增材制造技術在海南省中職教育領域中的應用研究

余水晶

【摘要】增材制造技術首次出現在20世紀80年代中期，是一種通過加熱基于數字模型的可黏合材料，逐層呈現對象的技術。如今，增材制造技術已經廣泛應用于建筑、醫療、服裝、工業設計等領域，并逐步進入課堂。中等職業學校增材制造技術課程的建設，不僅豐富了中等職業創新教育的課程體系，而且培養了學生整體創新思維和能力，促進了中職教學質量的提高。基于此，本文簡述了海南省中職教育發展現狀和特點，探討海南中職教育增材制造技術教學的現狀以及存在的問題，最后針對海南中職教育增材制造技術在教學中的進一步應用進行深入分析，供相關學者參考借鑒。

【關鍵詞】3D打印;增材制造技術;中職教育;實際應用

如今，增材制造技術已成為現代社會的焦點，被看作是工業領域的重要科技突破，并有望帶來“第三次工業革命”。增材制造技術在各行各業中的應用已得到研究者的廣泛關注，但在職業教育領域，特別是中職教育，未得到大面積推廣。海南省“十三五”規劃方案提出堅持低碳、高技術的發展方向，著力發展新能源汽車制造、新型網絡化制造等低碳智能制造業。增材制造技術在海南省政府堅持低碳、高技術的發展方向引領下，必將有更廣闊的發展空間和發展機遇。

一、增材制造技術

1.增材制造技術概念

增材制造技術（Additive Manufacturing AM），又稱3D打印技術，是依據三維模型，運用相應的材料，通過程序控制將材料逐層堆積粘接起來，快速制造出產品的成型技術[1]。與傳統的制造（減材加工）方法不同，以其獨特的工藝，把設計的三維物體分成無數個二維層片，逐層堆積起來，從而實現產品的快速制造。如圖一所示，它是一種綜合性、交叉性的制造技術，于20世紀80年代初出現在美國。增材制造綜合運用材料科學與工程、激光、計算機、精密傳動與數控、粉末冶金等現代與傳統技術，實現零件或產品原型的直接快速制造，為產品創新設計和快速制造提供新的技術手段，可以大幅度加快開發周期，降低試制成本。隨著經濟全球化，產品開發周期和成本是制約產品早日上市和贏得市場份額的最突出因素。到目前為止，增材制造是滿足這種市場需求最理想的技術方法。

2.增材制造技術的特征

（1）增材制造技術特別適合于傳統技術不能處理的、極為復雜的幾何構造。它不但能夠生產復雜型的超大中型零部件，還能夠生產一些非常復雜的中小型零部件。

（2）增材制造技術非常適合用于小批量復雜零件、備件及個性化產品設計的快速生產制造。對小批量、外形特別復雜的工件，可以省略中間環節。與我國傳統工藝以及其他生產技術比較，直接生產終端部件有著更突出的成本優勢。

（3）增材制造技術可使設計師將設計思路迅速轉變為三維空間設計實體，進而為零部件設計原型、組裝、功能測試、設計檢驗與糾錯等提供更高效的三維空間優化與設計手段，從而推動相關產品的創新與優化。

（4）增材制造技術不需要傳統的機械工具、夾具、模具等工裝，就能夠在同一個裝置上迅速、精確地制造任何復雜形式的汽車零部件，進而達到零部件的“自由制造”，從而簡化制造過程，降低工藝，大大減少了制造時間。

（5）增材制造技術可以適應航空兵器等高端裝備研發中低成本、縮短周期的需求。據統計，國內大中型飛機上鈦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產技術，可以節約金屬材料的三分之二以上，而數控整機工藝時間也可以縮短50%以上。

總的來說，和傳統的切削加工等制造方法比較，增材制造無需對物體進行切削，可以直接出成品，縮短設計樣品的制造周期。同時，減少材料的消耗，大大降低產品成本，使得設計者能夠更充分地按照實現產品設計功能的需求進行產品設計工作，而不用考慮因造型設計繁瑣、生產困難帶來的局限。

