科技報國紅旗榜|張繼春:不忘初心,追夢篤行

張繼春,工學博士,哈爾濱工業大學(威海)副教授,CCTV 10《我愛發明》“3D打印巧克力”發明人,山東省3D打印科普教育基地主任,威海市3D打印及其應用技術公共服務平台主任,山東省汽車零部件快速設計製造工程技術研究中心主任。現擁有十多項發明專利,致力於大學生創新創業研究與指導工作,多年來在科技推廣、科普宣傳的道路上孜孜以求,潛心鑽研,他不忘初心,追夢篤行,科普工作讓他的人生更加精彩——

“不忘初心”,科技創新不知疲倦

張繼春從小就喜歡動手拆裝一些家裏的小電器,“鼓弄”一些常人想不到的“小發明”,並且還是一個不折不扣的學霸,從初中起每次考試成績都是級部第一,高考時因幾分之差與清華大學失之交臂,最後被調劑到了哈工大(威海),雖然有些遺憾,但還是進入了自己喜歡的工科大學,他很快調整了過來,一路保持“學霸”模式並順利保研,在讀研一的時候,就被學校留校任教,繼而又在北京航空航天大學取得博士學位,2009年晉升為副教授。

讀書和教學期間,他一直痴迷“科技創新”不知疲倦。

HRT車隊是學校汽車工程學院為參加FSAE大賽專門成立的一支學生方程式車隊,是現在哈工大學生科技創新的一個品牌、名牌,曾在2016年獲得全國大賽的“雙冠王”,張繼春就是該車隊的創始人,2010年車隊實際用了半年時間就完成了第一輛賽車的設計製造,並在首屆中國大學生方程式汽車大賽賽場上斬獲多項大獎。他曾16個月研製出水上自行車。説起2014年投產的水上自行車,張繼春頗為自豪。“這個想法最初是一個國外的朋友提出來的,據説國外有類似的產品。後來威海一家遊艇公司聯繫我,表示希望能生產這樣的產品,找我做研發。”張繼春説,接到這個項目之後,他非常感興趣,覺得這是一個很有意思的挑戰。

從2013年2月開始張繼春在做這個項目的時候遇到了大量難題,但他不怕挫折,不斷鑽研,一年後,終於設計出完美的產品並投入生產。目前,該產品主要暢銷韓國、美國、新西蘭等8個國家。

登上央視,追夢路上成為業界 “科創名人”

在做水上自行車的同時,張繼春還在不斷研究他的另一個項目——3D打印機。同時做這樣兩個大項目,是一件非常辛苦的事情,但是在張繼春看來,卻樂在其中,不覺得苦。

雖然當時的設想看起來像個天方夜譚,但是在張繼春的熱情和堅持下,3D打印機已經取得了突破性的進展。

“目前3D打印機在我國處於快速發展與應用時期,低成本國產桌面級別3D打印機打印速度、精度和穩定性都較差,而精度高的桌面3D打印機全部依賴進口,價格昂貴。”張繼春研製的高速高精度並聯機構3D打印機填補國內空白,如能實現產業化,可滿足國內市場對低價高精度3D打印機的需求。

但張繼春不滿於目前對這種3D打印機的研發,轉而進入到對食品巧克力的研究。他開始查閲資料,結合自己所學的專業知識,重點開始解決巧克力融化和凝固過程中的傳熱問題,將巧克力的打印工藝重點由液體供料技術向固體供料技術轉換。經過了一年的研發煎熬過程,第二代巧克力3D打印機、第三代巧克力3D打印機陸續被研發了出來,不僅解決了巧克力的連續進料問題,而且打印速度、打印質量、打印高度等技術參數都達到了世界領先水平。

