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摘要：3D打印技术是新兴的智能制造技术，具有先进性、创新性和实践性等特点，其与新工科建设的要求和目标相契合，本文结合我校开放实验室实践性教学，围绕管理模式和运行机制等问题进行了探讨，可为其他高校实践教学改革提供借鉴与参考。
关键词：新工科;开放实验室;3D打印;实践教学
一、新工科背景下的3D打印實验室开放
教育部在2017年发布的《关于开展新工科研究与实践的通知》中提及，为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新，驱动发展“一带一路”、“中国制造2025”、“互联网+”等一系列国家战略，提出了“新工科”建设构想，即：相对于传统工科型人才，未来新兴产业和新经济需要的是实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才。这就要求高校在人才培养环节上，必须将传统工科专业随时代发展进行逐步转型升级，将实践创新创业教育贯穿大学生人才培养的全过程，达到“新工科”多维度、多层次、复合型大学生人才的培养目标[1]。
实验室开放是指各类实验室在完成计划内教学、科研任务的前提下，利用现有师资、仪器设备等资源面向学生开放，为学生提供实践学习和科学研究的条件。开放实验不仅仅能提高实验设备的使用率，还能极大提升参与学生的实践能力和创新能力，与培养“新工科”人才要求的高素质、实践能力强、创新能力强不谋而合。
3D打印技术是近年来发展迅速的先进制造技术之一，是集机械、电气、材料等学科于一体的复合型技术。其特有的离散-堆积“增材成型”方式对比与传统的减材成型，在物体造型、材料利用率等方面具有巨大的优势。同时3D打印技术结合三维建模更容易激发学生的兴趣拓展学生的创新能力，与新工科的要求精神高度契合，因而国内高校普遍比较重视3D打印实践教学。在其教学模式上，大部分高校采用在“金工实习”中增加了3D打印实训项目的方式，而有些高校则是在已开设“材料成形原理”等课程基础上增开了3D打印选修课，还有部分学校将3D打印融入进铸造教学中，取得了良好的教学效果。
二、开放实验室形式分类
针对学生、教师和专业技术人员，我校3D打印室开放可以分为大致两种模式，分别是按时间开放和按实验内容开放。
（一）按时间开放
1、全天时开放，我校工程训练中心的3D打印创新实验室实行全天时开放。学生不
用受到时间的限制，可随时进入实验室进行实验，增加了开放实验项目的连贯性。但由于场地限制，创新实验室内设备种类和数量有限，只能满足少部分学生开放实验的需求。
2、定时开放，由于我校3D打印实训室承担有大量教学任务，只有利用每周三下午和晚上教学空档时间进行开放。实训室内设备数量较多，可满足大部分学生开放实验的需求，但是开放时间有限，学生需要按照规定时间进入和离开实训室。同时由于3D打印过程较慢，需要学生第二天在上课前取走打印完成的模型。
3、预约开放，对于一些价值较高、成型材料特殊的3D打印设备，如光固化3D打印机和金属激光3D打印机，由于操作相对熔融沉积3D打印机较为复杂，需要提前网上预约，实验室会根据预约人数及项目种类统一安排进行实验室开放。
（二）按内容开放
1、课程内容开放，主要针对因故没能在正常教学中完成实训的学生，利用实验室开放补做实训内容，避免了学生重修带来的不便。
2、竞赛内容开放，我校3D打印实验室采取的这种形式进行开放，主要针对大二以上年级学生，立足于一些竞赛，如全国大学生工程训练综合能力竞赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、全国大学生机械创新设计大赛、互联网+大学生创新创业大赛等。特别是在全国大学生工程训练综合能力竞赛中，3D打印技术已是所有参赛选手必备的一项基本技能。我校参与竞赛的学生无论专业无论年级都至少进行过一学期以上3D打印的开放实验。在物料电控组、“8”字行组和“S”环组的竞赛准备过程中，像轴承支座、前叉、滑轮支架、凸轮、绕线轮等精度要求不高的零件都是采用3D打印的方式制作的。
3、科研内容开放，这种主要是面向高年级本科生和部分教师。这种模式主要以教师为主，通过发布科研项目中的课题任务，吸纳部分优秀学生加入科研小组，参与到科研项目中。以我校为例，我校金属激光3D打印机承担了部分模具和材料类的国家级科研任务，主要针对有相关课题项目的科研小组开放，教师带队指导学生一起完成科研任务。由于受设备有限、操作难度大、危险系数较高等各种条件的限制，难以对普通个体学生开放，覆盖面较小，可作为实验室开放的一种补充。
