3D打印技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)思考

一、我國(guó)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)過程中存在的突出問題。

提高自主創(chuàng)新能力、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家必須依靠創(chuàng)新型人才。從一定意義上說，創(chuàng)新型人才正以前所未有的時(shí)代需求承載著推進(jìn)國(guó)家自主創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的歷史使命。但目前我國(guó)在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)過程中仍存在一些突出問題。

（一）重理論教學(xué)輕實(shí)踐探索。

我國(guó)學(xué)校教育大多以理論教學(xué)為主體，實(shí)踐教學(xué)只是陪襯或者應(yīng)付，而且多數(shù)實(shí)驗(yàn)安排僅僅是對(duì)課本理論的簡(jiǎn)單驗(yàn)證，缺少綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的設(shè)置，不利于學(xué)生將專業(yè)理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐探索，不利于增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，也導(dǎo)致“學(xué)不以致用”的現(xiàn)象產(chǎn)生。

（二）重知識(shí)灌輸輕能力培養(yǎng)。

教師授課偏重知識(shí)灌輸而忽略能力培養(yǎng)，不能適應(yīng)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)要求。教師在教學(xué)中普遍實(shí)施的是注入式講授教學(xué)法，教學(xué)模式僵化，教學(xué)過程以教師語言灌輸為主，學(xué)生只是被動(dòng)的接受知識(shí)，這種教學(xué)模式的普遍存在不利于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思維能力，更談不上創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

(三)重專業(yè)教育輕綜合教育。

受傳統(tǒng)應(yīng)試教育影響，我國(guó)大中小學(xué)學(xué)生普遍重視重點(diǎn)知識(shí)和必考內(nèi)容的學(xué)習(xí)，而忽視“非重點(diǎn)”知識(shí)的重要性，對(duì)一些課外知識(shí)，更是沒有精力也沒有興趣專研，很難形成豐富的知識(shí)儲(chǔ)備。在教學(xué)中課程“各自為政”的現(xiàn)象嚴(yán)重，每門課程自成體系，缺乏學(xué)科間的交叉融合，不能為創(chuàng)新奠定基石。

二、XD打印技術(shù)應(yīng)用于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的科學(xué)性。

創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的最好場(chǎng)合和手段是日常教學(xué)活動(dòng)，如何有效利用有限的課堂教學(xué)時(shí)間培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是值得教育工作者重視的問題。XD打印技術(shù)為現(xiàn)代教學(xué)提供了新的媒體形式，有助于開創(chuàng)新的教學(xué)活動(dòng)方式。情境學(xué)習(xí)理論、“經(jīng)驗(yàn)之塔”理論等都可以作為XD打印技術(shù)應(yīng)用于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)。

（一）情境學(xué)習(xí)理論。

情境學(xué)習(xí)理論是當(dāng)代西方學(xué)習(xí)理論領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。情境學(xué)習(xí)理論認(rèn)為學(xué)習(xí)過程不是傳輸?shù)倪^程，也不是接受的過程。學(xué)習(xí)是包括互動(dòng)的意圖——行動(dòng)——反思活動(dòng)的實(shí)踐。XD打印技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)活動(dòng)可以為師生提供充足的互動(dòng)空間，通過分配教學(xué)模型、設(shè)計(jì)任務(wù)調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者的參與積極性，在具體設(shè)計(jì)過程中不斷商討、優(yōu)化方案形成良好互動(dòng)氛圍，最終利用XD打印機(jī)制作模型進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過程的深刻反思。教師從知識(shí)權(quán)威轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的促進(jìn)者，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者應(yīng)用習(xí)得的知識(shí)來解決“現(xiàn)實(shí)”問題。情境學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)知與行的交互性，認(rèn)為知識(shí)寓于情境之中，學(xué)習(xí)者需親臨其境、參與實(shí)踐去獲得知識(shí)。將XD打印技術(shù)用于教學(xué)活動(dòng)，學(xué)習(xí)者可通過參與實(shí)踐活動(dòng)，與已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)建立聯(lián)系，深化知識(shí)和意義。

（二）經(jīng)驗(yàn)之塔。

“經(jīng)驗(yàn)之塔”是由美國(guó)視聽教育家戴爾在《教學(xué)中的視聽方法》中提出的，該理論把學(xué)習(xí)內(nèi)容劃分為三個(gè)大類的經(jīng)驗(yàn)：做的經(jīng)驗(yàn)、觀察的經(jīng)驗(yàn)和抽象的經(jīng)驗(yàn)。

XD打印技術(shù)能夠?qū)⑽矬w從虛擬的數(shù)字模型直接制造出三維實(shí)體產(chǎn)品，真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造一體化。學(xué)習(xí)者可以利用所學(xué)知識(shí)自己嘗試設(shè)計(jì)、制作XD打印機(jī)或者創(chuàng)意產(chǎn)品，將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用在實(shí)踐中，學(xué)習(xí)者在這種真實(shí)環(huán)境中獲得感性認(rèn)識(shí)，可以通過直接感知獲得具體“做的經(jīng)驗(yàn)”。

