对3D打印技术的“智造型”创新人才培养与实践论述

孟瑞芳 司俊男 司闲

随着社会经济飞速发展，科学技术不断进步，各种高新技术应运而生，在一定程度上改变了人们生活方式和工作模式。3D打印技术就是其中一种，现如今已经被广泛应用到各行各业，不仅能够缩短产品研发周期，还可以为企业创造最大化经济效益。人才作为技术的操作者和使用者，在新形势下也要充分做到与时俱进，所以，培养“智造型”人才，已经成为现阶段亟待解决的重要问题。

一、3D打印技术概念、技术原理及具体应用

英国在《第三次工业革命》中提出：3D技术将会是推动第三次工业革命的主要技术。同时，美国也将3D技术纳入十大增长最快工业范围内。由此可见，3D技术有能力成为新时期变革人们创造力的新型技术。新时期背景下，创新成为一个民族、一个国家持续发展的主要源泉，培养创新性人才，成为广大院校新时期肩负的关键使命。在人才培养过程中，如何能够提高学生创新能力和实践能力，是国内外教育专家需要深入研究和探索的重要课题。基于此，本文结合3D打印技术概念和技术原理进行分析，并深入探索3D打印技术对“智造型”人才培养的具体需求，同时提出几点切实可行的人才培养策略，从而为各大教育结构输出更多符合时代发展的人才奠定基础。

（一）3D打印技术的概念

所谓3D打印技术，就要建立在数字三维模型文件基础上，利用纸张、塑料等材料进行逐层叠加，最终构成的3D物体。该技术最早被人们成为“快速成形技术”。发展到1990-1999年左右，该技术已经被各行各业所熟知，当时被成为先进制造技术和增材制造技术。随着社会经济飞速发展，快速成形技术在全球范围内持续升温，为了持续推广和应用该技术，传媒领域和民用领域将其统称为“3D打印技术”。该技术设计学科较为广泛，其中包括计算机、光机电、數控、互联网等方面，采用该技术获取产品三维数字模型，可以在没有模具、没有道具，并且不考虑工艺技术的情况下，将三维数字模型生成实物。

（二）技术原理

3D打印技术的应用原理，是现在计算机中生成各种零件的三维立体模型，而后按照一定厚度，对三维立体模型进行切片，这也是将三维形状信息转换为二维轮廓信息的过程。进而，需要在数控系统支撑下，利用喷头精确运动，对目标零件逐层打印。这种技术在应用过程中与传统材料去除加工方法截然不同，是通过增加材料直接制造，并且制造出的产品与产品数学模型完全一致。

（三）3D打印技术的具体应用

3D打印技术是建立在科学技术基础上发展而来的，包括数控技术、机械技术、逆向工程技术等。作为一种集合多种学科和领域的先进技术，不仅能够为各行各业稳定发展奠定良好基础，还能够为“智造型”创新人才培养提供高水平、综合性学习平台。

现如今，3D打印技术已经广泛应用搭配医疗、文化、设计、教育以及工业制造等领域，并取得了较好的应用效果，呈现出了广阔的发展前景。例如：欧洲航空领域在首架宽体客机测试机制造过程中，就充分应用3D打印技术，采用该技术打印零部件，既能够节约制造时间，又能够降低制造成本。在医疗领域应用3D打印技术，只需保证生物医用材料选择正确即可，采用3D打印技术可以满足修复器官、重建组织等需求，有利于帮助医院制定科学、合理的医用模型，同时提高患者生活质量。由此可见，3D打印技术已经成为新时期改革人们创造能力、促进社会全面进步的重要技术，势必会在全球范围内掀起一轮3D打印热潮，这也意味着，培养3D技术应用人才，已经成为社会发展的必要需求。

二、3D打印技术的“智造型”创新人才培养需求

教育机构是为社会输出专业人才的重要基地，所以在人才培养方面需要始终以社会需求为主。本人曾社会中10家制造企业进行调差分析，其中8家企业表示愿意为在校生或毕业生提供实习机会。但是在实习生入职前需要对其进行全面考核，保证其具备专业能力和实践水平，在此基础上可以对人才进行系统培训，如果满足岗位需求，即可签订入职合同。这也为培养3D打印技术的“智造型“创新人才奠定了良好基础，短期实习过程，对于人才和企业而言是一个互利互惠的过程，一方面能够为人才提供良好的社会实践机会，另一方面能够节省企业面试成本，同时有利于企业深入挖掘人才，并制定针对性人才培养计划。

自改革开放以来，虽然我国科学技术发展迅速，制造业也迎来了蓬勃发展时期，但相对于发达国家而言，仍然趋于落后状态。尤其新时期背景下，该行业竞争压力与日俱增，技术设备更新换代速度不断加快，企业人员更替速度也随之提高，只有源源不断的“智造型”创新人才体系不断供应，才能够为我国制造业创新发展奠定良好基础，使其在世界先进水平占据一席之地。当前，部分企业在人才选择过程中，依然沿用传统管理模式，倾向于通过岗位空缺选拔人才，如此不仅不利于招聘到理想人才，还不利于挖掘人才潜在价值。当然，也有很多企业认识到人才培养的重要性，并拥有高管储备岗位，该岗位专门为高级人才预留。相比之下可以方发现，后者更加容易留住人才。所以说，企业愿意为在校生或应届毕业生提供实习机会，不仅是企业创新精神的体现，也是社会进步的象征。所以教育机构在人才培养过程中，可以采用校企联合方式，提高人才专业能力和实践水平，从而为3D技术进一步推广奠定基础，为培养社会需求的“智造型”创新人才奠定良好基础。

