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3D打印走进教育领域,是时候了!

发布人:3D打印商情

责任编辑:激光制造商情

来源:3D打印商情

2016-12-22 09:33

    在刚过去的11月份,3D打印巨头Makerbot做了一个决定,不再将家庭消费领域列为最主要的目标市场,将更多资源向着专业和教育领域发力。这意味着人们所期待的3D打印“飞入寻常百姓家”进行的并不顺利,3D打印产业开始重新定位目标市场。

    感觉里,Makerbot做出这个决定的时间还是稍晚了一些。近两年关于3D打印技术在教育领域运用的新闻很多,我国很多3D打印生产商早就察觉到这一商机并开展教育市场的开发了,像极光尔沃去年便成立了教育服务事业部,针对不同年龄阶段学生的特点开发了相应的3D打印培育课程,并设立了不同的配套方案,致力于为高校、中小学校学生全面而个性化的3D打印教育服务。而这两年,参加各种教育展的3D打印企业也多了起来,仿佛大家都嗅到了教育市场这块巨型蛋糕的香味。

3D打印教育市场有多大?

    3D打印历经30多年的发展,已经进入了快速发展期。环保、零库存、创新等优势使3D打印技术广受欢迎。与3D打印技术发展对应的是,教育也被提上了重要的日程,开发3D打印教育成为能否将3D打印技术潜力运用到极致的前提。 

    美国的America Makes更将3D打印的知识普及战略范围定为全社会,包括从一年级到研究生教育,从企业普通员工到CEO,从家庭主妇到制造商。3D打印将在制造业中的应用越来越广泛,3D打印将变成强制性教育的一部分,学校不能错过它,否则,他们将无法正确地为社会需求准备好他们的学生。

 

3D打印机走进校园广受学生欢迎

    那么,3D打印在教育领域的市场到底有多大?现在还没有确切的相关统计数据,《3D打印商情》给大家提供两个数据,这两个数据大概可以从侧面说明这市场有多大:一个数据是从2014到2016年,1万美元以下的桌面型3D打印机销量呈现逐年增长的态势,从49.2%窜升到现在的近80%,无论这些桌面3D打印机销往什么行业,这个增幅无疑是巨大的;另一个数据是,2015年我国教育经费总投入为3.6万亿元,占GDP的4.26%,比上年增长10.13%。有消息称,我国教育经费总投入在未来有望逐步提高到世界平均水平,即占GDP的7%左右。那么,提前布局占领这个庞大的市场就成为3D打印生产商的必然选择。

    有教育专家认为,在当前阶段,把3D打印的市场方向定位于专业和教育领域是十分明智的。其实早在2014年初,原国家航空航天部林宗棠部长便向中央写报告建议3D打印技术要从娃娃抓起,在全国青少年中播种十万颗3D打印创新种子。随后,“3D打印创新教育播种”计划被国务院及相关部委批准立项。

    当时林宗棠部长就指出,在这场技术大潮背景下,我国3D打印技术的推广与普及还与国外存在一些差距,他敏锐地意识到,学校是发展自主3D打印技术的沃土,一台机器放在学校里,就意味着至少有几十甚至几百人受益——校园无疑是3D打印技术普及的绝佳始发站。

    当3D打印走进教育行业成为一种常态,3D打印就注定将颠覆传统的教育方式。

3D打印将颠覆传统的教育方式

    英国著名教师戴夫怀特曾说过:“如果你能抓住学生的想象力,你就能抓住他们的注意力!”毫无疑问,3D打印可以帮助老师们做到这一点。

    事实表明,某些在传统教育中表现不好的学生,主要是因为对理论性太强的课程没有兴趣,虽然靠死记硬背抽象概念可以通过考试,但考试过后很多知识点会很快忘记。而3D打印能让抽象的课程变得具体,视觉和触觉兼具的学习方式可以让枯燥的课程变得生动起来,具有很强的诱惑力。在触觉学习中,学生不是在黑板或显示器上简单地看文字或图形,而是通过他们的触觉抓住核心概念的三维模型,这样能够帮助学生吸收和消化知识,使学生不轻易遗忘所学的课程。

这些3D打印出来的玩具对学生们有着极大的吸引力

 

3D打印锻炼学生的动手能力

    据了解,在美国,几乎所有学校都开设了3D打印的课程。在美国阿拉巴马州的莱姆斯通职业技术中心,当地高中学生使用3D打印机进行设计和建模,学生可以操纵并深入研究这些模型,同时对设计进行修改。此外,STEM研究院已经宣布与公司Stratasys公司合作,将3D打印机整合到有编程课程的班级中。

