增材制造技术在海南省中职教育领域中的应用研究

□ 海南省技师学院 余水晶

如今，增材制造技术已成为现代社会的焦点，被看作是工业领域的重要科技突破，并有望带来“第三次工业革命”。增材制造技术在各行各业中的应用已得到研究者的广泛关注，但在职业教育领域，特别是中职教育，未得到大面积推广。海南省“十三五”规划方案提出坚持低碳、高技术的发展方向，着力发展新能源汽车制造、新型网络化制造等低碳智能制造业。增材制造技术在海南省政府坚持低碳、高技术的发展方向引领下，必将有更广阔的发展空间和发展机遇。

一、增材制造技术

1.增材制造技术概念

增材制造技术(Additive Manufacturing AM)，又称3D打印技术，是依据三维模型，运用相应的材料，通过程序控制将材料逐层堆积粘接起来，快速制造出产品的成型技术[1]。与传统的制造（减材加工）方法不同，以其独特的工艺，把设计的三维物体分成无数个二维层片，逐层堆积起来，从而实现产品的快速制造。如图一所示，它是一种综合性、交叉性的制造技术，于20世纪80年代初出现在美国。增材制造综合运用材料科学与工程、激光、计算机、精密传动与数控、粉末冶金等现代与传统技术，实现零件或产品原型的直接快速制造，为产品创新设计和快速制造提供新的技术手段，可以大幅度加快开发周期，降低试制成本。随着经济全球化，产品开发周期和成本是制约产品早日上市和赢得市场份额的最突出因素。到目前为止，增材制造是满足这种市场需求最理想的技术方法。

2.增材制造技术的特征

（1）增材制造技术特别适合于传统技术不能处理的、极为复杂的几何构造。它不但能够生产复杂型的超大中型零部件，还能够生产一些非常复杂的中小型零部件。

图1：增材制造与传统制造

（2）增材制造技术非常适合用于小批量复杂零件、备件及个性化产品设计的快速生产制造。对小批量、外形特别复杂的工件，可以省略中间环节。与我国传统工艺以及其他生产技术比较，直接生产终端部件有着更突出的成本优势。

（3）增材制造技术可使设计师将设计思路迅速转变为三维空间设计实体，进而为零部件设计原型、组装、功能测试、设计检验与纠错等提供更高效的三维空间优化与设计手段，从而推动相关产品的创新与优化。

（4）增材制造技术不需要传统的机械工具、夹具、模具等工装，就能够在同一个装置上迅速、精确地制造任何复杂形式的汽车零部件，进而达到零部件的“自由制造”，从而简化制造过程，降低工艺，大大减少了制造时间。

（5）增材制造技术可以适应航空兵器等高端装备研发中低成本、缩短周期的需求。据统计，国内大中型飞机上钛合金零部件的原材料使用率很低，一般都不高于10%；若采用高能束流式增量生产技术，可以节约金属材料的三分之二以上，而数控整机工艺时间也可以缩短50%以上。

总的来说，和传统的切削加工等制造方法比较，增材制造无需对物体进行切削，可以直接出成品，缩短设计样品的制造周期。同时，减少材料的消耗，大大降低产品成本，使得设计者能够更充分地按照实现产品设计功能的需求进行产品设计工作，而不用考虑因造型设计繁琐、生产困难带来的局限。

二、海南省中职教育现状

近年来，海南省政府高度重视中等职业教育发展，把它作为一项基本民生工程，重点扶持、重点发展，对中等职业教育的整体投入不断增加，规模不断扩大，发展十分迅速，特色十分明显，经济效益和社会效益良好。同时，职业教育的影响力也在同步提升，整个社会对职业教育的接受度也越来越高[2]。海南省中等职业教育具有其鲜明特点。

一是大量投资。海南省政府财政对中职教育的投入持续稳定。首先省财政对中等职业学校总投入持续增长。其次，建立了海南省中职院校生均拨款制度，且生均拨款额在逐年提高。稳定的投入，为海南中职教育的发展提供了稳定的财政保障，从而奠定了坚实的发展基础。

二是迅猛发展。近年来，海南省政府重点支持，优先发展中等职业教育，把中等职业教育作为民生重点工程来推进，中等职业教育实现了跨越式发展。公办中职学校专任教师队伍基本稳定，基本满足教育教学需求，通过继续教育培训，扩招高质量教师队伍，教师素质得到了提高，保证了中职教育的教学质量。“十三五”期间，中等职业学校招生规模逐年扩大，学生素质不断提高，另外，开展职业教育资源优化整合，中等职业学校教学资源不断在优化。

三是特色鲜明。从现实的角度来看，海南中等职业教育体现出自身的特点，主要体现在“新三阶段”“订单式”“集体化”“村官班”等教育模式上。其中，“新三阶段”教育模式已成为海南省“十大民生工程”的亮点之一，作为中等职业教育创新模式面向全国推广。另外，为传承海南民族文化特色，还开设“花梨木雕刻技艺”“黎族织锦技艺”“贝雕技艺”“红木雕刻技艺”和“黎族剪纸技艺”等特色专业。