二、海南省中職教育現狀

近年來，海南省政府高度重視中等職業教育發展，把它作為一項基本民生工程，重點扶持、重點發展，對中等職業教育的整體投入不斷增加，規模不斷擴大，發展十分迅速，特色十分明顯，經濟效益和社會效益良好。同時，職業教育的影響力也在同步提升，整個社會對職業教育的接受度也越來越高[2]。海南省中等職業教育具有其鮮明特點。

一是大量投資。海南省政府財政對中職教育的投入持續穩定。首先省財政對中等職業學校總投入持續增長。其次，建立了海南省中職院校生均撥款制度，且生均撥款額在逐年提高。穩定的投入，為海南中職教育的發展提供了穩定的財政保障，從而奠定了堅實的發展基礎。

二是迅猛發展。近年來，海南省政府重點支持，優先發展中等職業教育，把中等職業教育作為民生重點工程來推進，中等職業教育實現了跨越式發展。公辦中職學校專任教師隊伍基本穩定，基本滿足教育教學需求，通過繼續教育培訓，擴招高質量教師隊伍，教師素質得到了提高，保證了中職教育的教學質量。“十三五”期間，中等職業學校招生規模逐年擴大，學生素質不斷提高，另外，開展職業教育資源優化整合，中等職業學校教學資源不斷在優化。

三是特色鮮明。從現實的角度來看，海南中等職業教育體現出自身的特點，主要體現在“新三階段”“訂單式”“集體化”“村官班”等教育模式上。其中，“新三階段”教育模式已成為海南省“十大民生工程”的亮點之一，作為中等職業教育創新模式面向全國推廣。另外，為傳承海南民族文化特色，還開設“花梨木雕刻技藝”“黎族織錦技藝”“貝雕技藝”“紅木雕刻技藝”和“黎族剪紙技藝”等特色專業。

三、海南中職教育增材制造技術教學現狀

1.教學體系不完善，師資力量不夠強大

中職院校的增材制造專業教師應具有很強的專業理論知識與實踐能力，但海南中職院校卻缺少在實踐上具有豐富經驗的增材制造專業老師，缺少實際從業經驗。其次，師資是學校教育的主導支柱，其思想認識能力和水平直接影響著增材制造技術人才轉型的培養。如果中職院校教師沒有正確的增材制造技術實踐經驗的引導，一系列相關的教學內容可能會變得低效。因此，關于中職院校增材制造技術專業教學中實踐教學系統改進，最重要的內容之一就是變革和改進增材制造技術教學思維模式。一些中職學校缺少改革創新理念意識，在教學方式開展上沖勁不夠，而且沒有對社會教學物資進行合理使用，束縛了實踐教學系統改進效果。

很多的中職院校忽略了對教師實踐培養的策略，在時間、組織力度、組織經費上沒有對應的安排。對于教師離開學校到企業學習沒有足夠的保障，教師的考核與收入依舊還是按照上課課時分配，對教師的職稱評審依舊停留在學術論文的數量以及層次上，缺少對相關增材制造技術實踐知識的培養。因此，課程安排不科學，教學體系不完善，阻礙增材制造技術人才轉型的順利進行。

2.理論教學與實踐教學比例失衡

增材制造專業是一門不僅需要技術同時也需要實踐的項目。想要將增材制造技術學好，需要的不僅僅是理論知識，更加需要去實踐，將自己所學到的技術一一去踐行。如今，中職院校里增材制造專業的教學方式還是傳統的以班教學，讓授課老師傳授理論上的知識，缺少與時俱進的增材制造專業教學手段，無法將科學的增材制造專業教學案例運用到實際教學當中，出去實踐的機會也是少之甚少。在大多數的中職院校，問題討論被老師講授所替代，動手實踐也被簡單的實驗項目所取代。

3.增材制造技術人才培養目標不明確

中職院校增材制造技術教學的主要目的是培養社會上增材制造技術專業技術人才，培養學生的創新意識和實際動手能力，解決更多中職學生的就業選擇問題。然而，海南很多中職學校并未對市場需求進行調研，不了解社會及相關企業對增材制造技術人才的需求情況，這直接導致培養目標和實際需求兩極分化，使得學生就業更加困難，不能保證學生的就業率。中職院校的培養目標應該是培養中低水平的技術服務型人才，因此學校應該注重培養增材制造技術學生的實際操作能力。