利用XD打印機(jī)可將任何有益教學(xué)的模型打印出來，學(xué)習(xí)者可通過對(duì)實(shí)物模型的觀察加深對(duì)知識(shí)的理解，獲得深刻的認(rèn)知體驗(yàn)。例如：機(jī)械工程系在課堂上給學(xué)習(xí)者展示XD打印的球齒輪、人字齒輪、差速器等教具模型，可進(jìn)一步增強(qiáng)與學(xué)習(xí)者的實(shí)時(shí)互動(dòng)，促進(jìn)學(xué)習(xí)者深度參與教學(xué)環(huán)節(jié)，有利于教學(xué)效果的實(shí)現(xiàn)。在桌面XD打印機(jī)巨頭MakerBot舉辦的數(shù)學(xué)工具模型大賽上，愛好者制作了各類創(chuàng)意教具，并用XD打印機(jī)將創(chuàng)意立體化為三維實(shí)物，提高了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)獲得了“觀察的經(jīng)驗(yàn)”。

XD打印技術(shù)可激發(fā)學(xué)習(xí)者對(duì)某些科學(xué)過程或現(xiàn)象進(jìn)行可視化展現(xiàn)，促進(jìn)學(xué)習(xí)者進(jìn)行自主探究和更深入地理解抽象知識(shí)，便于學(xué)習(xí)者進(jìn)行科技發(fā)明或創(chuàng)新制作，能為學(xué)生創(chuàng)新制作提供一種更加高效的形式，使學(xué)習(xí)者獲得更多的認(rèn)知體驗(yàn)，提高思維能力。例如學(xué)習(xí)者的許多創(chuàng)意想法不必再局限于傳統(tǒng)加工方法，XD打印機(jī)可以快速將學(xué)習(xí)者的各類抽象設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w實(shí)物，這將大大增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新體驗(yàn)，幫助學(xué)習(xí)者更好地獲得“抽象的經(jīng)驗(yàn)”。

（三）XD打印技術(shù)應(yīng)用于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的具體實(shí)踐。

XD打印在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用已受到研究者的關(guān)注，一些國(guó)家和組織也開始對(duì)XD打印的教育應(yīng)用進(jìn)行探索。MakebotAcademy計(jì)劃讓全美的學(xué)校擁有XD打印機(jī)，以此來推動(dòng)STEM教育。英國(guó)教育部門發(fā)起了XD打印技術(shù)教學(xué)試驗(yàn)項(xiàng)目，以X所學(xué)校為試點(diǎn)，幫助學(xué)生從實(shí)用的角度來理解數(shù)學(xué)和科學(xué)，試驗(yàn)獲得成功后，該部門繼續(xù)捐贈(zèng)X萬英磅希望將XD打印技術(shù)引進(jìn)更多學(xué)校。澳大利亞維多利亞州政府聯(lián)合墨爾本大學(xué)在X年推出了QuantumVictoria（QA）項(xiàng)目，以此培訓(xùn)學(xué)生的科技理工素養(yǎng)。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省(METI)決定選擇一些大學(xué)和技術(shù)學(xué)校進(jìn)行資助，所引進(jìn)XD打印技術(shù)和設(shè)備費(fèi)用的三分之二可得到政府的財(cái)政補(bǔ)貼，并計(jì)劃在X年將該政策推廣到中小學(xué)。韓國(guó)科學(xué)和教育部門計(jì)劃將XD打印內(nèi)容加入到高中和大學(xué)的軟件課程里，讓參與計(jì)劃的學(xué)校，探索使用這種技術(shù)的潛在好處和挑戰(zhàn)。

XD打印技術(shù)在我國(guó)教育領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于起步階段，但已引起部分地區(qū)的重視，X年X月浙江省經(jīng)信委聯(lián)合省內(nèi)多家企業(yè)向X所學(xué)校捐贈(zèng)了XD打印機(jī)，用于對(duì)該技術(shù)的普及教育。成都錦江區(qū)擬建全國(guó)首個(gè)XD打印教育示范區(qū)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手實(shí)踐能力。中國(guó)XD打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟也正在和地方政府合作XD打印進(jìn)校園事項(xiàng)，計(jì)劃兩年至少采購(gòu)X臺(tái)桌面機(jī)。同時(shí)，青島、上海、蘇州等多地的部分中小學(xué)也引進(jìn)了XD打印設(shè)備，用以提高學(xué)生的探索精神。X年X月，國(guó)家工信部出臺(tái)《國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（X-X年）》指出，要加快XD打印技術(shù)在創(chuàng)新教育中的應(yīng)用。

（四）對(duì)XD打印技術(shù)應(yīng)用于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的思考。

當(dāng)今社會(huì)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，對(duì)人才知識(shí)形式的要求發(fā)生了劇烈變化，從傳統(tǒng)的單一知識(shí)形式轉(zhuǎn)變?yōu)槎囝I(lǐng)域知識(shí)融合的形式。而XD打印技術(shù)正是一種集多領(lǐng)域知識(shí)于一體的技術(shù)形式，將XD打印技術(shù)應(yīng)用在教育中就會(huì)促使學(xué)習(xí)者加強(qiáng)多領(lǐng)域知識(shí)的學(xué)習(xí)與融合，契合當(dāng)今社會(huì)對(duì)綜合型人才的需求。

教育的目的不是單純傳授知識(shí)，而更應(yīng)該注重能力和素質(zhì)的培養(yǎng)，特別是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。以前那種重知識(shí)灌輸輕能力培養(yǎng)、重理論教學(xué)輕實(shí)踐探索、重專業(yè)教育輕綜合教育的方式已不能滿足社會(huì)對(duì)創(chuàng)新型人才要求。XD打印技能為學(xué)生的創(chuàng)新制作提供一種更加高效的形式，將極大促進(jìn)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。