    近两年,我国也越来越多的学校,开始探索3D打印技术在教育领域的应用,应用也越来越多元化了。教师们不仅可以利用3D打印模型进行教学,还可以利用该技术训练学生的创造力,使其得以快速验证设计概念,制作和修改模型。

学生们拿着3D打印的玩具眉飞色舞

    比如:在数学课上,打印出一个几何体的模型,便可以更直观地帮助学生了解几何内部各元素之间的联系;美术课上,将平面设计的作品制作成3D版本的艺术品以及一些基本的模型,已经成为现实;化学课上,老师可以将分子模型打印出来展示,有利于学生理解化学反应的过程;生物课上,打印出细胞、病毒、器官和其他重要的生物样本,比起平面图要直观得多;地理课上,可以打印地形地貌、气候形成的因素等模型,岂不比老师凭空比划向学生传达知识好?历史课上,可以打印出一些文物古迹、历史人物模型来让学生更懂得“以史为镜”……

    在专业设计上,创新学习者可以进行课程内容的学习和试验设计,如建筑、医学、生物学、汽车工程、绘画、图形设计、历史考古等。在机械设计和工业设计等专业,3D打印机能够直接创建出外观原型,使学生们能够以三维形式评估自己的设计;可以制作任意复杂度的模型,这些模型可以进行喷砂处理和上漆,作为生产模型的复制品……

一位老师正拿着3D打印模型给学生讲课

    3D打印运用到教学课堂上,生动的DIY和立体化的学习方式,能使学生获得的主体体验更加真实、直观。他们能切实地参与到教学的各个环节,既是问题的提出者,也是问题的解决者。既可以提高学习者的动手能力和参与能力,又可以激发学习者的学习积极性,培养学习者的创新性和创造力。而老师可以通过3D打印的实体模型,展开多层次、多角度的教与学活动。

    目前众多的3D打印教育模式,大都倾向于:3D打印技术入门级教育并不涉及高深的CAD建模,激光学、材料学、仿真优化等领域的知识。对于3D打印入门教育来说,重点并不是3D打印技术本身,3D打印技术成为实现学生创作能力和想象力的载体。3D打印可以打印出来的细胞或器官,或打印任何个性化的模型或设备。也可以通过3D打印的模型来对深奥的化学、物理、生物和数学知识进行形象的理解。还可以用来完成社会化的课业,包括用来帮助测试原型,展示工程解决方案。并且,还可以通过3D打印技术激发学生的美感和创作灵感,包括对不同的纹理、复杂的几何形状结构的创作。

    大学的学历教育将不局限于如何操作和研发工业级的3D打印设备本身,而是成为关注整个3D打印生态圈的交叉学科。可以偏重于如何使用与研发工业级的3D打印技术,如何在航空航天、汽车、生命科学等领域将3D打印技术的潜能开发出来,如何运用软件实现对3D打印的过程和结果的控制并达到想要的质量水平,如何运用3D打印过程中参数的变化这一系列的大数据来提升打印过程的流程化水平等等。

学生们这些奇思妙想是不是很有创意?

    《3D打印商情》认为,技术如果想有所突破,首先得有一大批感兴趣的人,学生无疑是最好的群体。他们颇具好奇心与创造力,通过对技术进行渐进式研究,提出自己的想法和创意,再加上不断发展技术的力量,这必将促进3D打印技术的进一步发展。

3D打印进入教育领域获重视

    2015年9月,教育部发布的《关于“十三五”期间 全面深入推进教育信息化工作的指导意见》中提到:“有条件的地区要积极探索新技术手段在教学过程中的日常应用,探索STEAM教育、创客教育等新教育模式”。

    STEAM教育指科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineemg)、艺术(Art)、数学(Mathematics)教育。知识经济时代教育目标之一是培养具有STEAM素养的人才,提高国家人力资源水平继而提升国家竞争力。

    STEAM强调学生的设计能力、批判性思维和问题解决能力。3D打印技术引入到教育领域,有助于推动SETAM教育,培养学生的艺术素养、科技素养和数字化素养等等,将不仅关乎“字节”,还关乎实物。而目前,中国主流的STEAM教育是机器人教育、编程教育、以及3D打印等。

学生携3D打印作品参加学校开展的创新比赛

    教育模式的与时俱进,校园,成了3D打印这项技术的着陆点。想象力、创造力兼备的学生们成为最有可能同时手握科幻与现实的人。尽管当前大多数3D打印机价格还相对昂贵,但随着技术的成熟,各方为了抢占教育市场或可能引发价格战,从而使3D打印机的价格进一步下降,加上教育部门的重视,以及一些项目正积极地推进3D打印机的教育应用,也许,未来我们可能在九年义务教育阶段普及3D打印技术教育。

    当然,这需要教育行政部门、企业和学校共同努力。

为什么是现在?