四、增材制造技術在海南中職教育的應用分析

1.擴大知識覆蓋面，拓寬就業渠道

增材制造技術被看作是工業領域的重要科技突破，認為是“第三次工業革命”的重要技術之一。可用于珠寶設計、建筑工程、航空航天、醫療行業、教育行業、GIS、機械工程等領域[3]。

2.教學模式革新，便于中職學生理解抽象知識

增材制造技術易于將抽象的設計快速物化，變為現實，這極為方便對教學、設計進行分析論證，同時也方便學生直觀學習。海南中職學生普遍基礎較差，專業課中有些知識過于抽象，不易理解，教師可以利用增材制造技術，根據實際授課需要，打印出所需的實物模型，將不易理解的抽象理論知識轉化為具體的、可視化的實物模型，最終呈現在課堂上，中職學生便可以輕易理解這些抽象知識，形成交互式教學模式。對于中職院校學生來說，理解一個抽象的知識點，可視化的實物模型勝過教師或書本上成千上萬條的語言描述[4]。

3.豐富課堂，提高學生學習興趣

在海南的中職學校，很多學生缺乏學習興趣，特別是一些比較抽象化的專業課程。增材制造技術能將抽象的設計快速物化，變為現實。教師可以打印出與教學相關的教具或作品，使學習變得生動有趣。在一些乏味的課堂中融入增材制造技術，讓學生積極主動參與到課堂教學中，從而大大激發學生對知識獲取的興趣，提高學習的效率[5]。與此同時，學生對設計理念有了新的看法與轉變，他們采用增材制造技術可以讓零件、模型、作品更加生動和形象，這也極大的激發學生的學習興趣。同時，教學過程中，要求學生之間的相互協作來完成制作的過程，培養了學生的團隊意識，也能提高學生的學習興趣。所以，在海南中職教育中引入增材制造技術來輔助教學，能使學生積極主動參與到教學活動中，豐富課堂活動，提高學生學習興趣，培養學生的實際動手能力與創造力，利于學生的協作能力的發展。

4.培養教師及學生的創新意識

近年來，隨著增材制造技術在教育領域的廣泛應用，一些學者提出了增材制造技術輔助創新教育的理念。增材制造技術能利用3D打印機將抽象的設計快速物化，變為現實。利用這一特性，一方面，教師可以用增材制造技術對教學模式進行創新與優化，使其符合學生的學習需求，也能培養教師的創新性;另一方面，教師可以借助增材制造技術，根據中職學生的現狀對教學方案進行設計，積極正確地引導學生，開展有效的教學活動，讓學生主動地參與到教學中，培養學生的創新思維能力。因此，在海南省中職教育領域中，應用增材制造技術進行輔助教學，對教師提出了更高的要求，需要從教學模式、技術等方面進行創新，同時，激發學生的學習興趣，使學生自主地參與到教學中，提高學生的創造性思維能力以及動手解決問題的能力。

五、結語

從增材制造技術的發展來看，由于技術的不斷改進以及使用的便捷，增材制造技術越來越受到制造業的青睞。在未來，它將成為解決設計和成型問題的重要途徑。無論是素質教育發展的需要，創新教育的自身價值體現，還是海南中職學生自身整體素質的提高，增材制造技術都應該作為一門專業技術課在海南中職學校進行教學，從而激發學生的學習興趣，促進中職學生創新能力的提高，為社會提供更多優秀的應用型人才。

【參考文獻】

[1]王廣春.增材制造技術及應用實例[M].北京：機械工業出版社，2014：1-13.

[2]林崗.堅持投入，提高質量，海南省中等職業教育實現跨越式發展[J].新教育，2017（4）.

[3]敬石開.“中國制造2025”與職業教育[J].中國職業技術教育，2015（21）.

[4]高玉忠.3D打印技術在技工院校教學中應用的研究[J].職業，2019（3）.

[5]何裕瓊.職業教育中3D打印技術教學的實踐研究[J].中國多媒體與網絡教學學報，2019（3）.

【基金項目】本文系海南省教育科學規劃課題：海南中職教育增材制造技術人才培養研究（課題編號：QJY20191054）。