專業化產品組件爲目標的創新活動，實現創新創意的轉化。與此同時，鼓勵學生參與與3D打印相關的競賽，激發學生對3D打印技術的熱情，普及與促進3D打印技術與專業的融合，提升學生的綜合素質［10，11］。建設層次多樣、內容豐富、方式靈活的3D打印技術創新課程體系。舉辦創新培訓項目，透過學校創新實踐訓練、社會專業培訓機構專題培訓、用人單位現場實踐等多種方式，增強創新意識、能力和綜合素質。根據創新教育的發展規律，聘請創新導師，組建一支由校內專業技術教師、校友、海內外企業家等構成的多元化導師團隊。構建全方位資訊服務平臺，透過微信、微博、網站等多種媒體資源，打造實驗室管理系統、創新導師、學生管理系統等多個系統平臺，全面服務創新教育工作。
3.2.2深化多元化教學和考覈方式
樹立“以學爲中心”的教學觀念”，以學生爲主體，推進以小班教學爲重點的啓發式、體驗式、案例式等形式的教學方法改革，爲感興趣的學生提供學習的機會和平臺。在此基礎上，可以在校內選拔組建3D打印技術精英班，以興趣爲主導，制定相應的培養計劃，在入門基礎上進一步掌握諸如軟件使用、逆向建模、模型切片等更爲深入的知識與技術。與此同時，推動教師將有關3D打印技術的國際前沿學術發展、最新研究成果、實踐經驗等融入課程教學內容，培養學生的探索精神、創新思維與創造能力，激發學生的創新創業靈感［12］。在理論學習的基礎上，強化實踐性環節和，強化實驗內容的探索性、綜合性、設計性、前沿性，強化在實驗的探索性過程中培養學生的創新實踐能力。比如將實驗室中某些用於展示和拆裝的教學模型，分配學生進行測繪、建模和打印，並且將打印出來的零件進行裝備和驗證。如此反覆，直至打印裝備出合格的模型［13］。新建或整合一批綜合性、設計性實驗課程，積極探索開發跨院系、跨學科、跨專業交叉的新實驗課程，促進實踐教學由學科專業單一型向多學科融合型轉變，可以將機、電和控制等專業的學生整合在一起，從設計並製造自己的3D打印機開始，不斷改進3D打印機的功能和結構，完成創新過程。制定多元考覈模式，以素質、能力培養爲中心，以學習過程爲主導的考覈模式，促進學生運用知識分析、解決問題能力的提升。在已有的各類學科競賽、科研活動、創新訓練、社會活動等轉換爲學分的基礎上，探索將學生的創新實驗納入學分認定範疇［14，15］。
3.2.3加強校企合作
高校創新教育的過程中，企業承擔的角色非常重要，產學研合作教育的關鍵在於有效地實現對高校、科研院所、企業各自的互補性資源的整合與利用。隨着“中國製造2025”計劃的推出，國內高端製造型企業數量和規模將迅速擴大，企業對於創新性人才的需求急劇增加。高校可以根據社會和企業的需求，有針對性的重點開展工作。可以根據企業的人才需求建立“訂單式”人才培養班。學校和企業共建實訓基地，完成部分課程理實一體化教學和實踐教學環節，使創新型人才的培養與企業的直接需求相對接。3D打印技術企業根據自身需求，諸如在有原型產品製作、產品優化升級等需求時，可在學校設立與3D打印技術相關的課題，並且提供資金、技術與人才的支援，引導學生從逆向工程出發.這種交互性人才培養模式，一方面可以滿足企業的相關需求，另一方面也能讓學生在這種交互性人才培養的模式下更好地成長，最終實現爲相關的企業輸送專業人才的目的［16－19］。
3.2.4完善經費支援體系
學校設立創新計劃專項資金，同時，鼓勵學院和個人向國家、地方、企業等渠道爭取經費，從而構建多層次創新資金支援體系。統籌各項收入，優化支出，將創新教育支出作爲預算資金重要領域予以優先保障。保障創新投入一定期間明顯高於一般性公用經費支出。圍繞學校創新教育戰略規劃，透過多層次安排預算資金，支援創新素質教育基地建設、拔尖人才培養、教師隊伍建設、文化建設、教育教學研究、實踐訓練和培訓等教育教學建設;支援學生開展創新項目研究、參與創新競賽等科技創新建設。
