教育成为3D打印新蓝海

文/周路菡

教育成为3D打印新蓝海

文/周路菡

在学校、学生创客的带动下，教育领域正在成为3D打印机发展的新“蓝海”，众多打印机厂商也在源源不断的商机中寻找新的商业模式

作为全球最受关注的产业技术之一，3D打印被誉为引领第三次工业革命最具标志性的生产工具。目前3D打印正在进入一个全新的发展阶段，在教育行业也产生了巨大的影响。其在塑造新一次工业革命与工业文明的同时，也正成为一种新的教育方式。3D打印在激发学生的探索兴趣和创造热情，带动教育创新，激发想象力与创造力，开拓创新思维等方面有着重要的作用。目前，3D打印技术正在大面积走进中国的大中小学课堂，并开始对现有教学产生深刻影响。在学校、学生创客的带动下，教育领域正在成为3D打印机发展的新“蓝海”，众多打印机厂商也在源源不断的商机中寻找新的商业模式。

3D打印开始在校园进行普及

如果说有一种技术的诞生会让某国的教育体系的教育方向和标准发生改变，并且说这种技术还能成为多种学科中重要的教学方法，还成为了提升学生的创造力的重要途径，你会不会感到好奇，到底这是一种什么技术？

对，这就是3D打印技术。近日来，国内外学校应用3D打印机教学的新闻已经成为媒体报道的重点。

比如在美国，目前几乎所有的大中小学都开设了3D打印的课程。美国政府旨在通过对青少年进行3D打印创新意识、技术手段的培养，让3D打印成为“美国智造”的有力手段，并成为中美制造业竞争的重要砝码。美国新媒体联盟（NMC）在《地平线报告2013年（基础教育版）》中也指出，未来4-5年，3D打印技术将成为主流趋势，大面积走进中小学课堂，对现有教学产生深刻影响。

受到美国教育体系中大规模推广3D打印课程的影响，英国、法国、德国、以色列、印度等国家也开始在教育系统中推广3D打印课程，而这类科技教育学科在以色列、德国等国家已做得相当不错。

我国教育部也快速展开了对3D打印在教育教学中的调研。随后，教育部教育装备研究与发展中心（该中心是我国教育部直属、具有独立法人资格的科研事业单位）在2014年12月，召开了“中国系统仿真学会3D教育与装备专业委员会”成立大会。

据悉，该专委会成立的目的是着力系统解决我国3D教育领域目前存在的一些问题，营造3D教育良好的学术氛围，打造3D教育良好的生态圈，制定我国3D教育装备的行业标准，引领我国3D教育健康有序的发展。笔者了解到，目前该中心已经在一层展厅里摆满了3D打印的各种机器及打印出的丰富多彩的样品。从2015年开春到现在，这里成为接待来自全国各地的老师和同学们参观体验3D打印教学应用的重要场所。在这里，学生不但现场可以看到3D打印的全过程，还可为自己打印出各种各样的有趣作品。

此后，关于3D打印在教学中应用的新闻就不绝于耳。尤其是城市的重点学校，纷纷将3D打印作为学生创新能力培养的重要工作。比如在北京、南京、青岛、新疆等地的部分小学，已开展了3D打印的课程或社团活动。

从2015年6月开始，北京在16个区县选取50所中学，每所学校由企业赠送3至5台3D打印机，建设50个“3D打印培育工程”实验基地。据悉，“3D打印培育工程”由北京市关工委、北京市教委、中关村管委会联合开展并启动。相关人员表示，开展“3D打印培育工程”就是要让3D技术走进校园，提高学生的空间想象力和动手能力，为培育我国3D打印技术人才打下良好基础。