三、3D打印开放实验室实施的必要条件
实验室开放管理是一项系统的工作，是由教务处和实验室管理中心协同管理。对于3D打印类的开放实验和其他大类的开放实验在实施上并无太大差别，需要学校针对不同科研、竞赛项目进行严格的审查，以确保在资源有限的条件下，教学效果最大化。
（一）完善的规章制度
开放实验的正常运转必须要有一套完善的规章制度，既要保证开放期间学生的安全，又要保证设备在高强度的工作状态下正常运转。针对于上述情况，我们制定了相关的《开放实验学生守则》、《开放实验设备管理规定》和《开放实验教师守则》等规章制度。同时对开放实验实施过程中的实施细则和学生参与记录都做了规范化。对于实验室的安全，要求实验室安全员每天结束之后认真检查并填写《实验室安全日志》，切实保证安全第一的核心思想。
（二）学生的奖励机制
为了鼓励学生积极参加开放实验，我校创新创业学院规定学生在校期间必须至少完成2个学分的开放实验任务。学生一个学期完成一项开放实验就可以完成2个学分的任务，对于在开放实验期间参与竞赛和科研项目获得名次或发表论文取得成果的学生，追加2-4分创新创业学分并给与奖学金奖励。对于有突出贡献的学生，在研究生免推生的选拔中适当的予以加分倾斜。 （三）教师的激励措施
开放型实验室属于大纲以外的教学，学生可能涉及到的知识远远超出课本以外，这就需要教师花费更多的时间和精力准备资料和指导学生。同时作为开放实验期间学生安全的第一责任人，教师还肩负起了秩序管理者和实验室安全员的责任，工作任务量远超过一般的教学。同时鉴于大部分教师进行开放实验是牺牲了自己的休息时间，为了调动教师的积极性，在教师开放实验的待遇上应予以照顾，在涉及到课时补助的问题上标准应该高于一般的教学。对于在学校开放实验中表现突出的项目，在其职称评审上应予以加分。这样才能够调动他们的积极性和主动性，使他们有更多的精力投入开放实验室的建设。
（四）资金的投入
资金是开放实验室建设和发展的根本保障，包括耗材的购买，设备的维修以及指导教师的补助等。3D打印开放实验是對资金依赖程度较高的开放实验项目。对于融融沉积型3D打印机，主要耗材为PLA塑料。每人每周至少需要1kg左右耗材，质量较好的PLA材料价格大约为100元/kg，对于参与竞赛项目的开放实验材料要求更高，价格也就更高。而对于
选择性激光熔化型金属3D打印机，选用最便宜的304不锈钢金属粉，质量较好的金属粉价格大约为200元/kg，其他合金粉价格会更高。同时设备加工中的氮气消耗也是一笔不小的费用，所以对于金属激光3D打印机不建议进行大批次的开放实验。此外教师的课时补助也应纳入到开放实验的资金投入中。
四、3D打印开放实验室的实施
（一）开放题目申报
（1）有相关科研项目的教师或自带课题的学生经工程训练中心3D打印教研室同意后上报实验室管理中心和教务处备案，经审批可通过开放实验室。（2）由3D打印教研室根据相关竞赛统一设置开放题目，并向全校发布。
（二）参与开放实验
（1）自带课题的教师或学生团队需要提前在教务平台上预约开放时间、参与人数和需要使用的设备和材料，然后预约人需按照规定时间进入工程训练中心进行3D打印实验开放。（2）竞赛类开放课题的学生需要按照通知的时间进入中心学习三维建模和3D打印类的基本技能。在统一学习后，学生可根据自己的时间无需预约自行进入3D打印创新实验室进行相关内容的设计和研究。
（三）考核与评价
在学期结束时根据课题完成情况评出优良中差，并上报教务处进行备案。对于发表论文、在竞赛中获省级二等奖以上者追加创新创业学分，同时按学校规定给予奖学金奖励，特殊贡献者在研究生免试推荐选拔中给予加分。
五、总结
“新工科”强调将创新创业教育贯穿整个本科教育的过程中，以达到多维度、多层次、复合创新型人的培养目标[1]，3D打印作为今年来迅速发展起来的新兴技术，具有很强的创新性和实践性，用其作为“新工科”培养人才的工具，再合适不过。将3D打印和已趋于成熟的开放实验两者的结合，为学生提供了一个激发创作灵感、增强创新意识、提高实践能力的平台，是传统教学思维向“新工科”思维转型的一条有效途径。
参考文献：
[1]魏青松，李继康，闫春泽，等.“新工科”下3D打印前沿学科三位一体多维度教学模式研究[J].实验技术与管理，2020（9）：10-14.
[2]林卉，胡召玲，赵长胜，等.高校开放实验室的建设与管理[J].实验技术与管理，2010（3）：152-155.
[3]李英俊，孙淑琴，于世钧，等.多种模式开放实验室培养创新人才的探索与实践[J].实验室研究与探索，2007（3）：121-124.
