介于3D打印技术与产品设计专业教学之间的技能型知识结构模型设计

李晓辉 张春庆

（兰州财经大学陇桥学院，甘肃 兰州 730101）

2015年8 月，国务院印发了《中国制造2025》[1]，这份被认为是中国“工业4.0”的发展纲要多达六次提及以制造业和新兴技术为代表的3D打印技术，这不仅是国家战略，更是对我国制造业新形势下面临的机遇与挑战的思考。3D打印技术的研发与应用离不开高新技术人才的培养与助推，人力资源对这一关进技术的支撑作用显而易见。分析3D打印的属性及其涉及的知识领域，其与产品设计专业教学内容高度相关，且技术行为相融。特别是2011年设计学升格为一级学科之后，产品设计（专业代码130504）成为独立的本科专业，研究的内容更加具体和突出。产品设计专业人才培养不仅要求掌握工业设计的一般性知识，更要求掌握艺术设计的视觉审美与效果呈现的基本技能。产品设计不仅包括了制作工艺，还包括材料科学与机械构造的知识单元，其与3D打印技术密切相关。如图1所示，全球首家3D打印的别墅落户苏州工业园区，材料和工艺都基于3D打印，外墙的水泥机理自然而富有生态感。3D打印技术介入产品设计人才培养，使两者的融合与创新应运而生，也使产品设计专业人才培养的内涵有了技术支撑。

图1 国内某企业首创的3D打印别墅落户苏州工业园区

1 3D打印技术的介入提升了产品设计专业教学的技术内涵

作为先进生产力的代表，3D打印技术对于以技术制造为特征、设计创新应用为代表的技能型人才培养构成了巨大挑战和机遇，应用型本科院校不断展开人才培养与技术融合的新工科人才培养路径的探索，为产品设计专业“艺工结合”的人才培养模式开启了新的领域。3D打印技术介入产品设计专业教学的行为，提升了专业人才培养的技术性特点，强化了人才培养的技术要求，突出了专业人才的技术应用价值，开拓了研究视域。这种以技术为支撑的全方位匹配的人才培养体系设计对高新技术介入本科人才培养有一定的示范价值。

2 介于3D打印技术与产品设计专业之间的教学模型设计

融合3D打印技术与产品设计专业教学的模型设计需要有知识内容的奠基作用，需要有工程实训作为专业素养拓展以及技术提升的渠道，需要有校企合作作为技术共享和验证的平台；作为突破的路径，需要有创新创业作为引领示范，需要建立高新技术产业联盟作为技术革新的前沿技术引导。3D打印技术除了直接应用于高等教育教学之外，还带来教学方式、教学内容、教学模式等方面的创新[2]，教学模型设计使技术优势转化为生产力有了依托。

3D打印技术与产品设计专业之间的技能型知识结构模型涉及课程体系改革、工程实训（实践）与项目化实战、校企合作联合培养、创新创业与职业技能训练、建立3D打印高新技术产业联盟等五个独立单元以及相互联系的模块设计。

2.1 优化课程体系设计，突出高新技术人才培养特点

3D打印高新技术技能型人才的培养需要以培养方案为切入点，优化3D打印的课程体系与关联课程的顺序；实训环节设计中，结合大学生创新创业训练、项目化实战、3D打印信息化平台、创客平台等，以人才培养规范的形式科学设立综合素质拓展与提升的学分模块；结合《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》（2016版），优化课程设置的模块与课时量分配，特别是理论与实训课时分配；在课程实践和实训环节设计中融合职业环境体验、项目教学实训、实验室教学等于一体，强化实训的“地气”；在评价单元中可以采用更加优化的评价体系，将人才的职业能力作为主要的考核对象，鼓励人才在校期间的创新意识和创新能力。

图2 3D打印技术与产品设计专业之间的技能型知识结构模型

2.2 工程实训（实践）与项目化实战结合

工程实践与项目化实战是解决人才培养中缺乏实践能力的重要手段。通过师生共同参与并完成一个实训项目或横向课题，在此过程中学生掌握必备的专业技能，并以情景化、职业化的角色进入到整个项目设计与应用当中去，达到提升实训效果的目的。参加项目化实战是人才实践能力提升的重要途径，每年的大学生产品设计大赛、工程训练竞赛、产品创新与快速成型大赛、大学生创新实践等都设置了3D打印环节[3]，是项目化实战的重要机遇，通过参与竞赛项目，提升设计成果的水平与转化的能力，为后期专业学习与技能训练发挥了很好导向作用。