北京市东城区共为灯市口小学、体育馆路小学、24中、50中学分校等17所学校配备了3D打印设备。相关教师定期到专业技术公司进行培训，并开始自编教材。其中24中向东城区教委申请引进了6台3D打印机，本学期起在高一年级通用技术课中开设3D打印课，每周一次。如今，学生们已熟练掌握了从设计到打印的全套流程，打出了手机壳、蜗牛摆件、镂空笔筒等多个成品，均是用塑料与胶融化以后打印凝结成的。据了解，打印一个直径5厘米、高5厘米的迷你笔筒，大约需要两个小时。

而在深圳，去年12月深圳南山区蛇口学校、南山第二外国语学校、福田竹园小学、福田梅山小学等9所学校也成为深圳首批3D打印进校园的试点学校，并在南山区蛇口学校建立了3D打印创新坊，深圳市智慧校园设备有限公司和中科三维向首批试点学校捐赠了3D打印机，开始培养小学生成为“小创客”。对于深圳不少学校尝试将3D打印引进学校或课堂，深圳的教师也给予充分肯定，因为他们发现，将生活、创意融入3D打印信息技术教育当中，确实激发了学生对科技的热情和培养学生的创造力。

3D打印作为“具有革命意义的新技术”，在国内外已作为学生创新能力培养的重要工作，并在校园开始普及。很多小学开始在新的技术革命下大胆创新，尝试开设3D打印课程，丰富小学阶段信息技术学科的内容。

那么，是什么原因让3D打印技术不断进入基础教育中来呢？

为教育开启全新方向

3D打印技术正为教育的发展开启一个新的方向，许多教育机构、组织和企业也在探索如何将3D打印技术应用到更广泛的教育、教学中。那么，3D打印技术对于教育和教学到底有哪些帮助和提升呢，以下是来自一线老师和专家的的意见：

——学生在学习的过程中不仅可以体会到新技术带来的便利性，而且还可以提高他们的创新性，促进他们学习的积极性，从文字到实体，学生体会到了制造的乐趣，学生爱学，老师爱教。

——3D打印对课程教学的帮助不言而喻。学生注意力大大提高，英国著名教师戴夫怀特曾经说过：如果你能抓住学生的想象力，你就能抓住他们的注意力。

——对高中及大学生来说，3D打印机可以帮助高学生更快地了解一些及其复杂的场景。特别是在产品设计、工程和其他解决问题的行业中，通过3D打印机，模拟真实场景可以帮助学生快速找到问题的解决方法。

——对于大学的设计课程来说，在教室里放一台3D打印机能够帮助学生“赶走没有用的想法”。很多在计算机上看起来很好的物体，打印出来经常不尽如人意，学生们可以快速的对自己的设计进行修改。

——对于历史和地理课程来说，3D打印是学生的福音。比如在人文历史课程中，学生自己可以设计和打印艺术雕刻的样式或者历史建筑物，亲自体会历史建筑的质感、方向感、美感；在地理课上，学生们通过打印喷发前的圣海伦火山及周边地形可以更好地理解一些枯燥的地理术语。

学生学习的效果好不好，主要责任在于教学的方式。从初中开始，很多课程开始涉及到理论学习。有些在传统教育中表现不好的学生，恰恰是因为所学的课程理论性太强，没有兴趣。即使有些抽象的概念让学生死记通过了考试，但考试过后就很快忘记了。3D打印则可以让枯燥的课程变得生动起来。它是一种同时拥有视觉和触觉的学习方式，具有很强的诱惑力，在触觉学习中，学生不是在黑板或显示器上简单地看文字或图形，而是通过他们的触觉抓住核心概念的三维模型，这样能够吸收和消化知识，在激发学习兴趣的同时还增强了记忆，巩固了学习效果。

