基于产教融合的职业院校3D打印一体化教学场景构建探析

王寒里 原红玲

一、引言

3D打印技術是一种增材制造技术，又称为“快速成型技术”或者“三维打印技术”，它是将三维CAD数据通过快速成形机，把一层层的材料堆积成实体原型的技术。这是一种集CAD技术、分层制造技术、机械工程、数控技术、材料科学、激光技术于一身的技术。它可自动、直接、快速、精确地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零部件或模具，从而对产品设计进行快速评价和修改，显著地缩短产品投放市场的周期，降低成本，提高质量，增强企业的竞争能力。[1]

3D打印技术被称为“第三次工业革命最具标志性的生产工具”[2]，它将为“中国制造”转型为“中国创造”提供原动力[3]，也将成为《中国制造2025》发展的一个支柱产业。

二、3D打印产业人才需求分析

由于3D打印技术具有高度柔性、CAD模型直接驱动、成形过程中信息过程和材料过程的一体化、成形的快速性、技术的高度集成性等特点[1]，该技术很快广泛应用于航空航天、汽车、机械、电子、电器、医学、建筑、玩具、工艺品等许多领域。

（一）国内和珠三角3D打印产业发展情况

2011年以来，我国3D打印产业快速发展。2012年时3D打印市场规模不足10亿元，到了2014年已超过40亿元，增长幅度远远领先于世界其他国家。2017年我国3D打印市场规模基本达到100亿元，未来几年中国3D打印市场仍将保持 40% 左右的增长速度，2018年有望突破200亿元，中国3D打印产业进入高速发展期。初步预计，2021年达到400亿元左右[4]，中国有望超越美国成为全球最大的3D打印市场。

目前，我国3D打印技术已经从研发阶段转向产业化应用阶段，并与信息网络化技术深度融合，给传统制造业带来变革性的影响。3D打印有望成为中国高端制造业的重点环节，促进中国制造业升级。[5]

《珠江三角洲地区改革发展规划纲要（2008-2020年）》提出了“到2020年，珠三角地区将形成以现代服务业和先进制造业为主的产业结构”的明确目标。从中可看出，3D打印技术是珠三角地区的区域经济发展的机遇。[6]作为全球及国内制造业的重要基地之一，广东省具有较完善的市场基础、较强的产业转化能力，珠三角既是生产的中心，也是消费的中心。珠三角地区占据了国内3D打印产业80%的市场，广东企业的产品在部分欧洲国家的市场占有率也超过了50%。[7]

（二）国家对3D打印产业的重视情况

为加快推动3D打印技术的研发和产业化，中国政府加强制度顶层设计和统筹规划，采取专项推进和机制创新，将广泛的社会资源与技术创新相结合，提升我国 3D打印产业发展水平。

2014 年《国家增材制造发展推进计划（2014-2020 年）》的出台，明确了3D打印产业的发展方向，并且引爆了中国的3D 打印市场。2015年2月 ，工信部、发改委、财政部三部门联合颁发的《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》，将3D打印的发展提升到国家战略层面，并明确指出：组织实施学校增材制造（即3D打印）技术普及工程[6]。《中国制造2025》中将3D打印作为加快实现智能制造的重要技术手段。

（三）3D打印人才需求分类

《制造业人才发展规划指南》（教职成〔2016〕9号）指出，制造强国根本在于人才培养。3D打印作为“中国制造2025”重点发展的关键技术，市场对于3D打印人才的需求是巨大的、刻不容缓的。据有关机构统计，目前我国3D打印行业的专业人才缺口超过千万，且需求还在不断攀升[4]。

我国3D打印产业所需人才按企业所处的行业层次可以分为三种类型[4]。第一类，产业链上游技术研发企业需要的研究型人才，主要从事3D打印技术研究和材料开发，这类高层次人才促进3D打印技术的提升，主要来自高校培养的相关专业硕、博士研究生；第二类，产业链中游设备开发企业需要的应用型人才，主要从事3D打印设备的生产研发，一般是机械制造领域和计算机软件编程人才，这类人才来自于研究型本科、应用型本科和高职院校；第三类，是产业链下游服务商需要的商业型人才，具备一定的工业设计、3D打印机操作、商品销售等能，提供3D打印服务等，这类人才一般来自于高职院校和中职学校3D打印技术相关专业。

3D打印技术三类人才的关系如图1所示。由图1分析出，职业教育培养3D打印应用型人才、商业型人才，主要服务于产业链的中游和下游，从事3D打印设备的生产、研发、销售、售后服务和3D打印商业化服务等工作。

