3D 打印已成為商界的新寵,事實上有關技術早在部分特定專業範疇得到應用,在大學亦已引入多年。但隨著技術快將全面普及應用到非專業範疇,不少大學都著手把它引入課程中。早前 Unwire.pro 就訪問了香港城市大學的教育發展及精進教育處,看一下城大怎樣應用 3D 打印到教學之上。
啟發思維助學生自行探索新知
城市大學自 2012 年開設了精進教育課程(Gateway Education),為所有一年級大學生的必修通識科課程。城市大學教育發展及精進教育處處長鄭淑嫻教授表示,城大精進教育的特色是跨學科研習,鼓勵學生涉獵主修科目以外的多個學科,從而拓闊視野、啟發思維,以助學生日後自主學習、探索新知。而負責任教的導師也來自不同學系,務求更實踐跨學科研習目標。
為配合 GE 課程的設計,精進教育處更設立了「精進教育實驗室」(GE Lab)。這個實驗室耗資 400 萬港幣,專門為本科生而設,配置了多台不同技術的 3D 打印機(如 FDM 及紙張耗材)、3D 掃描儀器等先進設備,以支持 GE 課程的互動教學。
精進教育課程的科目廣泛,涵蓋語言、藝術與人文、社會及商業組織、科學及科技等範疇。四年制的本科學生必須於 120 個學分中修讀 30 個學分的精進教育課程。由於是所有學生都必須選修精進教育課程,因此學生們來自不同的主修科目領域,在分組研習時往往會激盪出超出想像的創意。而引入 3D 打印到課程中,更是讓這些創意能具體展現出來,不再只是空中樓閣。
引入 3D 列印到非專業課程中
城大高級教育發展主任趙必豪博士指出,3D 打印並非今天才引進大學校園,例如建築、設計和生物科學等工程學系早已在多年前已率先用於教學用途上。這些學系各自都添置了 3D 打印機多年,用於一些專業範圍的應用,例如建築及土木工程學系就用於把建築模型實體化出來;機械及生物醫學工程學系甚至會利用納米打印來研究細胞組織。
但是否 3D 打印就只能應用在這些項目上?城大精進教育課程並不認為如此,因此在不少課程引入 3D 打印來協助啟發思維。趙必豪博士透露這是首次把 3D 打印引進到非專業課程中,單是精進教育實驗室就已在開設的兩年間,添置了四台 3D 打印機,讓非專業範疇課程的學生,也有機會接觸到這種新科技。
趙博士表示,由於 GE 課程只有不足兩年歷史,加上不是必定要老師在設計課程時加入有關 3D 打印的部分,因此目前200 多個 GE 課程中,只有約數個有把 3D 打印納入到課程中。但他表示有很多教授對此感到興趣,向 GE Lab 查詢並一起研究設計新課程,學生對相關課程亦有濃烈興趣。
為學校添置 3D 打印機之投資如此龐大,趙傳士認為除了從性能,輸出品的精細度等技術層面之元素去考慮外,製造商之歷史及聲譽,以至其於香港所特許之分銷商所提供的售後服務,包括 3D 打印機起首的各種設定、及後的技術支援、維修及機件保養服務等,均是非常必要的配套。
非要掌握技術而是邏輯思維
鄭淑嫻教授表示,城大精進教育引入 3D 打印到課程中,並非把它視為一種「職業技能」的技術培訓,而是借助一種工具,達到一些之前的教學方式做不到的事,用一種更嶄新方式讓學生的創意得以實體化呈現。而在課程設計中也不會特意「一定要有 3D 打印元素」,因為它只是一種教學「工具」,而非「目的」。
很多人誤解 3D 打印在教學上的用途,只限於印刷一件實體物件作為教材那麼簡單。學生交功課時也許會用打印機把電子文件變成實體文件,但原則上並無因此而令功課的內容增值。但是如果把一些本來很抽象的概念,能夠用 3D 打印來實體化,那就令整個想法變得更具體,而非只是空中樓閣。
讓學生自行摸索訓練思維
為協助學生克服問題,在課程開始前會有一些基本的培訓,包括 3D 模型設計、3D 打印機的操作等。而 GE Lab 亦挑選部分學生重點培訓,再由他們協助其他同學解決問題。鄭教授表示,學生在最初接觸時都會遇上困難,這些困難並非源自於「不懂操作」,而是對把抽象概念「由零到有」的過程感到棘手。
就像書法先由臨摹開始學起,學習3D 打印也由下載網上的設計圖,再自行修改開始,逐漸掌握設計的邏輯思維,最後成功由零到有的設計出原創的 3D 模型。「在不斷摸索的過程中,城大期望學生不是學習到如何操作 3D 打印那麼簡單,而是邏輯和創意思維的訓練,因此追求的也不是成品如何漂亮,而是學習過程中要學懂怎樣解決問題。」她說。