据专家介绍，要想培养中国孩子的创新能力，通过3D打印机来学习和创新是非常好的方式。中国的传统教育是应试教育，大多数学校没有开设培养学生“创新精神和创造力”的课程，纯粹的理论学习使学生的大脑僵化。3D打印让孩子们轻而易举的参与到教学中，使其发挥了极强的动手能力和极大想象力。笔者就在北京的某中学课堂上见到学生亲自把数学、物理课中的许多抽象概念通过让学生动手设计由3D打印组件组成的小电路和小装置，变成有趣的课程，很多学生对科学、数学、工程和设计的热情由此被激发出来，未来的”学生工程师”就这样默默地成长起来。

此外，3D打印机在教学评价方面也有广泛的应用前景，尤其对于设计相关专业的师生来说这无疑是最好的“考卷”。以往学生在电脑上设计模型，或者是后期做出来一些简单的泡沫模型，但它们根本无法和实际应用成品相比，难以满足实际评价需求。而通过3D打印机，可直接打印出有力学强度的精细模型，再经过打磨、着色等，使学生作品的外观和结构均能完美呈现，很多还能应用于结构装配、外形验证、功能测试。此外，教师也可以更好地跟踪学生在建模中出现的问题，及时给予指导、建议、修正，非常适合于教学评价。

表1： 3D打印技术在多种学科教育上的应用

也正因为如此，3D打印机才会被越来越多的学校采用，从数学课到生物课，从艺术课、历史课和文学课，都可以看到3D打印机的影子，这不能不说是技术创造了奇迹。

教育领域成为3D打印新“蓝海”

3D打印可以弥补了传统教育“重理论、轻实践，重动脑、轻动手，重学习、轻应用”的不足，使课堂教学变得有趣、生动，变课堂上的被动记忆为课内外的主动探索。3D打印技术在教育领域的应用推广已经在高层受到了重视。3D打印领域唯一的一位院士，即中国工程院院士、西安交大卢秉恒院士就指出，3D打印如应用于教育教学，可以激发学生的探索兴趣和创造热情，带动教育创新，让学生们开拓思维，发挥出无穷的想像力与创造力，造就一批创新型人才。

此外，原航空航天部林宗棠部长也敏锐地觉察到了3D打印在教育中的巨大推动力。林宗棠部长认为，在这场技术大潮背景下，我国3D打印技术的推广与普及还与国外存在一些差距，而学校是发展自主3D打印技术的沃土，一台机器放在学校里，就意味着至少有几十甚至几百人受益。所以在2014年1月份，林宗棠部长向中央写报告建议3D打印技术要从娃娃抓起，在全国青少年中播种十万颗3D打印创新种子。此后“3D打印创新教育播种”计划即被国务院及相关部委批准立项，并由中央机关老干部康乐文化指导中心推出。2014年8月，第一批90台3D打印机被送到北京35中、河北辛集市第三中学等九所学校的孩子们手中。据负责实施该计划的紫熙公益负责人介绍，在全国范围内实施的“3D创新教育播种”计划，将在两年内完成100000颗3D打印创新种子的播种。

在2015年2月，国家工信部出台《国家增材制造产业发展推进计划（2014-2016年）》，指出要加快3D打印技术在儿童创新教育中的应用。教育领域迅速成为3D打印发展的新“蓝海”。

比如中国3D打印技术产业联盟就对这个“蓝海”有了确定的动作计划。该联盟准备从2015年开始，在全国创建1000所3D打印创客俱乐部，在全国选择1000所有代表性的学校创建1000间打印创客空间。如果平均每个教室配备30台3D打印机，1000个教室则需要3万台。目前花3000～4000元就能购买一台性价比较高的桌面3D打印机，全国3D打印机的需求至少是10万台～50万台，在学校、学生创客的带动下，将带来源源不断的商机，甚至引领新的商业模式，通过几千万元的投入，就能撬动几十亿元的桌面打印机市场。

2014年我国教育领域3D打印市场规模约3亿美元，今年有望突破6亿美元，增速近100%。受益海外专利到期，国内设备制造进程大幅加快，桌面级市场迅速爆发。特别是FDM等专利放开以后，涌现出了一大批新进入，涉及企业主要为3D打印设备制造商。