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採用張繼春團隊巧克力3D打印技術製作的個性化蛋糕

2016年3月的一天,張繼春不敢相信自己的耳朵,竟然接到央視《我愛發明》欄目組的電話,説對他的巧克力打印很感興趣,想通過央視平台進行推廣報道一下。

於是,幾個星期之後,央視欄目組一行對張繼春進行為期一週的採訪拍攝,並在2016年4月30日《我愛發明》播出55分鐘的節目。

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CCTV10採訪及《我愛發明》播出

節目播出後,張繼春經常接到全國各地熱愛科技發明、喜歡科技創新的“粉絲”的電話,解答科技發明問題,探討業務合作等等——

漸漸的,張繼春上央視,也在學校裏引起“轟動”,學校來訪的重要客人,校長也經常帶着去他的實驗室參觀,威海乃至山東省對3D打印比較感興趣的中小學生紛紛組隊來參觀。這下張繼春成了哈工大的“紅人”,成為迄今為止,登上央視播出時間最長的一位“名人”。

潛心鑽研,篤行科普 “責無旁貸”

央視節目的播出對張繼春來説是一個很大的觸動,尤其是威海市中小學生來實驗室參觀,他想這些孩子們具備很好的科創素質,但缺乏基本科創啓蒙、科創實踐,為什麼自己不能給這些孩子們搭建一個更好的平台呢,為什麼自己不能做一些科普推廣工作呢?他感覺責任很大,於是團隊逐漸地由“科創”轉型帶“科普”,張繼春由此走上了科普推廣的道路。

就像當初在哈工大(威海)創建大學生賽車隊一樣,張繼春的理念是,我們威海的學生不能落後。對於已經開始在全球範圍內開源的3D打印技術來講,張繼春同樣是這一理念,“讓威海的孩子們早一點看到3D打印機”的想法在3D打印機研發之初便深深埋在了張繼春的心中。要進行科普,首先必須有宣傳平台,張繼春於是聯繫了校宣傳部、威海報社、威海電視台等多家媒體,在威海地市範圍內第一次在學校網站、報紙和電視上全面介紹3D打印技術,使威海的孩子們和廣大民眾開始對3D打印技術有個全新的瞭解。威海廣大民眾對3D打印技術是非常渴求瞭解的,在宣傳之後威海很多企業家甚至老百姓都開始向張繼春打聽3D打印技術。一天下午大約3點左右,一位穿着樸素70多歲的老者敲開了研究院二號樓314房間(張繼春最初3D打印機研製地點),恰好張繼春正在和同學們調試第二台3D打印機。這位老者就是專門來一睹3D打印機真顏的。老者的一句話感動了張繼春,也堅定了張繼春做3D打印技術方面科普的決心。他説:“我是榮成人,我是從電視上看到您這邊發明3D打印機。我坐了3個多小時的車過來就是為了看看到底什麼是3D打印機。我活了一輩子,沒見過多少先進的科學技術,如今在您這裏看到了3D打印機,我這一輩子也值了”。送走老者,張繼春陷入沉思,他開始琢磨高校教師進行科研工作的價值和意義。雖然在部分學校裏面的教授們看來,3D打印技術並不是特別高端的前沿技術,無法使張繼春的職稱儘快有所突破,但使民眾對於這一技術儘快有所瞭解,推廣和科普這一技術,是我們高校教師及科研工作者不可推卸的社會責任。

科普工作必須走出去。在眾多的領導支持和鼓勵下,張繼春帶領實驗室的同學們帶着3D打印機走進了威海市科技館,走進了威海市中小學,舉辦講座和現場3D打印技術展示。哈工大(威海)對張繼春的科普活動非常支持,在教務處和汽車學院的大力支持下,張繼春的3D打印創新實驗室正式成立。