作者简介：
武振威 （1992-02-），男， 汉族， 河南鹤壁人， 助理实验室 ， 学士 ，主要从事机械类实践教学。
关键词：新工科;开放实验室;3D打印;实践教学
一、新工科背景下的3D打印實验室开放
教育部在2017年发布的《关于开展新工科研究与实践的通知》中提及，为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新，驱动发展“一带一路”、“中国制造2025”、“互联网+”等一系列国家战略，提出了“新工科”建设构想，即：相对于传统工科型人才，未来新兴产业和新经济需要的是实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才。这就要求高校在人才培养环节上，必须将传统工科专业随时代发展进行逐步转型升级，将实践创新创业教育贯穿大学生人才培养的全过程，达到“新工科”多维度、多层次、复合型大学生人才的培养目标[1]。
实验室开放是指各类实验室在完成计划内教学、科研任务的前提下，利用现有师资、仪器设备等资源面向学生开放，为学生提供实践学习和科学研究的条件。开放实验不仅仅能提高实验设备的使用率，还能极大提升参与学生的实践能力和创新能力，与培养“新工科”人才要求的高素质、实践能力强、创新能力强不谋而合。
3D打印技术是近年来发展迅速的先进制造技术之一，是集机械、电气、材料等学科于一体的复合型技术。其特有的离散-堆积“增材成型”方式对比与传统的减材成型，在物体造型、材料利用率等方面具有巨大的优势。同时3D打印技术结合三维建模更容易激发学生的兴趣拓展学生的创新能力，与新工科的要求精神高度契合，因而国内高校普遍比较重视3D打印实践教学。在其教学模式上，大部分高校采用在“金工实习”中增加了3D打印实训项目的方式，而有些高校则是在已开设“材料成形原理”等课程基础上增开了3D打印选修课，还有部分学校将3D打印融入进铸造教学中，取得了良好的教学效果。
二、开放实验室形式分类
针对学生、教师和专业技术人员，我校3D打印室开放可以分为大致两种模式，分别是按时间开放和按实验内容开放。
（一）按时间开放
1、全天时开放，我校工程训练中心的3D打印创新实验室实行全天时开放。学生不
用受到时间的限制，可随时进入实验室进行实验，增加了开放实验项目的连贯性。但由于场地限制，创新实验室内设备种类和数量有限，只能满足少部分学生开放实验的需求。
2、定时开放，由于我校3D打印实训室承担有大量教学任务，只有利用每周三下午和晚上教学空档时间进行开放。实训室内设备数量较多，可满足大部分学生开放实验的需求，但是开放时间有限，学生需要按照规定时间进入和离开实训室。同时由于3D打印过程较慢，需要学生第二天在上课前取走打印完成的模型。
3、预约开放，对于一些价值较高、成型材料特殊的3D打印设备，如光固化3D打印机和金属激光3D打印机，由于操作相对熔融沉积3D打印机较为复杂，需要提前网上预约，实验室会根据预约人数及项目种类统一安排进行实验室开放。
（二）按内容开放
1、课程内容开放，主要针对因故没能在正常教学中完成实训的学生，利用实验室开放补做实训内容，避免了学生重修带来的不便。
2、竞赛内容开放，我校3D打印实验室采取的这种形式进行开放，主要针对大二以上年级学生，立足于一些竞赛，如全国大学生工程训练综合能力竞赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、全国大学生机械创新设计大赛、互联网+大学生创新创业大赛等。特别是在全国大学生工程训练综合能力竞赛中，3D打印技术已是所有参赛选手必备的一项基本技能。我校参与竞赛的学生无论专业无论年级都至少进行过一学期以上3D打印的开放实验。在物料电控组、“8”字行组和“S”环组的竞赛准备过程中，像轴承支座、前叉、滑轮支架、凸轮、绕线轮等精度要求不高的零件都是采用3D打印的方式制作的。
3、科研内容开放，这种主要是面向高年级本科生和部分教师。这种模式主要以教师为主，通过发布科研项目中的课题任务，吸纳部分优秀学生加入科研小组，参与到科研项目中。以我校为例，我校金属激光3D打印机承担了部分模具和材料类的国家级科研任务，主要针对有相关课题项目的科研小组开放，教师带队指导学生一起完成科研任务。由于受设备有限、操作难度大、危险系数较高等各种条件的限制，难以对普通个体学生开放，覆盖面较小，可作为实验室开放的一种补充。
三、3D打印开放实验室实施的必要条件