三、海南中职教育增材制造技术教学现状

1.教学体系不完善，师资力量不够强大

中职院校的增材制造专业教师应具有很强的专业理论知识与实践能力，但海南中职院校却缺少在实践上具有丰富经验的增材制造专业老师，缺少实际从业经验。其次，师资是学校教育的主导支柱，其思想认识能力和水平直接影响着增材制造技术人才转型的培养。如果中职院校教师没有正确的增材制造技术实践经验的引导，一系列相关的教学内容可能会变得低效。因此，关于中职院校增材制造技术专业教学中实践教学系统改进，最重要的内容之一就是变革和改进增材制造技术教学思维模式。一些中职学校缺少改革创新理念意识，在教学方式开展上冲劲不够，而且没有对社会教学物资进行合理使用，束缚了实践教学系统改进效果。

很多的中职院校忽略了对教师实践培养的策略，在时间、组织力度、组织经费上没有对应的安排。对于教师离开学校到企业学习没有足够的保障，教师的考核与收入依旧还是按照上课课时分配，对教师的职称评审依旧停留在学术论文的数量以及层次上，缺少对相关增材制造技术实践知识的培养。因此，课程安排不科学，教学体系不完善，阻碍增材制造技术人才转型的顺利进行。

2.理论教学与实践教学比例失衡

增材制造专业是一门不仅需要技术同时也需要实践的项目。想要将增材制造技术学好，需要的不仅仅是理论知识，更加需要去实践，将自己所学到的技术一一去践行。如今，中职院校里增材制造专业的教学方式还是传统的以班教学，让授课老师传授理论上的知识，缺少与时俱进的增材制造专业教学手段，无法将科学的增材制造专业教学案例运用到实际教学当中，出去实践的机会也是少之甚少。在大多数的中职院校，问题讨论被老师讲授所替代，动手实践也被简单的实验项目所取代。

3.增材制造技术人才培养目标不明确

中职院校增材制造技术教学的主要目的是培养社会上增材制造技术专业技术人才，培养学生的创新意识和实际动手能力，解决更多中职学生的就业选择问题。然而，海南很多中职学校并未对市场需求进行调研，不了解社会及相关企业对增材制造技术人才的需求情况，这直接导致培养目标和实际需求两极分化，使得学生就业更加困难，不能保证学生的就业率。中职院校的培养目标应该是培养中低水平的技术服务型人才，因此学校应该注重培养增材制造技术学生的实际操作能力。

四、增材制造技术在海南中职教育的应用分析

1.扩大知识覆盖面，拓宽就业渠道

增材制造技术被看作是工业领域的重要科技突破，认为是“第三次工业革命”的重要技术之一。可用于珠宝设计、建筑工程、航空航天、医疗行业、教育行业、GIS、机械工程等领域[3]。

2.教学模式革新，便于中职学生理解抽象知识

增材制造技术易于将抽象的设计快速物化，变为现实，这极为方便对教学、设计进行分析论证，同时也方便学生直观学习。海南中职学生普遍基础较差，专业课中有些知识过于抽象，不易理解，教师可以利用增材制造技术，根据实际授课需要，打印出所需的实物模型，将不易理解的抽象理论知识转化为具体的、可视化的实物模型，最终呈现在课堂上，中职学生便可以轻易理解这些抽象知识，形成交互式教学模式。对于中职院校学生来说，理解一个抽象的知识点，可视化的实物模型胜过教师或书本上成千上万条的语言描述[4]。

3.丰富课堂，提高学生学习兴趣

在海南的中职学校，很多学生缺乏学习兴趣，特别是一些比较抽象化的专业课程。增材制造技术能将抽象的设计快速物化，变为现实。教师可以打印出与教学相关的教具或作品，使学习变得生动有趣。在一些乏味的课堂中融入增材制造技术，让学生积极主动参与到课堂教学中，从而大大激发学生对知识获取的兴趣，提高学习的效率[5]。与此同时，学生对设计理念有了新的看法与转变，他们采用增材制造技术可以让零件、模型、作品更加生动和形象，这也极大的激发学生的学习兴趣。同时，教学过程中，要求学生之间的相互协作来完成制作的过程，培养了学生的团队意识，也能提高学生的学习兴趣。所以，在海南中职教育中引入增材制造技术来辅助教学，能使学生积极主动参与到教学活动中，丰富课堂活动，提高学生学习兴趣，培养学生的实际动手能力与创造力，利于学生的协作能力的发展。

4.培养教师及学生的创新意识

近年来，随着增材制造技术在教育领域的广泛应用，一些学者提出了增材制造技术辅助创新教育的理念。增材制造技术能利用3D打印机将抽象的设计快速物化，变为现实。利用这一特性，一方面，教师可以用增材制造技术对教学模式进行创新与优化，使其符合学生的学习需求，也能培养教师的创新性；另一方面，教师可以借助增材制造技术，根据中职学生的现状对教学方案进行设计，积极正确地引导学生，开展有效的教学活动，让学生主动地参与到教学中，培养学生的创新思维能力。因此，在海南省中职教育领域中，应用增材制造技术进行辅助教学，对教师提出了更高的要求，需要从教学模式、技术等方面进行创新，同时，激发学生的学习兴趣，使学生自主地参与到教学中，提高学生的创造性思维能力以及动手解决问题的能力。

五、结语

从增材制造技术的发展来看，由于技术的不断改进以及使用的便捷，增材制造技术越来越受到制造业的青睐。在未来，它将成为解决设计和成型问题的重要途径。无论是素质教育发展的需要，创新教育的自身价值体现，还是海南中职学生自身整体素质的提高，增材制造技术都应该作为一门专业技术课在海南中职学校进行教学，从而激发学生的学习兴趣，促进中职学生创新能力的提高，为社会提供更多优秀的应用型人才。