（四）职业院校3D打印人才培养的现状

随着3D打印行业的快速发展，3D打印相关专业已成为市场热门专业，并且种类繁多。目前国内中职和高职院校都已开设3D打印类相关专业。根据最新修订的《普通高等学校高等职业教育（专科）专业目录（2015年）》，部分专业设有“3D打印”“增材制造技术”方向，如机械制造与自动化专业（增材制造技术方向）、航空材料精密成型技术专业（航空产品3D打印）等；而根据2010年修订的《中等职业学校专业目录》中，并未显示相关命名的专业。不过，随着3D打印专业人才的需求越来越多，部分中职院校已经设置了相关专业。[4]表1为高职和中职开设3D打印技术及相关专业统计表。

除此之外，大部分职业院校的相关专业都开设了《3D打印技术》课程。这些职业院校，为个性化定制、电子技术与计算机、模具设计与制造、机电设备制造与自动化、家具与玩具制造等3D人才需求量较大的行业培养和输送3D打印技术专门人才。

3D打印技术及其相关专业的核心能力包括产品的正向和逆向建模、3D打印设备的安装维护、3D打印设备的使用。目前职业教育中这三种核心能力分别在理论和实践教学模块中都有涉及，但是对本专业的教学模式、教学方法还处于探索阶段，缺乏按照工作过程将这些核心能力系统学习和训练的理实一体化的教学场景构建理念和配置方法。

（五）互联网环境下商业场景革命的借鉴

互联网出现之前，商场是陈列商品的场地，利用过境客流撮合商品买卖，其本质是交易场所。互联网出现之后，人与商品通过网络连接，仅作为交易场所的物理空间受到挑战和挤压，而商场的情感属性也会被激发出来。无论实物、信息、视频抑或图文，打动人心的场景成了商业的胜负手。新连接下，商品不再是传统的作为物的产品，而更多是发轫于场景的体验。商品的必需属性被大大降低，个体的“体验”成了新标准。

商场从场所到场景，回归了人性，成为商业增长新的引爆点。职业教育和经济社会息息相关，新的商业模式对职业教育的方向和内容有强烈的引导作用。成长于数字环境的学生，喜欢能够接受的往往不是实物的本身，而是事物所处的场景，以及场景中自己浸润的情感。职业院校传统的教学和实训场所，缺乏文化和温度，学生不愿意沉浸其中、流连忘返。3D打印作为新兴产业的典型代表，期盼着新的教学场景与之匹配。

三、基于产教融合的职业院校3D打印一体化教学场景的构建

（一）基于产教融合的3D打印技术

产教融合体现了职业教育跨界的特征，“产”泛指“产业、行业及企业”，“教”包含“教育”和“教学”等内容。产教融合，不是简单的结合，而是相互融合，相互渗透，体现了彼此关系紧密，相互影响，相互促进，并实现协同发展[7]。

产教融合是职业教育发展的必然要求。2014年，《国务院关于加快发展现代职业教育的决定》明确提出：“加深深化产教融合、校企合作，培养高素质劳动者和技能型人才”，首次在宏观层面上把深化产教融合作为职业教育发展的基本原则。2015年教育部《高等职业教育创新发展行动计划（2015-2018年）》以及《关于深化职业教育教学改革全面提高人才培养质量的若干意见》中，均提出“坚持产教融合、校企合作”的基本原则，并阐述高职院校通过“完善产教融合、协同育人机制”，培养高素质技术技能型人才。[8]“产教融合”已经成为高职教育未来改革和创新发展的重要方向。

珠三角地区是我国制造业中心，国内的3D打印产业珠三角地区占据了80%的份额，培养珠三角3D打印人才有重大的现实意义。为适应产业的发展，目前广东省有不少应用型本科、职业院校开设了3D打印技术或者相关专业。

产教融合的3D打印技术，指3D打印产业与3D打印技术及其相关专业教育的全过程深入融合，跨越产业与教育、企业与学校、工作与学习的疆域，实现“专业与产业、课程内容与职业标准、教学过程与生产过程、学历证书与职业资格证书、职业教育与终身学习”的对接。

（二）职业院校3D打印一体化教学场景构建理念

理实一体化教学场景是职业院校培养技能型人才的主要平台。广州双元科技有限公司是智能制造和智慧教育融合创新的积极践行者，在3D打印一体化教学场景构建上进行了以下的有益尝试。