4本校基於3D打印技術的創新教育實施策略
安徽工程大學是一所以工科爲主的省屬多學科性高等院校和安徽省重點建設院校，坐落在國家級開放城市蕪湖。近年來，學校在以3D打印技術爲載體的創新教育方面進行了大量的工作［20］。
4.1積極搭建創新實踐平臺
成立創新學院，設立包括3D打印技術、大數據、機器人、新能源、創意設計、創新教育拓展中心爲主的六個平臺，每個平臺專門安排一個專業教師負責，學校撥付專門的經費用於創新學院的建設和執行。目前，學校專門爲3D打印平臺安排了約500mm2的專用房間，且購置了一批桌面3D打印機、三維掃描儀等設備。
4.2優化課程設計，提高創新能力
在全校範圍內選拔優秀的學生進入3D打印創新平臺學習，對於入選中心的學員按照年級分類，特別是針對大一的學生在完成基礎課程之外將機械設計、機械原理、計算機控制系統等課程進行適當前移，讓學生在大二時就具備充足的專業知識儲備。大二以後鼓勵和引導這些學生積極參加各類學科競賽以及根據自己的興趣完成一些創新設計，目前已經開展了諸如多噴頭3D打印機的研製、打印上色一體機的研製、多個簡單規則構件同時成型打印機研製等。針對本校服裝設計特色專業，在無法實現整體打印的情況下，將設計的時裝進行分段處理，完成打印後進行拼接，最終實現時裝創意設計的可視化。
4.3強化校企產教深度合作
加強和企業合作，學校積極與安徽省春谷3D打印智能裝備產業園及其研究院合作，簽訂了一系列戰略合作協議，該產業園目前已經有30多家3D打印類企業入駐。一方面，學校定期安排學生到產業園裏的3D打印企業進行參觀和學習，與各企業負責人面對面交流，瞭解生產過程，進一步強化自身知識體系。與此同時，學校選派具有相關知識背景的青年教師到產業園及其研究院進行掛職鍛鍊，強化教師工程能力，開拓視野，以更好的將最新的知識傳播給學生。此外，學校鼓勵教師積極參加研究院每年暑假開展的爲期兩週的專業培訓。另一方面，企業也積極走入校園，在學校大力協助下，開展了一系列的有關3D打印技術的講座，同時，相關企業到學校參加宣講、招聘雙選會等，提高學生對3D打印的認知度和社會對學校的認可度，提高學生就業率。
4.4強化校企科研協同創新
強化項目合作，鼓勵學校老師在申報3D打印相關教研和科研項目的時候，注重和春谷3D打印智能裝備研究院的合作，合理利用研究院的設備和人員的經驗。在項目實施過程中鼓勵創新學院學生參與項目的研究，進一步強化對創新學院學生的培養。目前，學校已經聯合研究院共同申報並獲批了安徽省重點研發計劃、蕪湖市科技計劃等一系列科研項目。與此同時，針對3D打印企業在實際生產過程中遇到的問題，鼓勵專業老師積極參與並解決相關問題。目前，已經和相關企業提出的激光3D打印過程中的溫度場、應力場以及粉體的流動等問題的數值模擬開展了工作。
5結束語
以3D打印技術、機器人等爲代表的新一輪技術革命正在如火如荼的進行着，誰能把握機遇誰就能把握時代脈搏，走在世界前列。在高校創新教育中引入3D打印技術，不僅能讓學生對新技術有全面的認識，而且透過學生參與創意設計、設備改造、程序編譯等活動推動學生創新思維的培養和動手能力的培養，爲國家在新一輪的技術變革中培養和儲備人才。目前，安徽工程大學在3D打印技術方面的創新教育工作已經開展了近兩年的時間，期間取得了一些成績，同樣，也有很多有待進一步調整和改進的地方。作爲學校3D打印技術平臺的專業負責人深深感到此工作的重要性與實施的艱難，希望以此爲契機加強同類型、同層次的院校之間的聯繫與經驗交流，共同提高創新教育水平，爲國家培養更多優秀的專業技術人才。
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