3D 打印與創客文化的建設

宋鳳蓮，黃 亞，盛宗建

（武漢大學 大學生工程訓練與創新實踐中心，湖北 武漢 430072）

3D 打印是以三維CAD 模型直接驅動，通過離散堆積、逐層打印構造任意復雜形狀物體的技術，是實施創新型國家戰略的重要途徑。為適應社會對創新型人才的需求，以 3D 打印課程為創新教育載體，我校面向本科生開設了3D 打印課程，建設了3D 打印創享空間，面向全校學生開放，培養創新人才。

創客是一群努力將各種創意轉變成現實，用創新美化生活的人，以作品心、手藝人的精神、修行者的心態去創造。創客文化以創造、開放、共享為特征，其最大特點是彰顯個性，實現自我超越。創客文化體現的精神是首創與開源、協作與分享，注重團隊精神，強調將夢想變成現實。好奇心、團隊合作能力或集成思維能力是創客需具備的關鍵素質，專業知識、創新思維、內在驅動力是產生創新成果的三大要素[1-3]。

如圖1 所示，將自由思想、創新精神、工匠精神、協作與分享作為創客文化建設理念，以 3D 打印的基本理論與方法為根基，以 3D 打印設備及三維設計軟件為創客體驗的工具，以案例分析、作品選題、創意設計、3D 打印智造、作品研討與分享為主線，使學生了解3D 打印的內涵及發展中的瓶頸問題，掌握3D 建模技術與 3D 打印的基本方法，以小組為單位，培養團隊交流協作意識，并運用CDIO 模式，以構思、設計、實施及運行為主線，培養探索精神及科學素養，開展成果交流與分享，進行創客體驗，放飛創造思維。以培養具有“武大氣質”的創新人才為宗旨，激發學生創新激情，培養學生做夢、追夢、圓夢的探究精神及創新能力。

圖1 創客文化建設的理念、主線及根基

1 探索與實踐

1.1 創客文化氛圍的營造

2016—2018 年，我校大學生工程訓練與創新實踐中心與圖書館合作，每年主辦一次 3D 打印大賽，已成功舉辦三屆。命題自由，要求參賽作品為原創，能充分體驗 3D 打印技術的先進性與獨特性，作品設計包括外觀設計和功能設計。每個作品以 3D 打印實體模型提交，并配上簡要文字，表達創意設計理念。如我校 3D 打印大賽獲獎作品《始終》及《義肢》就彰顯了我校學生的人文情懷。

2016—2018 年，我校舉辦“三創”成果展，既有全國大學生科技創新大賽一等獎作品，又有學生課內外各類優秀作品，也有課內個性鮮明的3D 打印作品，同時通過現場展示當今最前沿、最主流的數字化制造設備，如激光加工設備、3D 打印設備等，激發學生好奇心。

1.2 以3D 打印為課程建設載體，創建多類別及多模式的創客導引與體驗課程

創客活動的一大特點是內容與形式的多樣性。多類別及多模式的創客導引課程設計方案如表1 所示，以課程建設為基礎，以 3D 打印課程為載體，面向全校本科生開設了多類別及多模式的創客導引課程，打破常規，培育學生的創新思維。在創新選題方面，以人為本，關注人的需求，引導學生關愛社會，節約資源，培養自然和諧健康可持續的價值觀；在創新技法方面，鼓勵學生采用開放思維法、仿生法、象征及類比法等[4-6]。為培養自然和諧健康的審美觀，將斐波那契系列數字 1、1、2、3、5、8、13、21、34、55……、黃金分割法引入創新設計中，引導學生熱愛大自然，培養學生敬畏自然，追求人與自然、作品與環境的和諧美。

表1 基于3D 打印的多類別及多模式的創客導引課程

課程考核采取自評、互評、教師評價相結合，多維度評價包括：（1）設計與創造能力；（2）批判思維能力；（3）與實際相結合的能力；（4）學科融合的能力；（5）溝通能力；（6）內在驅動力；（7）領導能力。如何溝通、協作，如何化解矛盾與沖突，如何傾聽、表達不同意見等對團隊合作非常重要；采用多維度評價更有助于提高團隊成員創新潛質。

課程實施方案設計主要包括作品擂臺賽、自主設計與制作、線上線下答疑及創新體驗報告等。在課堂擂臺環節，鼓勵學生勇于表達自己的觀點，拒絕盲從，培養自由精神與批判性思維，打破創新思維的束縛。如定勢效應、從眾心理、雷同效應、權威效應、經驗主義等，鼓勵好奇、質疑、試錯，推進創客文化的建設。

創客的核心是強調將想法變成現實，創造的過程就是學習的過程。以作品心、手藝人的精神、修行者的心態去創造，將工匠精神融入創客活動中。工匠精神有兩個基本特征：①專注。熱愛所做的事情，將名利置之度外。②嚴謹。精益求精，將所做的事情做到極致。具有工匠精神的創客是忘我的、快樂的，成果是可期的。

1.3 多元化協同培養，為“雙創”助力

建立多元化、網絡化的協同培養機制，形成多主體、多學科、多形式、多渠道的合作運行機制。校內協力培養，建立由多學科指導的運行機制。鼓勵不同學科的研究生及博士生參與創新活動指導。校外與企業、其他高校及研究機構協同創新，建立廣泛化的交流機制，為高校與企業之間、高校之間帶來廣泛的合作交流機會，為“雙創”助力。

我校與其他“985 工程”高校及企業合作編寫并出版了創新創業系列配套教材《3D 打印實訓教程》，作為3D 打印課程的必備配套教材。

1.4 開放式的實體空間與在線平臺

創客的核心是將想法變成現實，創客活動不可缺的元素就是 3D 成型制作的空間、成果展示、分享與交流空間。實體空間是技術、資源的分享地。課程組建立了在線平臺，鼓勵創客交流。為了鼓勵學生進行交流，不僅可以提供實體空間，還提供在線論壇這類虛擬空間，滿足學生的多元需求[7-9]。

在線平臺上，學生上傳自己的設計原型與他人交流，通過深層次的互動，設計者不斷受到啟發，原型不斷得到完善。通過構建在線平臺，能保證這些寶貴創意的保存和開放獲取。

課程的結束并不意味著學習行為的終止，開放模式培養了學生自主學習的習慣，后續在交流平臺中繼續分享經驗和資源。3D 打印課程體系的開放突出了以學生為本的創新人才培養理念[10-11]。

2 建設成效

2018 年，依托3D 打印創客空間，我校學生參加全國大學生各類科技創新大賽屢創佳績。在第十七屆全國大學生機器人競賽上，以“飛龍繡球”為主題，我校團隊榮獲一等獎、最佳策略獎；在第八屆全國大學生機械創新設計大賽上，慧魚組競賽作品《梳齒式風光互補式綠色立體停車庫》獲一等獎；在2018 RoboCup機器人世界杯中國賽上，我校團隊獲一等獎。

3 結語

我校已逐步形成具有綜合性、研究型大學特色的創新創業教育體系，已入選全國首批高校實踐育人創新創業基地、全國創新創業典型經驗高校、全國“雙創”示范基地。通過加強學生自主學習探究能力、實踐創新能力、協作能力等的培養，使學生成為具有多學科知識背景和多視角思維模式的創新人才。3D 打印與創客文化的建設將會大力促進我校的“雙創”教育，將進一步營造創客氛圍，傳播創客精神，使更多的學生受益。