三、3D打印技术的“智造型”创新人才培养与实践存在的问题

（一）技术设备相对滞后

现阶段，虽然越来越多教育机构认识到培养“智造型”创新人才的重要性，并购入一些3D打印设备。但由于管理不当、更新不及时，导致一些设备出现落后、老化问题，并购且在人才培养过程中，也仍然沿用灌输方式，没有重视人才动手能力和实践水平的培养，最终使得人才培养过于形式化。另外，设备无法充分做到与时俱进，会直接影响人才的参与积极性，使其在实践中提不起兴致，如此不仅会浪费时间、精力，还无法充分满足“智造型”创新人才培养需求。而教育机构在最初成立“智造型”创新人才培养模式时，其目的就在于引导人才感受3D技术的魅力，从而激发人才求知欲，并在动手过程中理解理论知识，使人才在脑海中形成相应的理论体系，从而提高创新意识。但是由于技术设备落后，导致人才培养最初目标发生变化。

（二）重视理论知识传授，忽略实践能力培养

结合教育机构3D打印技术人才培养实际情况来看，培训人员为了在有限时间内将相关知识全部传授给人才，往往选择采用“灌输式”培训方法，只对3D打印技术理论知识进行阐述，忽略了人才实践能力的培养。由于3D打印技术是一门理论与实践并重的学科，加上理论知识具有抽象性和复杂性特征，所以仅通过理论讲解并不能解答人才疑惑。这也使得一些人才在被动学习过程中缺乏充足的动手机会，不仅不利于培养人才思维模式和时间内利，长此以往还会使人才形成依赖心理。

（三）理论教学与实践教学不协调

当前，一些教育机构已经认识到了3D打印技术人才培养需要做到理论与实践相结合，但是在课程分配方面却严重缺乏协调性。具体体现在理论课程多、实践课程少方面，甚至一些实践课程形同虚设，只能作为理论课程的陪衬。在引导人才动手实践时，也大多结合简单的理论知识进行试验操作，没有合理规划实验课程，并且在人才考核方面也注重理论知识测试，缺乏时间考核安排。这也使得一些人才为了应付考核，对培训内容进行死记硬背，没有真正理解知识内涵和操作方法。长此以往容易使人才理论与实践相脱节，并导致人才思维固化。所以在新时期背景下，如何能够在短时间内使人才理论知识和实践能力快速进步，成为培训人员需要深入研究和探索的主要问题之一。

（四）忽视人才综合素质培养

“智造型”创新人才培养不仅要求人才具备较强的专业能力和技术水平，还要具备优越的综合素质。所以，在人才培养过程中，培训人员不能只重视专业知识和理论的培养，还要想方设法提高人才各方面素质。如此才能够在循序渐进、潜移默化中培養社会真正需要的“智造型”创新人才。

四、3D打印技术的“智造型“创新人才培养与实践措施

（一）及时更新技术设备

3D打印技术人才培养离不开技术和设备的支撑，只有保证技术、设备做到与时俱进，才能够为培训工作顺利展开奠定良好基础。所以教育机构需要加大资金投入力度，构建现代化3D打印设备，不断更新技术水平，同时做好设备维护管理工作，保证设备正常运行，为人才实践操作奠定良好基础，使人才能够在动手实践中体验3D打印技术的魅力，从而提高学习兴趣。

（二）构建理论与实践相适应的教学体系

构建理论与实践相协调的教学体系是解放人才思想，提高其创新意识和实践能力的重要前提。尤其新时期背景下，我国大力推行职业教育，目的就是为人才提供理论与实践相结合的学习平台，使人才能够在动手实践中理解理论知识，从而切实解决实际工作中遇到的问题，并在此基础上拓展思维，提高创新、创造能力。而想要构建科学、合理的教学体系，需要从四个方面入手：第一，引导人才系统性学习3D打印技术相关理论知识。第二，保证人才在掌握理论知识基础上挺高动手能力。第三，着重培养人才创新能力、创造能力以及综合素质。第四，使人才从潜意识中认识到创新、创造对社会发展的重要性。众所周知，3D打印技术“智造型“创新人才培养并非一日之功，而是需要长效坚持，所以构建长效教育体系，重视开发人才潜在价值，转变传统僵化式教学模式，是培养“智造型“创新人才的重要举措。

