3D打印技术在国家开放大学实践教学中的应用

沈兴山

（长沙广播电视大学技术科，湖南 长沙 410005）

3D打印技术在国家开放大学实践教学中的应用

沈兴山

（长沙广播电视大学技术科，湖南 长沙 410005）

3D 打印技术是当前的科技发展前沿，目前已经在很多行业和领域得到了广泛的应用，3D 打印技术引领了第三次工业革命，推动了制造、生产的突破性变革。本文首先对 3D 打印技术的原理进行了阐述，然后讨论了 3D 打印技术与教育的关联性，最后就 3D 打印技术在国家开放大学实践教学中的应用进行了探究。

3D 打印技术；国家开放大学；实践教学

1 引言

3D打印技术是快速成型技术的一种，以数字模型为基础，以可以粘合的材料来进行逐层打印，从而构造物体。近年来，3D打印技术的热度与日俱增，已经成为了现代高科技的重要分支。2014年11月底，美国《时代》周刊把3D打印技术称为25项年度最佳发明之一。其实，3D打印技术的概念早在上世纪80年代中期就已经提出，在90年代中期实现了初步的构造功能，但是由于机型成本极大，只有少数公司进行相应的科研和应用，而随着技术的不断发展成熟，其功能日益强大，目前，在很多行业和领域都得到了应用。随着3D打印技术的飞速发展，很多人已经将其视为第三次工业革命。毫无疑问，3D打印技术的发展前景十分广阔，也将会对很多行业和领域产生巨大的影响，推动制造、生产的突破性变革。因此，在高等教育院校中应用3D打印技术来辅助教学，提高教学效果，已经成为教师们关注的焦点。

国家开放大学是以现代信息技术为基础，利用远程开放教育模式来进行教学的机构。国家开放大学的教育模式和教育创新能力一直走在时代前列，其远程开放教育的方式实现了现代信息技术与教育的深度融合，推动了教育的发展，也是当前我国高等教育体系中的重要分支机构。3D打印技术作为当代科技的前沿阵地，其应用在实践教学中能够帮助学习者获得良好的学习体验，因此，将3D打印技术应用在国家开放大学实践教学中，有着十分重要的意义。

2 3D打印技术

2.1 3D打印技术原理

3D 打印，其英文名是 3D printing，英文缩写是 3DP，其工作原理与普通打印机的原理基本相同，只是打印材料方面有差异，普通的打印机是利用纸张和墨水进行打印，而3D打印则是利用金属、塑料等可粘合的材料进行打印。人们利用电脑中的一些设计软件，比如说 AutoCAD、CAE、3D One 等，来设计相关物件，设计完成后，将设计的物件所需要的材料放入3D打印机，然后将3D打印机与电脑连接，通过控制Auto-CAD、CAE或者 3D One等软件来对物件进行打印，将打印材料一层层叠加，从而把设计的物件打印出来。简而言之，3D打印技术就是将真实的3D物体打印出来的技术，之所以称之为“打印”，是因为其与目前普通的打印技术有着相似的技术原理，只是在打印材料上有所差异，在打印方式上都是以分层加工的方式进行。目前，3D打印技术已经在很多行业和领域得到了应用，比如，在军事领域，美国海军就曾在2014年试验了应用3D打印技术来打印舰艇的零配件，在医学领域，已经利用3D打印头盖骨、脊椎、手掌甚至是心脏。总而言之，3D打印的应用非常广泛，而且理论上是可以打印任意复杂的物件，其功能十分强大。

2.2 3D打印与教育

3D打印的最核心部件就是3D打印机。3D打印机是一套复杂的系统，其涵盖了机械、控制、计算机技术等多门技术，其内部又包含着包高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等，是一套机电一体化系统。当前科学技术的发展日新月异，各个学科之间的关联性越来越强，很多学科不再只是独立存在，而是与多学科交叉，这不但对学生提出了更高的要求，要求学生掌握更加全面的知识，也对教师提出了更高的知识储备要求。3D打印技术能够为学生提供一个综合技术知识学习的平台，因此，将3D打印技术应用在国家开放大学的实践教学中，能够为实践教学开创一个新的局面，具有十分重要的意义。

3 3D打印技术在国家开放大学实践教学中的应用探究

3.1 课堂情境教学

随着社会的发展，传统的教学模式已经越发显得不适应时代发展的需要。传统的教学中，教师都是采用灌输式的教学方法，以教师为中心，把教师当作教学主体，学生只能被动接受知识，这种僵化的教学模式已经无法适应当前的教学情况，也无法实现预期的教学效果，特别是在国家开放大学这种以远程开放教育为主的教学中，学生很多情况下都是以观看教学视频的方式来进行学习，如果教师仍然采用传统的填鸭式教学，其教学效果可想而知。而将3D打印应用在实践教学中，能够让物体更加真实形象地展现在学生面前，让学生能够深刻地感知物体，获得更加良好的学习体验。教师可以利用3D打印技术打印出教学所需要的用具，将其在教学中应用起来，让一些本来抽象难懂的内容直观形象地呈现在学生面前，学生可以更加直观地理解其中的含义，也让学生通过实物模型更加深刻地理解知识。这种教学模式能让教师和学生实现良好的互动，也让教学环境变得更加轻松活泼，让学生在学习时将已有的知识和经验与实际问题紧密联系起来，深化了知识理解，也让教师从一个知识的传授者变成了一个学生学习的促进者，这种交互式教学模式让教学效果大大提高。