1.实践环境真实场景化

一体化教学场景除了承担一般的专业认知教育外，还要注重在整体性项目中培养学生的综合职业能力，在实践性情境中培养学生的方法能力，在企业真实环境中培养学生的社会能力，在创造性工作中培养学生的创新能力[9]。

根据珠三角3D打印企业的生产实际，和职业教育人才在3D打印产业链中游和下游企业的职业岗位和工作任务，职业院校3D打印一体化教学场景配置时引入3D打印技术标准、质量意识、管理理念、安全文化，建设全真企业场景模式的3D打印教学环境。在真实的企业环境中学习和训练，让每一个学生都能成为合格的职业人。

2.场景功能多元化

除了真实的3D打印企业环境，还要深入贯彻产教融合理念，对职业院校3D打印每一个一体化教学场景模块都有明确的教学目标、艺术的教学环境、生动的立体课程、完善的师资培训、丰富的典型案例。遵循职业成长规律和教育规律，把3D打印的职业标准融入课程教学中，提高学生的职业能力和职业素养。

（三）职业院校3D打印一体化教学场景的配置方案

遵循职业能力进阶培养的教育规律，职业院校3D打印一體化教学场景化配置如下：针对制造类专业学生普及教育的“入门工坊”，包括3D打印体验中心和3D打印基础训练中心；针对3D打印技术专业核心能力和职业素质培养的3D打印“智造社区”，包括3D打印专业教室和3D打印云服务中心，在这里将引入企业真实的3D打印项目，使学生接触到3D打印技术的工业应用；针对3D打印技术专业学生创新创业能力培养的3D打印“创客驿站”，包括3D打印创客中心和3D打印梦想城镇，在这里将引入3D打印个性化订制服务，使学生接触到3D打印技术的商业模式。职业院校3D打印一体化教学场景化配置如图2。

1.3D打印体验中心

3D打印体验中心是一个对3D打印技术认知教育的实训室，目的是让学生了解3D打印技术的基本职业轮廓，完成从职业选择向职业工作世界的过渡，并建立职业认同感。在这里可以掌握3D打印基本原理、分类和应用等知识。主要是针对制造类专业3D打印技术认知和3D打印技术相关专业认识实习设置的，本实训室会把学习者领进一个神奇的世界，让他对3D打印技术产生浓厚的兴趣。

2.3D打印基础训练中心

3D打印基础训练中心是掌握3D打印基本操作技能的实训室。利用项目化教学手段（学中做），学生可以从中认识到工作的复杂与协作的重要性，从而能获得多方面能力的锻炼与提高。在3D打印基础训练中心，学生掌握正向和逆向三维建模技术、市场主流的3D打印设备软硬件基本操作、市场主流的3D打印设备的调试和日常维护等技能。

3D打印基础训练中心是3D打印技术专业基本技能训练室，也可以作为其他制造类专业3D打印技术课程的专业教室。

3.3D打印专业教室

《珠江三角洲地区改革发展规划纲要（2008-2020年）》提出了“到2020年，珠三角地区将形成以现代服务业和先进制造业为主的产业结构”的明确目标。从中可看出，3D打印技术是珠三角地区的区域经济发展的机遇[6]。3D打印产业在珠三角具有极大的市场。3D打印专业教室是体现专业与产业对接的实训室。根据不同职业院校3D打印技术专业对接的产业（如航空航天、汽车、机械、电子、电器、医学、建筑等），按照“项目引领产教深度融合的任务驱动”，利用对接产业的实际项目进行学习提升（做中学）。

4. 3D打印云服务中心

作为改革的领头羊，珠三角将大力发展3D打印产业纳入计划：广东省发改委出台相关政策支持3D打印的发展；广东省科技厅设立九大领域的重大科技专项，将增材制造列入其中；广东省应用型科技专项含有3D打印相关专题[10]。珠三角3D打印产业蓬勃发展。3D打印云服务中心是专业对接产业的窗口，是产教融合的最直接体现。从云平台下载企业订单，在本中心进行3D打印生产服务。

5.3D打印创客中心

“创客”教育，是以“创智”的学习和创造的方式实现个体理想的一种教育方式。职业院校的3D打印“创客”教育应该与李克强总理2015年在政府工作报告中提出的“大众创业，万众创新”联系在一起[11]，有利于把学校的3D打印科研成果转化为现实生产力。2017年8月，在佛山南海区举办的“创客中国”广东省创新创业大赛暨首届“创客广东”大赛决赛，Di Metal系列工业级金属3D打印机项目等进入全国赛入围名单[12]。这也为3D打印创客中心的建设注入了新的活力。