（三）制定严格的测评制度，并建立选拔、淘汰机制

我国受应试教育影响，使得教育机构在人才选拔方面大多采用理论知识考核方式，一些人才为了进入高等学校，通过死记硬背方式度过考试难关，但是进入学校后，由于学校环境过于安逸，加上部分学生自控能力较差，所以在自主学习方面严重缺乏积极性，导致学生失去竞争意识，不利于提高学生思维能力和创新意识。针对这一问题，教育机构需要构建科学、合理的测评制度，同时建立选拔、淘汰机制，这种方法在培养学生专业能力、动手能力以及综合素质方面有积极作用。例如：对于部分自主性较差，但创新意识和创造能力较强的人才而言，教育机构可以专门设置一个创新班，全面开发人才创新意识。而对于学习能力和自控能力有待提高的人才而言，可以设置普通班，并在一段时间后对人才专业知识和实践能力进行考核，结合考核结果和日常表现重新分班。这种短暂的淘汰机制，并非打击人才，而是帮助人才树立忧患意识和竞争意识，使其能够不断完善自我，提高自身综合水平。

（四）实施校企联合人才培养模式

培养3D打印技术的“智造型”创新人才，仅凭教育机构一己之力很难完成，需要学校采用校企联合方式，为学生创造更多实践机会。在校企联合模式下，接受教育的人才能够将理论知识和实践经验有机融合，其优势在于能够为人才提供多层面指导。为满足这一需求，学校需要联合各个领域的企业，在校开展招聘会，并设置奖学金，同时学校要主动向企业推荐3D打印技术相关专业优秀学生，以此来搭建人才促进体系，一方面能够为教育机构培养“智造型“创新人才奠定良好基础，另一方面能够为企业创新发展提供保障，同时可以使学生在实践和理论之间不断提高综合水平。

（五）实施“经验之塔”教学理论

“经验之塔”教学理论源于美国地区，是由美国教育学家戴尔提出的，该理论可以总结归纳为三个方面，分别为：实践经验、观察经验以及抽象经验。

3D打印技术能够将虚拟模型转变为三维实体产品。满足现代化生产设计、制造一体化发展需求。在教学过程中，学生可以结合自身具备的理论知识结构进行自主设计，利用3D打印技术制造创新性产品，这种将理论知识与实践经验相融合的方式，有利于学生在真实情境中强化认、获得情感体验，并在此基础上总结出“实践经验”。

另外，采用3D打印技术，可以打印一切有益于教学的数字模型，学生通过观察三维实体产品，能够进一步加深对知识的理解，这也与培养“智能型”创新人才需求不谋而合。在实际教学中，可以引导学生在桌面利用3D打印技术构建各种创意产品，并将创意抓变为三维立体实物，如此不仅能够调动学生学习积极性，还能够使学生在操作过程中获取“观察经验”。

在教学过程中应用3D打印技术，能够将某些抽象的科学知识，转换为具象化、可视化形式，有利于学生深入理解抽象知识，使学生将知识转换为技能，并进行创新、创意产品制造，这无论对于学生还是教育机构而言，都是一种提高教学水平的重要方式，有利于学生在学习過程中获得认知体验，从而在掌握先进技术的同时提高创新意识和创造能力。例如：在传统教学过程中，学生即便有创新想法，也需要通过传统加工方式来实现，由于过程过于复杂，所以不可避免会使学生在困难前打消制作积极性。而应用3D打印技术，能够及时将学生的抽象设计转换为三维实物，一方面有利于提高学生学习体验，另一方面能够使学生获取“抽象经验”。

（六）采用情境学习模式

情境学习最初起源于西方国家，在实践中取得了显著效果，因此在国际范围内防范应用，现阶段已经成为国内外专家和学者重点研究的领域。该教学理论认为人才培养过程并非只是传输过程，也不是知识接收过程，而是通过互动意图，引导学生实践行动和思想反思的一个过程。在教学过程中，应用3D打印技术，能够为学生和教师构造互动空间和教学模型，通过设置教学任务，可以引导学生自主参与到教学活动中，同时有利于激发学生学习积极性。使学生在设计过程中互相交流和沟通，为优化方案奠定良好基础，为营造和谐的课堂氛围提供保障。在此基础上，利用3D打印技术制作出的模型验证创意思想，可以使学生对整个教学过程进行深入反思，从而获取知识体验。由此可见，开展情境学习模式，能够将教师从传统知识传递权威者，转变为知识传递促进者。在这种教学模式下，学生能够在自主学习的过程中利用所学知识解决实际问题。另外，情境教学本身具备的交互性优势，也能够为学生营造身临其境的学习体验，这对于培养“智造型”创新人才而言意义重大。

五、结语

3D打印技术作为一种高速发展的科学技术，现如今已经广泛应用到各个领域，有效提高了各领域生产效率和生产质量。而想要进一步创新和推广该技术，需要源源不断的“智造型“人才加入其中。因此，本文针对3D打印技术概念进行分析，并深入研究当前的“智造型“人才培养和实践中存在的问题，同时针对性提出解决措施，旨在为促进该技术蓬勃发展奠定基础。

（作者单位：苏州工艺美术职业技术学院）

课题名称：3D打印高技能人才培养课程体系研究，课题号：JG2020204。