    事实上,3D打印最早是在美国、欧洲等一些发达国家的校园中进行推广的。紧接着,在日本,韩国等国家开始风行,很多校园开始开设3D打印课程。这为中国进行相关探索提供了很多实用、有价值的经验参考。

    为什么说现在正好是3D打印进入教育领域的最好时机?

    除了前文论述的“3D打印和学校里面的课程联系得越来越紧密”外,《3D打印商情》认为,当前这项技术的学习门槛已经很低了——现在的3D打印机无论是在操作上、性能上、还是在质量上,都是前几年的机器无法比拟的。越来越简易化的建模软件,甚至可以让小孩子通过手指头来操作;3D打印机的操作设计也越来越智能人性化,极其方便掌握。杭州市少年宫的3D打印课程老师向记者介绍,现在不少学校都有采购打印设备,并将3D打印作为拓展型课程,孩子在学校里就能学到这项技能,最小的孩子三四年级就可以开始学。

学生们在上3D建模课

    此外,在政府大力支持与引导下,在众多3D打印企业、联盟的宣传推广下3D打印技术的社会接受程度在不断增加,随着“中国智造”、制造业升级转型等概念及目标的提出,中国社会正在从上至下形成一股以创新至上的良好风气。很多教育者认为,孩子越早接触3D打印机,越能适应未来的社会,因为未来3D打印正在工作及每天的日常生活中变得越来越重要。

    社会认识已经形成,3D打印也已经不是什么“高大上”到触不可及的高端技术,在这个教育市场方兴未艾的时刻,不加速抢占市场喝上“头啖汤”更待何时?

3D打印进入教育领域应注意什么?

    小编曾看到某位在3D打印教学领域工作了三年的教育者写下他的感悟与思考,他说:“(3D打印技术教育)没有独特教学思想引导的科技教学是不完整的;没有良性商业运作的课外教育是不长久的;没有焕然一新教学评价标准是不完善的;没有线上线下的交互是无法满足未来素质教育需求的。”

    小编没有从事过相关尝试,这位教育者所说的小编不甚理解。在此,小编只说说小编的担忧。

    从设备销售角度而言,由于尚未摆脱同质化竞争的桌面级3D打印机占较大比重,而近两年生产成本较低的开源3D打印机也大量涌现市场,在学校等教育机构多采用招标采购大单的模式下,不可避免将价格战等无序竞争带入其中。校方作为消费者,对3D打印最重要的标准并不完全了解,而目前3D打印机生产的统一国家质量标准尚未出炉,国家采购目录中也没有推荐3D打印机,因此很多学校在采购时无法获得指导性思路,进一步加重了招标中的价格权重。

    另外,令小编尤为担心的是学生们在接触3D打印机时的安全问题,毕竟任何产品应用于教育领域,安全性都是放在首位的。

极大多数桌面级3D打印机被设计成“开放式”

    而目前在教学中应用最普遍的是SLA和FDM两种3D打印技术。拿FDM技术来说,这项熔融沉积技术,是通过将材料熔化,然后一层一层地堆积而形成一个物体。

    目前,我们见到的大多FDM打印机是开放式设计,在材料(主要是塑料)熔化的过程中,或多或少会散发出有害气体,无论是ABS材料还是PLA材料都不可避免地出现这一问题,这些有害气体直接排放在教室中,对学生的身体造成损害。希望制造商未来能开发出无毒打印材料以及更加安全的设备,相信这也是桌面3D打印机的发展走向。

结语

    目前,世界各国都在展开3D打印技术的研发和市场开发。随着3D打印时代的来临,各种行业将面临巨大的变革,教育行业自然不能例外。可以预见,随着政府的引导,大企业对3D打印的兴趣日益浓厚,原材料成本就会随之下降,同时打印机技术也会不断改进。相信随着时间的推移,3D打印机的性价比会越来越高。3D打印技术走进课堂指日可待了,让我们做好准备,迎接教育大变革时代的来临。