实验室开放管理是一项系统的工作，是由教务处和实验室管理中心协同管理。对于3D打印类的开放实验和其他大类的开放实验在实施上并无太大差别，需要学校针对不同科研、竞赛项目进行严格的审查，以确保在资源有限的条件下，教学效果最大化。
（一）完善的规章制度
开放实验的正常运转必须要有一套完善的规章制度，既要保证开放期间学生的安全，又要保证设备在高强度的工作状态下正常运转。针对于上述情况，我们制定了相关的《开放实验学生守则》、《开放实验设备管理规定》和《开放实验教师守则》等规章制度。同时对开放实验实施过程中的实施细则和学生参与记录都做了规范化。对于实验室的安全，要求实验室安全员每天结束之后认真检查并填写《实验室安全日志》，切实保证安全第一的核心思想。
（二）学生的奖励机制
为了鼓励学生积极参加开放实验，我校创新创业学院规定学生在校期间必须至少完成2个学分的开放实验任务。学生一个学期完成一项开放实验就可以完成2个学分的任务，对于在开放实验期间参与竞赛和科研项目获得名次或发表论文取得成果的学生，追加2-4分创新创业学分并给与奖学金奖励。对于有突出贡献的学生，在研究生免推生的选拔中适当的予以加分倾斜。 （三）教师的激励措施
开放型实验室属于大纲以外的教学，学生可能涉及到的知识远远超出课本以外，这就需要教师花费更多的时间和精力准备资料和指导学生。同时作为开放实验期间学生安全的第一责任人，教师还肩负起了秩序管理者和实验室安全员的责任，工作任务量远超过一般的教学。同时鉴于大部分教师进行开放实验是牺牲了自己的休息时间，为了调动教师的积极性，在教师开放实验的待遇上应予以照顾，在涉及到课时补助的问题上标准应该高于一般的教学。对于在学校开放实验中表现突出的项目，在其职称评审上应予以加分。这样才能够调动他们的积极性和主动性，使他们有更多的精力投入开放实验室的建设。
（四）资金的投入
资金是开放实验室建设和发展的根本保障，包括耗材的购买，设备的维修以及指导教师的补助等。3D打印开放实验是對资金依赖程度较高的开放实验项目。对于融融沉积型3D打印机，主要耗材为PLA塑料。每人每周至少需要1kg左右耗材，质量较好的PLA材料价格大约为100元/kg，对于参与竞赛项目的开放实验材料要求更高，价格也就更高。而对于
选择性激光熔化型金属3D打印机，选用最便宜的304不锈钢金属粉，质量较好的金属粉价格大约为200元/kg，其他合金粉价格会更高。同时设备加工中的氮气消耗也是一笔不小的费用，所以对于金属激光3D打印机不建议进行大批次的开放实验。此外教师的课时补助也应纳入到开放实验的资金投入中。
四、3D打印开放实验室的实施
（一）开放题目申报
（1）有相关科研项目的教师或自带课题的学生经工程训练中心3D打印教研室同意后上报实验室管理中心和教务处备案，经审批可通过开放实验室。（2）由3D打印教研室根据相关竞赛统一设置开放题目，并向全校发布。
（二）参与开放实验
（1）自带课题的教师或学生团队需要提前在教务平台上预约开放时间、参与人数和需要使用的设备和材料，然后预约人需按照规定时间进入工程训练中心进行3D打印实验开放。（2）竞赛类开放课题的学生需要按照通知的时间进入中心学习三维建模和3D打印类的基本技能。在统一学习后，学生可根据自己的时间无需预约自行进入3D打印创新实验室进行相关内容的设计和研究。
（三）考核与评价
在学期结束时根据课题完成情况评出优良中差，并上报教务处进行备案。对于发表论文、在竞赛中获省级二等奖以上者追加创新创业学分，同时按学校规定给予奖学金奖励，特殊贡献者在研究生免试推荐选拔中给予加分。
五、总结
“新工科”强调将创新创业教育贯穿整个本科教育的过程中，以达到多维度、多层次、复合创新型人的培养目标[1]，3D打印作为今年来迅速发展起来的新兴技术，具有很强的创新性和实践性，用其作为“新工科”培养人才的工具，再合适不过。将3D打印和已趋于成熟的开放实验两者的结合，为学生提供了一个激发创作灵感、增强创新意识、提高实践能力的平台，是传统教学思维向“新工科”思维转型的一条有效途径。
参考文献：
[1]魏青松，李继康，闫春泽，等.“新工科”下3D打印前沿学科三位一体多维度教学模式研究[J].实验技术与管理，2020（9）：10-14.
[2]林卉，胡召玲，赵长胜，等.高校开放实验室的建设与管理[J].实验技术与管理，2010（3）：152-155.
[3]李英俊，孙淑琴，于世钧，等.多种模式开放实验室培养创新人才的探索与实践[J].实验室研究与探索，2007（3）：121-124.
作者简介：
武振威 （1992-02-），男， 汉族， 河南鹤壁人， 助理实验室 ， 学士 ，主要从事机械类实践教学。