2.3 校企合作联合培养

受制于3D打印高新技术迭代参与的主体性影响，新技术基本都掌握在校外的企业和科研院所手中，而学校对于新技术的吸收和消化需要一个过程，特别是技术壁垒与技术革新的排他性，学校对技术的引进和吸收相对滞后。新技术的探索是学校和企业在知识更新层面与实践中双向反馈、合作共赢的一个工作，知识体系有需要通过实践验证的需要，在这个过程中，校企合作联合培养能有效提高学生解决工程问题的能力，缩短理论教学与实践之间的差距，为复合型人才的培养夯实基础[4]；同时，高校高新技术人才的培养以及向企业的输送，亦可以为企业的发展注入新的活力和动力，达到双方双赢的目的。在这一方面，国内院校注重校企联合建立3D打印学院并开展人才培养。如湖南工业职业技术学院依托省级精品专业，强化校企合作，共建国家级科创平台，对提升人才培养的内涵与质量迈出重要一步，也做好了高质量技术型人才输出的准备。

2.4 创新创业与职业技能训练

创新创业与职业技能训练的最终目的是为学生的成功创业与就业提供技术和能力支持。在此过程中，创新创业与职业技能训练能够拓宽学生的知识视野，为学生思维的转变、理论认识的提高以及角色的转变和互换打下扎实的基础。创客空间对激发学生创新创业意识和能力训练意义重大，学生完成竞赛后，鼓励学生将成果转化为创业构想，通过申报专利、参加创业竞赛、注册公司等方式，增强学生知识转化能力[5]。以3D打印为创客平台构建起充满活力的创客空间，以激发学生的创新思维，培养创造能力以及协同合作能力为主要的突破口[2]。3D打印进入创新创业与职业技能训练是一项非常具体和操作性强的工作，能够从学生的职业技能提升、职业素养培育以及实践应用能力方面打开一个缺口，为技术型人才的培养奠定扎实的基础。随着技术进步，3D打印技术创客在国外高等教育领域已经成为创新型复合人才培养的加速器[6]。

由图3可见，融合课程学习与创新创业实践的3D打印创客平台管理体系，集成了总体方案设计、技能学习、构建共赢平台、创新创业及示范应用，对每个模块都进行了规范性的要求，并导入3D打印技术以及入驻孵化制度，集合平台建设、资源建设、高新技术融合以及成果转移与效果评估和反馈体系设计，四个阶段综合构成了完整的平台管理体系，内容完善且实施度较高。

图3 融合课程学习与创新创业实践的3D打印创客平台管理体系

2.5 建立3D打印高新技术产业联盟，强化资源共享与技术革新

当前，高校对于高新技术革新所做出的反应比较“迟钝”是不争的事实。构建以“技术应用中心+战略合作企业联盟”为核心的育人平台是目前职业院校3D打印技术人才培养的典型手法[7]。区域内建立3D打印高新技术产业联盟，并吸收高等院校的加入，最大的优势在于实现信息和技术的共享，同时，高校对于技术革新也能从根本上做出及时反馈，并触发人才培养的连锁效应；高等院校高新技术人才的培养，对于产业联盟技术革新也可起到人才助推作用，在这个过程中建立的包含学校、学生、企业的资源共享平台对于三者利益的优化和配置，对强化人才助力技术革新大有裨益。不管是对高技能人才培养的激励机制，还是对职业院校的激励机制，抑或是对企业的激励机制，市场需求是落脚点[8]。高新技术技能型人才的培养往往由于培养周期长、培养标准高以及人才自身的流动性较大，因此具有较高的技能投资风险[8]。考虑到这一现实，通过产业联盟建立行业约束机制势在必行，这也是联盟建立的制度保障。高新技术产业联盟的建立使高校有了接触最新技术的机会，而高等院校高新技术人才的培养对企业发展也起到人才支撑作用，这种双向的促发力进一步加快了3D打印技术的革新速度。

3 结论与展望

高等院校3D打印高新技术人才的培养不仅要有科学严格的教学、训练体系，更要有创新创业项目孵化、创客引领作为突破。校企合作联合培养使人才朝着接地气和有活力的方向发展，建立3D打印高新技术产业联盟，强化资源共享与技术革新，使人才创新具有了内生动力与促发力。这种全方位融合3D打印技术与产品设计专业人才培养的结构性模型设计与模块优化，对高新技术技能型人才培养的实践意义深远。