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3D打印科普走進中小學

科普工作也得走進來。現在實驗室面積擴大了,打印機數量也多起來了,張繼春於是採用了開放實驗室的形式進行科普活動。自2014年初,張繼春的3D打印創新實驗室便開始向威海市的中小學生免費開放。一經啓動,實驗室參觀的學校就可以排到了半年之後,而參觀的形式也差不多變成了以學校或班級為組織進行集體參觀。粗略統計,每個週末接待的人數不少於200人,2014年接待參觀的總人數肯定超過了萬人。每次參觀時,實驗室裏總是塞得滿滿的;每次參觀完,張繼春和同學們累的筋疲力盡。即使再累,當看到孩子們獲得知識後興奮與滿足的表情時,張繼春非常知足。當然,科普的對象和範圍絕不僅限於中小學生。在接待參觀的時候,經常需要打印演示,需要耗費大量的耗材。張繼春的實驗室當然離不開學校的早期支持,但後來的耗材費用都是由張繼春個人支付的。免費的參觀讓家長們有些疑問,有些家長問張繼春做這種科普圖的啥,張繼春笑了笑,簡單地説了句,“我就是想讓咱們威海的孩子們早一點看到3D打印技術,使我們的孩子不落後於別的城市”。

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實驗室開放中小學生3D打印科普參觀活動

學校對張繼春在科普方面的工作充分肯定,給予了更大的實驗室場地支持,在大學生創新創業基地裏特批了實驗室和加工區。所以除了參觀之外,張繼春在中小學的日常科普活動中,又增加了動手操作體驗的環節,孩子們不僅能夠看到3D打印,還能夠親自操作3D打印機,甚至還可以動手組裝3D打印機。參觀的內容也擴大了,涵蓋了3D打印、無人機及大學生賽車等多方面的內容。

2014年12月,哈工大(威海)3D打印創新實驗室被評為山東省科普教育基地,這一科普基地的落地,證明了張繼春的前期科普工作的得了科協和社會的認可,使張繼春對科普工作更有信心,更有韌性。張繼春於是在更大範圍內開展科普工作。

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3D打印創新實驗室系列科普活動

張繼春的科普不僅針對中小學生,山東大學(威海)的同學們經常到實驗室來參觀和各種實踐活動。2016年10月,山東生產力促進中心與哈爾濱工業大學(威海)共建了“威海市3D打印及其應用技術公共服務平台”,雙方約定利用雙方的快速成型機、三座標測量機及三維掃描儀等專業設備,為威海市大學生提供3D打印眾創空間,向社會提供3D打印方面的科普教育、開展3D打印技術科研項目研究、培養專業化人才等公益性服務。

發揮高校優勢,科普推廣讓人生更加精彩

創新是生命力,是科研工作的生命力,也是科普工作的生命力。要想科普工作做得長遠,必須不斷創新。

高校的第一個優勢是創新的持續能力。

首先是技術上的不斷創新,在3D打印機方面,在塑料3D打印和巧克力3D打印取得成功後,張繼春又帶領實驗室同學繼續攻關了陶瓷3D打印、硅藻泥3D打印、油泥3D打印、煎餅3D打印、食品3D打印及混色3D打印等技術,在桌面級3D打印技術方面始終走在國際前沿。除了3D 打印機之外,實驗室也在機器人技術、新概念智能車輛方面取得了較大的進步。技術上的不斷創新,才能在科普的時候向中小學生展示最新的技術水平。在威海市科協的支持下,通過與威海市科技館的通力合作,陸續開展3D打印科普講座和人工智能展等活動,更大範圍地促進了3D打印科普工作的開展。

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在威海使科技館陸續開展科技講座人工智能體驗活動

其次是科普推廣模式上的不斷創新。科普講座和參觀體驗都是太傳統的模式,張繼春今後準備要更充分的利用自媒體平台,利用抖音、快手、今日頭條等錄製科普講解小視頻,建立大眾科普矩陣,讓更多的人受益。

高校的第二個優勢是強大的師資隊伍。

張繼春發現,在政府的財政支持下,2015年-2018年間,威海市的大多數學校都購買了3D打印機,所以越來越多的學校和老師對3D打印機都已不再陌生。但卻出現了一個非常奇怪的現象,這些3D打印機基本上在學校裏都是在“睡大覺”,沒有起到打印的作用,更別提起到教書育人的作用。作為常年研究3D打印技術和3D打印教育的高校教師,張繼春一眼就看到了問題所在:在政府的支持下,購買硬件不是問題,問題在於中小學沒有能進行真正3D打印課程授課的老師,而這一問題,只有工科高校能解決,因為工科高校有強大的師資優勢。