3D打印创客中心定位是以学生为主体，服务于学生创新实践和自主创业活动需求，也是一个STEAM教育场所，它是集创新教育、体验教育、项目学习等思想为一体的一个实训室。通过对职业素养的综合应用解决实际问题，同时培养综合性的3D打印人才。

6.3D打印梦想城镇

3D打印梦想城镇是培养3D打印商业性人才的实训室，培养学生3D打印技术市场推广能力，也是大学生创新创业教育的孵化基地。本实训室接收订单订制或者用户自己打印各种创新产品，让你的创意变成现实。3D打印梦想城镇旨在让更多的人接触、了解3D打印技术的魅力，普及和推广3D打印创新应用，让3D打印的个性化产品走进亿万家庭。

四、云课堂让3D打印教学更轻松

“云课堂”是基于云计算技术的一种高效、便捷、实时互动的教学课堂形式。它用互联网的思维重塑教育模式、内容、工具、方法。“云+移动终端”的全新教学体系，具有资源管理、资源共享、在线学习、在线考试、成绩管理、教学管控、教学互动、效果评估等功能，全面支持“翻转课堂”、“线上+线下”（O2O）、“3A”等创新教学模式，以及对教学过程的"闭环控制”和教学效果的“形成性评价”，使教学资源更生动、教学活动更丰富、教学管理更高效、效果评估更科学，实现教学资源、教学活动、教学评估的全面升级。3D打印作为新兴的专业，没有传统的教学思路和人事的束缚。从一开始就把3D打印的教学内容在云课堂上结构化、可视化；在场景化的教学环境里，通过微课、虚拟现实等教学工具，理论和实训相结合；课前、课中、课后师生三屏互动（PC、PAD、手机）的教学组织形式，极大地提高教学的效率、效果与规模。有效减轻老师的繁重的工作量，让老师轻松教，学生学得好。

五、结语

基于产教融合的职业院校3D打印一体化教学场景，集企业生产、教育教学、科技研发、技能提升、素质养成、经营管理与社会服务于一体，让学生坐在教育的驾驶席上，营造宜人的教学环境，充分利用互联网的教育技术，互动的教学体验，获得最大程度的教育价值。该场景配置方案在珠三角多个职业院校进行了实践应用和推广，取得了很好的效果。企业化的教学场景，把专业学习中的“授课”转化为工作中的“授业”；真实的3D打印生产，使得学生学到了“职业化”的专业技能；创客驿站的历练，培养出一批批创新创业的“生力军”。

该场景配置方案从实践角度探索了职业教育新兴专业一体化教学场景建设的新方法和新思路。

参考文献：

[1] 原红玲.快速制造技术及应用[M].北京：航空工业出版社，2015.

[2] Manufacturing： The Third Industrial Rrevolution[EB/OL].The Economist， 2012，4.http：//www.economist.com/node/21553017.

[3] 劉中明.3D打印：“中国制造”转型的“催化剂”[J].中国财经报，2013-8-20.

[4]前瞻产业研究院.我国3D打印行业与职业教育分析报告[EB/OL].http：//www.qianzhan.com/analyst/detail/463/160708-ab19ef1b.html.

[5]陈结龙.3D打印应用专业开设探讨[J].内燃机与配件，2017.04，P132-133.

[6]朱姝，王川.珠三角地区职业教育中正确应用3D打印技术的思路和意义[J].中国现代教育装备，2016.07，P36-39.

[7]珠三角3D打印占据全国八成市场，腾讯.大粤网.http：//gd.qq.com/a/20160714/016322.htm，2016-7-16.

[8]姜大源.2015，我眼中的职业教育的那些事[EB/OL].[2016-01-06].http：//toutiao.com/i6236721922105672194/.

[9]赵红军，吴益峰.论高职院校学生职业能力的养成-德国职业教育促成的启示[J].扬州教育学院学报，2014.09 P39-41.

[10]杨永强.珠三角3D 打印：未来成长可期[J].中国新闻出版广电报，2016-5-9.

[11 ]张洁.创客教育背景下高职学生创新创业能力培养研究[J].无锡商业职业技术学院学报，2017（08）.

[12] 首届“创客广东”大赛决赛在南海打响，在全省广泛挖掘创新创业“千里马”[N].佛山日报，2017 -8 -22 .

责任编辑朱守锂