3D 打印与创客文化的建设

宋凤莲，黄 亚，盛宗建

（武汉大学 大学生工程训练与创新实践中心，湖北 武汉 430072）

3D 打印是以三维CAD 模型直接驱动，通过离散堆积、逐层打印构造任意复杂形状物体的技术，是实施创新型国家战略的重要途径。为适应社会对创新型人才的需求，以 3D 打印课程为创新教育载体，我校面向本科生开设了3D 打印课程，建设了3D 打印创享空间，面向全校学生开放，培养创新人才。

创客是一群努力将各种创意转变成现实，用创新美化生活的人，以作品心、手艺人的精神、修行者的心态去创造。创客文化以创造、开放、共享为特征，其最大特点是彰显个性，实现自我超越。创客文化体现的精神是首创与开源、协作与分享，注重团队精神，强调将梦想变成现实。好奇心、团队合作能力或集成思维能力是创客需具备的关键素质，专业知识、创新思维、内在驱动力是产生创新成果的三大要素[1-3]。

如图1 所示，将自由思想、创新精神、工匠精神、协作与分享作为创客文化建设理念，以 3D 打印的基本理论与方法为根基，以 3D 打印设备及三维设计软件为创客体验的工具，以案例分析、作品选题、创意设计、3D 打印智造、作品研讨与分享为主线，使学生了解3D 打印的内涵及发展中的瓶颈问题，掌握3D 建模技术与 3D 打印的基本方法，以小组为单位，培养团队交流协作意识，并运用CDIO 模式，以构思、设计、实施及运行为主线，培养探索精神及科学素养，开展成果交流与分享，进行创客体验，放飞创造思维。以培养具有“武大气质”的创新人才为宗旨，激发学生创新激情，培养学生做梦、追梦、圆梦的探究精神及创新能力。

图1 创客文化建设的理念、主线及根基

1 探索与实践

1.1 创客文化氛围的营造

2016—2018 年，我校大学生工程训练与创新实践中心与图书馆合作，每年主办一次 3D 打印大赛，已成功举办三届。命题自由，要求参赛作品为原创，能充分体验 3D 打印技术的先进性与独特性，作品设计包括外观设计和功能设计。每个作品以 3D 打印实体模型提交，并配上简要文字，表达创意设计理念。如我校 3D 打印大赛获奖作品《始终》及《义肢》就彰显了我校学生的人文情怀。

2016—2018 年，我校举办“三创”成果展，既有全国大学生科技创新大赛一等奖作品，又有学生课内外各类优秀作品，也有课内个性鲜明的3D 打印作品，同时通过现场展示当今最前沿、最主流的数字化制造设备，如激光加工设备、3D 打印设备等，激发学生好奇心。

1.2 以3D 打印为课程建设载体，创建多类别及多模式的创客导引与体验课程

创客活动的一大特点是内容与形式的多样性。多类别及多模式的创客导引课程设计方案如表1 所示，以课程建设为基础，以 3D 打印课程为载体，面向全校本科生开设了多类别及多模式的创客导引课程，打破常规，培育学生的创新思维。在创新选题方面，以人为本，关注人的需求，引导学生关爱社会，节约资源，培养自然和谐健康可持续的价值观；在创新技法方面，鼓励学生采用开放思维法、仿生法、象征及类比法等[4-6]。为培养自然和谐健康的审美观，将斐波那契系列数字 1、1、2、3、5、8、13、21、34、55……、黄金分割法引入创新设计中，引导学生热爱大自然，培养学生敬畏自然，追求人与自然、作品与环境的和谐美。

表1 基于3D 打印的多类别及多模式的创客导引课程

课程考核采取自评、互评、教师评价相结合，多维度评价包括：（1）设计与创造能力；（2）批判思维能力；（3）与实际相结合的能力；（4）学科融合的能力；（5）沟通能力；（6）内在驱动力；（7）领导能力。如何沟通、协作，如何化解矛盾与冲突，如何倾听、表达不同意见等对团队合作非常重要；采用多维度评价更有助于提高团队成员创新潜质。

课程实施方案设计主要包括作品擂台赛、自主设计与制作、线上线下答疑及创新体验报告等。在课堂擂台环节，鼓励学生勇于表达自己的观点，拒绝盲从，培养自由精神与批判性思维，打破创新思维的束缚。如定势效应、从众心理、雷同效应、权威效应、经验主义等，鼓励好奇、质疑、试错，推进创客文化的建设。

创客的核心是强调将想法变成现实，创造的过程就是学习的过程。以作品心、手艺人的精神、修行者的心态去创造，将工匠精神融入创客活动中。工匠精神有两个基本特征：①专注。热爱所做的事情，将名利置之度外。②严谨。精益求精，将所做的事情做到极致。具有工匠精神的创客是忘我的、快乐的，成果是可期的。

1.3 多元化协同培养，为“双创”助力

建立多元化、网络化的协同培养机制，形成多主体、多学科、多形式、多渠道的合作运行机制。校内协力培养，建立由多学科指导的运行机制。鼓励不同学科的研究生及博士生参与创新活动指导。校外与企业、其他高校及研究机构协同创新，建立广泛化的交流机制，为高校与企业之间、高校之间带来广泛的合作交流机会，为“双创”助力。

我校与其他“985 工程”高校及企业合作编写并出版了创新创业系列配套教材《3D 打印实训教程》，作为3D 打印课程的必备配套教材。

1.4 开放式的实体空间与在线平台

创客的核心是将想法变成现实，创客活动不可缺的元素就是 3D 成型制作的空间、成果展示、分享与交流空间。实体空间是技术、资源的分享地。课程组建立了在线平台，鼓励创客交流。为了鼓励学生进行交流，不仅可以提供实体空间，还提供在线论坛这类虚拟空间，满足学生的多元需求[7-9]。

在线平台上，学生上传自己的设计原型与他人交流，通过深层次的互动，设计者不断受到启发，原型不断得到完善。通过构建在线平台，能保证这些宝贵创意的保存和开放获取。

课程的结束并不意味着学习行为的终止，开放模式培养了学生自主学习的习惯，后续在交流平台中继续分享经验和资源。3D 打印课程体系的开放突出了以学生为本的创新人才培养理念[10-11]。

2 建设成效

2018 年，依托3D 打印创客空间，我校学生参加全国大学生各类科技创新大赛屡创佳绩。在第十七届全国大学生机器人竞赛上，以“飞龙绣球”为主题，我校团队荣获一等奖、最佳策略奖；在第八届全国大学生机械创新设计大赛上，慧鱼组竞赛作品《梳齿式风光互补式绿色立体停车库》获一等奖；在2018 RoboCup机器人世界杯中国赛上，我校团队获一等奖。

3 结语

我校已逐步形成具有综合性、研究型大学特色的创新创业教育体系，已入选全国首批高校实践育人创新创业基地、全国创新创业典型经验高校、全国“双创”示范基地。通过加强学生自主学习探究能力、实践创新能力、协作能力等的培养，使学生成为具有多学科知识背景和多视角思维模式的创新人才。3D 打印与创客文化的建设将会大力促进我校的“双创”教育，将进一步营造创客氛围，传播创客精神，使更多的学生受益。