1. 引言
3D打印技术的专业名称是增材制造，它颠覆传统制造模式，实现了制造从等材、减材到增材的重大转变，是《中国制造2025》高新技术产业，是国家“十三五”规划的重点扶持项目。教育部印发的《关于公布2017年度普通高等学校本科专业备案和审批结果的通知》中，高校共新增本科专业2311个 [1] [2] ，其中以增材制造为代表的“新工科”专业备受众人瞩目。人社部印发的《全国技工院校专业目录(2018年修订)》，涵盖了15个专业大类、280个专业，列举了54个专业方向，3D打印技术应用在列其中。3D打印技术可以应用在电子、化学、生物、医学等诸多的学科领域 [3] 。我国已经制定了相应的发展策略，旨在促进信息产业和工业的深度融合。在3D技术发展方面，清华大学 [4] 、北京航空航天大学 [5] 、西安交通大学 [6] 等高校都取得了不俗成绩，基本与西方发达国家处于同一水平，研制出了多种类型的3D打印装备和材料。在立足于特色应用型本科高校的基点上，努力构建培养大学生创新意识与创新能力体系。为了提高学生创新创业实践能力的培养，我们提出多专业交叉融合的实验教学，这样的教学形式可以打破现有的教学、专业实验室及科研上的壁垒，构建一个有利于大学生创新意识与创新能力提升的新实验教学体系。现以3D打印技术为例，论述运用以工科为主多个学科专业交叉融合的方法，构建集资源优化、开放充分的创新实践平台，进行工科类大学生创新意识与创新能力的培养。
2. 多专业融合的3D打印平台
2.1. 新型教学模式
多专业融合的创新实践不是指将多个专业的实践环节简单叠加在一起，而是找出多个专业的共有特点，根据这一特点来设计满足多个专业学生实践环节的教学要求。本质上3D打印技术是多媒体技术和虚拟现实技术的延伸，可以拓展学生的感觉和知觉。将3D打印技术作为多个专业可自主创新应用的实践平台，可以使不同专业的学生都将其应用于实践环节，是一种创新的教学模式，它可以把多个专业学生的虚拟设计变成触觉化，在设计与验证的往复循环中实现设计目标。这一环节对教师能力的要求也大大提高，教师不仅要具备本专业的知识还需有和3D打印技术相关的知识，才能在实践中去指导学生。图1所示为任一专业学生如果想将其设计的内容变成可触摸的3D模型，他须具备本专业知识外，他还需要有结构设计、材料选择、建模软件的熟练应用、产品的造型设计、零部件的机械装配和3D打印机相关使用和基本维护的电学基本知识。而这些内容则与土木专业、材料专业、电类相关专业、工业设计专业和机械设计类专业相关联，学生打印的3D作品是对这些知识的综合运用。以3D打印技术形式开展
Figure 1. Knowledge of 3D printing
图1. 3D打印相关知识
的实践教学可以提升学生的专业技术能力和创新意识与创新能力，可使学生在感性认识环节上有所提高。
2.2. 创新能力培养
对学生创新能力的培养不是在短时间内就能看到成绩的，这需要一个循序渐进的时间较长的过程。把3D打印技术应用于实践教学环节可以通过学科交叉进行多专业融合，它需要由多个专业的教师组成团队分责、分工、分阶段的对学生进行实践环节的指导，使多个专业学生在设计过程中交流、互助、合作。3D打印可以使学生看到、摸到自己的设计作品，目前这种方式对学生有着较强的吸引力，他们充满好奇并有热情和能力去做设计。但学生自身不会估计在应用3D打印技术时所涉及的多个专业和学科知识，他们也难以预计在设计和打印过程中所遇到的问题，他们在设计和打印过程中就为解决这些问题，自然就会形成不同年级、不同团队、不同专业及不同学科上的互助。形成“老带新”、“点带面”的积极主动学习局面。图2所示为对学生创新能力培养过程中，围绕3D打印技术他们所需具备道德文化和遵守纪律的基本素质，具备基本的自主学习本专业平台课程和与3D打印相关的交叉学科专业平台课程。还需具备本专业所需的基本设计能力、设备操作使用和维护的基本能力及产品造型及软件应用的基本能力。对学生创新能力培养的过程中，学生间的互助合作锻炼的不仅是专业上的技能还有沟通能力、人文关怀对他们今后步入社会奠定了良好的基础。
2.3. 实践教学体系
以“项目为引导，任务做驱动”的3D打印实践教学模式，可以使教师在实践教学环节拓展和本专业相关内容，摆脱学科或专业课程的局限，建立以“岗位需求为出发点，工作任务是实现目标”的模式，整合和重置专业实践课程内容的方式进行实践教学内容的设置。使学生通过3D打印这一平台对本专业技术岗位需求的知识、能力和态度有一定的认识和了解，采用逐层递进的方式把本专业的实践内容与拓展内容相结合。图3所示为以3D打印技术为平台的多专业融合实践教学体系构建方式，学生在大一学年中的实践环节主要以学生在本专业基础认识实习为主，为学生提供直观的感性认识，同时也使学生通过“见多识广”这一方式，提高学生自身的理性认识和自我能力；在学生的大二、大三学年，学生具有了一定的专业知识，学生的实践环节中既可有本专业的课程设计，也可将3D打印的元素加入在课程设计环节中，把3D打印的相关专业知识贯穿于学生的实践环节中，使学生在“做中有学、学中有教”的逐层递进方式将多个专业的知识、内容有机联系起来形成一个全新的以学生为主体的创新团队。这个团队可以参加多个专业不同学科的科技竞赛及创客平台来展示自己的创新设计；在大四学年即可将以往的知识进行梳理和运用，可以进入企业实习、顶岗工作及与毕业设计相关的工作。
这种以3D打印为平台的实践环节遵循以“成果为导向、学生为中心、持续改进”的工程教育专业认证理念，使学生在校期间的学习成果“有迹可循、有果可查”。将学生的学习进程划分为不同的阶段，
Figure 2. Process of cultivating innovation ability
图2. 创新能力培养过程
Figure 3. Construction of practical teaching system for 3D printing platform
图3. 3D打印平台的实践教学体系构建
依据不同阶段学生具有的能力从初级到高级，最终达到顶峰即毕业步入社会。和往的教学模式相比，学校可以更为直观的提供学生的学习成果。
3. 创新实践平台
教育部在《关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》 [7] ，对学生的实践教学环节明确提出了要强化实验室、实训基地、实践教学共享平台建设。3D打印是全新的学习体验，它提供了新的资源、工具、环境和平台。让学生在创造的视角进行学习，把学习的整个过程可以深化为“学中做，做中学”，这种实践教学的新方法为创新教育模式进行了有益尝试。多专业融合并不是简单地讲多个专业进拼凑而是将分属于不同专业或领域的内容进行交叉、渗透，即在多个专业的耦合点基础上形成自己专业特色的知识结构。学生通过这种创新实验平台可以