於是他決定開展實訓式科普教學。讓每個孩子都能操作3D打印機打印自己所設計的東西,才能讓孩子們真正掌握三維設計和3D打印技術。“人手一台電腦,人手一台3D打印機。”這個想法在張繼春頭腦中顯現。然而對於只有一兩台電腦的學校來説,這個想法是多麼大膽啊。要做到這一點,必須設計出一款價格低廉性能優異可靠的教學用3D打印機。張繼春又是花了半年多的時間,和企業一起設計出了一款成本控制在千元以內的迷你型教學用3D打印機。

機器有了,更重要的是課程。本身就是此領域內的高校教師,研發課程自然不在話下。在學校的大力支持下,為推進哈工大(威海的)科普教育工作,結合3D打印創實驗室的技術及業務特點,準備在5年內在1000所中小學建立“哈工大(威海)中小學科技創新科普教育基地”,簡稱中小學科創科普教育“千校聯盟計劃”。從該計劃啓動到現在半年多的時間,張繼春帶領自己的團隊,帶着自己的3D打印機,帶着自己的科創科普課程,已經在12所學校建立聯合科創科普實驗室,並陸續開設相關課程。

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部分中學聯合實驗室及3D打印科普課堂

由於在科普方面的不斷努力和突出貢獻,2019年,哈爾濱工業大學(威海)3D打印創新實驗室再次被評為山東省科普教育基地,張繼春所帶領的3D打印科普團隊被評為山東省科普示範團隊。

面對嚴峻疫情形勢,從容地開展科普方面的教研和科研工作

2020年初,新冠疫情的肆虐,打亂了張繼春老師的所有科普工作的節奏,一切線下實訓的科普活動都無法開展,所有教學及科普活動只能轉到線上。為適應新形勢下科普工作開展的需要,張繼春老師開始了以下三個方面的工作:

(1)線上直播教學的準備與探索

疫情的突然來臨,讓老師們在完全沒有準備的情況下直接進行了線上教學,各種上課翻車的現象層出不窮。絕對不能讓網課翻車,好在離開學還有三週的時間,張繼春利用這三週時間購買了攝像機、視頻採集儀等視頻教學設備,並自學了綠幕摳圖直播教學系統。經過兩週多的探索,成功了實現直播摳圖教學的效果。

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張繼春老師的直播設備

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張繼春老師的直播畫面

(2)科創課程體系的完善

疫情期間,無法外出,張繼春老師便對前幾年的科創課程和科普課程進行總結歸納,試圖建立完善的課程體系。經過兩年疫情期間的教研和科研攻關,到目前為止,張繼春老師共建立了三套完整的課程體系:(1)3D打印+機器人教學體系(2)人工智能編程教學體系(3)信息技術和學科深度融合教學體系。目前,這些課程已經陸續在B站上免費推出,張繼春老師的B站網址為:https://space.bilibili.com/516331684/。

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張繼春老師B站科普課程

(3)科普書籍的撰寫

為了使學習編程不再枯燥,讓編程學習變成一件快樂的事情,能夠較大程度地提高廣大青少年對編程的學習興趣,從而形成一種持續的編程學習動力和培養較強的編程自主學習能力,張繼春老師進行了編程類科普書籍的撰寫工作。目前已完成編程類科普專著兩本,分別是《Python編程與3D物理學》、《和孩子一起學編程—用Scratch玩Minecraft》。

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張繼春老師撰寫的兩本科普圖書

從懵懂少年到進入工科院校,從一名教師成為一名創客,從一名創客成為一名家喻户曉的“科普工作者”,一路走來,張繼春無怨無悔,現在他大學同學有的已然成為正教授,有的成為學院院長,談到這些的時候他總是不太在乎,因為在他心裏,科普推廣、科普宣傳任重而道遠,只有堅持不懈地做下去,在未來的日子裏,才能使得更多青少年及廣大愛好者受益,他不忘初心,追夢篤行,只有堅持不懈地做下去,也才能使得自己的人生更加精彩!

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