讓天馬行空想法得以呈現
創造個人智能家居(Creating Your Smart Home)是其中一個有引入 3D 打印的 GE 課程。負責該課程的機械及生物醫學工程學系助理教授賴偉超博士表示,課程內容一方面講解智能家居發展與技術,另一方面鼓勵學生自由創作,設計出一個心目中的智能家居產品。產品原型未必需要在課堂中實現,但就希望在過程中讓學生思考,如何用現代科技改善生活。
由於課程設合精進課程,因此著重的不止於其可行性,更重要的是啟發性。由於分組學生來自不同學系,因此不會受到其專業領域的思維局限,能讓不同的思考方式互相激盪,設計的功課也新穎。而產品不僅要考慮如何設計、如何改善生活,還需要思考如何投入市場。
這些不同的專業領域的學生,在研習過程中可以吸收到本科以外的其他技能和想法,而 3D 列印則作為最後一步,把他們的想法具體呈現。由於智能家居未必是真的有一具傢俱,也可以是智能義肢,以至其他不能實體化的概念,因此功課的成績也不是只看 3D 打印的完成度,而是設計本身有否反映學生對改善生活的看法。
視象傳達課程具現抽象概念
視象傳達(Visual Expression and Communication)是另一個引入了 3D 打印的課程。負責的馮惠敏導師表示,最初得悉 GE Lab 成立並引入 3D 打印到課程中時,便開始構思如何把它引入到視象傳達課程。本身是建築及土木工程學系一級導師的她,比其他老師更懂得 3D 打印技術,因此在引入到視象傳達課程時就更得心應手。
視象傳達課程本身是比較抽象的課程,希望令學生能把抽象概念,以實體化的方式來表達。學生在第一堂時就會分組,並模擬自己是一家非牟利團體(NGO),再設計一些紀念品給公眾以表達這 NGO 希望推廣的信念。本來課程只讓學生想出概念再畫圖表達,但這其實未完成「實體化」的最後一步,加入 3D 打印後就能做到。
馮惠敏導師表示,學生因為來自不同學系,因此在分組研習的過程中會分擔不同的角色,有人負責設計概念,也有人負責畫出 3D 模型,在過程中互補不足,相互啟發團隊成員的潛能,而這也是 GE 課程和引入 3D 打印的目的。她透露大多學生都能出色地完成課程,但相比功課的完成度,學生能否突破思維框框才是最重要的。
別將大學教育視為「職業培圳」
隨着「334學制」的實施,不僅高中學校教育更著重推行通才教育,大學教育也必須在專科研習外,加入更多全人教育,提升學生的創意思維,使學生畢業後的出路亦更為廣闊。城市大學推出「精進教育」,並為配合相關課程而部署教學設施,均有助提升學生在職場上的競爭力。
學生未來若能活用 3D 打印技術,無可否認將擁有絕對的競爭優勢,但鄭淑嫻教授表示,城大精進教育引入 3D 打印到課程中,並非把它視為一種「職業技能」的技術培訓。她同意未來 3D 打印技術會成為一種普遍的職業技能,就像今天懂得使用電腦那麼普遍,但大學可從來沒有課程去教學生怎用電腦。
她認為 3D 打印對大學而言是很好的一種工具,而在前述的各種 GE 課程中,也著眼學生思考怎樣去運用工具去表達想法,中間的學習過程才是最重要的。GE 課程歷史不長,不管是教授或學生都在摸索怎樣用 3D 打印來提高教學質素,她相信城大在未來會有更多 GE 課程引入 3D 打印。
理光香港大力支持
MakerBot 香港特許代理商理光香港(Ricoh Hong Kong)全力支持香港城市大學推廣及普及 3D 打印技術及相關知識,特此向城市大學精進教育處「精進教育實驗室」(GE Lab),捐贈一部 MakerBot Z18 3D 打印機,連同 12 個月免費保養、維修及支援服務。
「3D 打印於未來一、兩年,在很多不同領域將會帶來很大的改變,我們的本地人才必須意識到這個革命的迫近,並盡快學習當中技術,否則我們很有機會會落後他人,包括我們在直接經濟競爭伙伴新加坡、上海、台灣、韓國等。城市大學的前瞻性及推動的決心及誠意,絕對值得我們支持。」香港理光常務董事嚴創基說。
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