目前国内3D打印技术发展迅猛，各3D打印企业纷纷瞄准校园领域入手，且开始偏向于中小学低龄化发展，各种小型桌面3D打印机外观设计也都偏向于卡通、可爱等风格转向。另外一些企业则纷纷开始推广活动，通过向学校免费赠送机器来营造行业对企业的关注度。比如中科大先研院的阿巴赛公司为了打开更大的市场，就推出了“3D技术创新培育计划”。在2015年6月，阿巴赛公司将向合肥庐阳区两所中小学免费提供了3D打印"创客"教育实验室关键设备，包括40台3D打印机、6台3D扫描仪及配套的软件、课程体系培训等。该公司意在以点带面，在全市推广创新教育，进而在广大青少年中播下“3D打印创新”的种子。当然这也是很多公司的战略，因为“投资教育，就是投资未来的客户”。

需要一套大的蓝海战略

在信息技术瞬息万变，前沿科技层出不穷的当下，如今，3D打印技术正在大规模地进入到中小学和大学的教育领域中。但根据笔者的调查，3D打印在教育领域中的应用却并未顺利推行。

比如很多学校买了3D打印机，却放在那里成为展示的工具，并没有真正用起来。当然原因并不完全在学校，很多学校都发现，虽然有3D打印机，但却没有可以导入的3D打印课程，市场上还没有关于3D打印的统一教材，也没有教育培训标准。另外，招聘相关的教师也成为难题，整个学校的3D打印教育行业都面临着缺乏教师的难题。

3D打印是一种教具，用于开拓学生思维，而不是玩具。要想真正让3D打印进入中国的教育教学领域，还面临着实验室建设与管理、课程设置、师资认证与培训、应用模式研究等多方考验。

一位该领域的教师经过对目前的3D打印机进行考察后发现，很多3D打印机还与具体的教学应用存在着差距。比如在设计领域，要求的功能很多；在机械领域，要求打印速度和打印精度较高；在生物领域，要求可以打印一定的生物活性材料。所以企业应该做学科教学需求分析，了解学科教师对3D 打印机的需求，根据需求对3D 打印机进行定制；其次根据具体学科需要，建立基于3D打印的学科课堂教学方案；开发3D打印技术用于课堂教学的教师培训课程。

更为急迫的是，目前需要对3D 打印的课程设置、师资认证与培训率先展开。没有教师，即使有再好的打印机也会成为摆设。所以很多学校建议首先要对教师进行运用3D打印机进行课堂教学的培训，主要是绘图软件和各种材料的使用，之后教师才会根据培训结果以及教学方案开展情况给予教育管理机构和厂家更多反馈，以此来推动该行业的发展。

可喜的是，一些地方已经率先开始了3D 打印培训工作，比如南京市就在2015年6月率先开展了该市中小学首届3D打印技术教师研修班。据悉，本次研修班的培训课程主要有：3D打印技术发展知识普及、SketchUp草图大师建模、工业设计产品创新点的构思与操作、Design Spark Mechanical工具建模、3D打印教程视频编辑与制作、扫描建模、各种打印机切片软件的基本操作使用。

3D打印技术和产品在教育领域的推广，需要的是一套大的蓝海战略。蓝海战略的战略思想是要突破已有的市场边界，创造新的市场需求，扩展新的市场空间，形成新的价值曲线。目前，很多学校对3D技术的了解和对课程的开发都难成体系， 3D打印技术在课堂教学中的应用模式，包括教学模式和学习模式也没有建立起来。另外，教育管理机构需要对教师运用3D打印机进行教学的影响和效果进行持续跟踪和评估。这些具体事情，政府要做，企业也要做，也更需要舆论的引导。虽然摆在很多企业面前的是一大块蛋糕，但要想吃到却并不容易，未来还需要弥补很多3D打印技术和产品在教育领域应用的稀缺环节。