3.2 3D打印技术应用在课外创新实践

培养创新型人才是我国近年来提出的教育目标，也是我国教育工作者所面临的重要问题。由于教学模式和社会环境等原因，一直以来我国的创新型人才和创新精神都相对匮乏，而随着全球一体化时代的来临，全球企业的竞争日益白热化，而企业的竞争就是人才的竞争，如果我国缺乏创新型人才，就只能亦步亦趋。国家和社会已经发现这个问题，因此，提出在教育领域应该要培养创新型人才。然而，在实际教育中，培养创新型人才大多是沦为了空谈，很多学校为了鼓励学生创新，建立了很多的科技兴趣小组，但是当学生投入这些兴趣小组，想要将自己的一些创新想法付诸实践时，却往往发现寸步难行，其中，很大一部分原因是因为在实践过程中，需要用到很多非标准件，这些非标准件往往难以获取，需要代工厂进行生产，这就导致成本高昂而且生产周期很长，就算是标准件，也需要到市场中去一一甄别，这些都很大程度上增加了学生的负担，也让学生的创新积极性大打折扣。

而3D打印技术的出现，则很好地解决了这一难题，学生利用3D打印机，可以很快地打印出自己所需要的零件，让学生能够尽快把自己的创意想法变成了实际成品，简化了学生的操作流程，让学生的创意制作变得更加高效。

3.3 培养学生的综合技能

当前社会对于人才综合素质的要求越来越高，单一的技能已经越来越不适应时代发展的需要。国家开放大学的人才培养目标是培养具有综合素质的技能应用型人才，而3D打印技术涉及的学科很多，涵盖了机械设计、控制技术、材料学、光学技术、计算机技术等多门学科和技术，因此，教师在实践教学中，不应该仅仅把3D打印当成是一个零件制作的工具，而是应该将3D打印技术作为一个系统来学习，把其中涵盖的机械设计、控制技术、材料学、光学技术、计算机技术等各种技术知识传授给学生，让学生加强各个领域知识与技术的学习，充分掌握交叉学科的相关知识，从而满足社会对于人才综合素质的要求。

3.4 提高学生的竞争力

当前，就业难是困扰教育界的重要问题，很多学校都把提高就业率作为最为重要的指标之一。就业难问题的核心就是培养出来的学生无法满足用人单位对人才的要求，学校的人才培养与社会的需求出现了脱节。目前社会上也出现了一些3D打印技术的培训机构，但是这些机构培养的人才数量相对有限，不足以满足3D打印技术人才缺口。相对与国家开放大学而言，目前招收的学生，大部分都是从事相关行业工作，以提升学历和动手能力为主，因此在国家开放大学应该要及时了解社会发展的潮流，将人才培养和社会需求紧密结合起来，在实践教学中引入3D打印技术，一方面可以提高学生的创新能力，也可以为社会培养亟需的人才。

3.5 开展产学研项目

科学技术能够将理论知识和实际生产联系在一起，技术不仅仅只是把相关理论进行简单的应用和物化，而且还可以直接作用在生产的整个过程中，对产品进行设计研发和制造。对于国家开放大学而言，开展产学研，能够把科学技术中的理论性和实践性联系起来，将技术转化为实践的重要步骤和环节，特别是对于国家开放大学的学员，大部分都从事相关专业的工作，在实践学习中如果能更好地掌握3D打印技术，对学员的提升将会有更大的空间。

国家开放大学实践教学中引入3D打印技术，一方面可以提高学生的科研能力，让教师和学生都加强对3D打印技术的研究，另一方面也可以让企业从技术开发中受益，让技术转化为实际产品，从而形成双赢的局面。

4 结束语

随着3D打印技术的不断发展，其应用领域也越来越广泛，应用前景十分广阔。根据科技部公布的《国家高技术研究发展计划（863计划）、国家科技支撑计划制造领域2014年度备选项目征集指南》，备受关注的3D打印产业首次入选，这也证明了国家层面对于3D打印技术的关注以及3D打印技术必将迎来一个快速发展时期。3D打印技术应用在国家开放大学实践教学中，不但能够为教学提供一个情境教学环境，有效提高教学效果，还能够帮助学生进行课外创新实践，另外，对于学生综合素质、综合技能和就业竞争力的提高也有着极大的促进作用。可以说，将3D打印技术应用在国家开放大学的实践教学中，有着十分广阔的前景。

[1] 李柯影；郑燕林．3D 打印技术在中小学教学中的应用——以英国中小学课堂引进 3D 打印技术项目为例[J]．现代教育技术，2015，25(04)：110-116．

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[4] 王建秀，刘笑天，居哲超，等．3D 数字扫描-3D 数字重建-3D打印 技 术 在 地 质 工 程教 学 中 的 应 用 [J]． 教 育 教学 论 坛 ，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

沈兴山（1973－），男，湖南醴陵人，本科，讲师，研究方向为网络应用开发维护。