3D打印技術在任務驅動教學法中的應用

李彬 顧海 李朱鋒

【摘要】3D打印技術作為一種快速成型技術已廣泛應用于各個領域。本文介紹了3D打印技術在教學中的應用現狀，并將3D打印技術引入任務驅動教學法，從任務、教師、學生三方面探討3D打印技術在任務驅動教學法中的作用。

【關鍵詞】3D打印 ?任務驅動教學法 ?應用

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）05-0211-02

（南通理工學院機電工程學院 ?江蘇 ?南通 ?226002）

【摘要】3D打印技術作為一種快速成型技術已廣泛應用于各個領域。本文介紹了3D打印技術在教學中的應用現狀，并將3D打印技術引入任務驅動教學法，從任務、教師、學生三方面探討3D打印技術在任務驅動教學法中的作用。

【關鍵詞】3D打印 ?任務驅動教學法 ?應用

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）05-0211-02

應用型本科注重培養技術技能型人才，傳統的教學方法以講授為主，已不能滿足培養目標要求，因此高校不斷進行教學改革，探索新的教學方法。任務驅動教學法是一種建立在建構主義學習理論基礎上的教學法，以解決問題、完成任務為主，使學生能根據自己對當前任務的理解，運用已有的知識和經驗提出方案、解決問題。

3D打印是一種顛覆性的制造技術，與打印機原理相似，分層加工，是一種“增材制造技術”。其具有制作精度高、周期短，可以實現個性化制作等優勢，已廣泛的應用于工業產品制造、醫療行業、建筑業、汽車制造業、航空航天、食品、軍事等行業。New Media Consortium（NMC）在2013年《地平線報告》中指出3D打印將會在未來4～5年內普及，并將在教育研究領域帶來創新。

1.3D打印技術在教學中應用現狀

3D打印為教學提供了新的形式，一些教育機構和組織正在探索如何將其應用到教學中。

英國教育部從2012年10月開始在21所學校將3D打印技術應用到數學、物理、計算機科學、工程設計等課程中，探索3D打印技術能否更好地達到教學的目標。羅徹斯特理工學院在靜力學課程在講授橋梁結構受力時，讓學生設計橋梁并通過3D打印機打印后檢驗受力效果。北卡羅來納州立大學在數字產品建模課程中要求學生利用3D建模軟件和3D打印機設計人物動作。

人大附中將3D打印技術引入課堂，讓學生創意變成現實。中山大學和暨南大學等高校將3D打印應用于工業設計等專業，讓學生將自己的設計轉化為產品，并能及時調整改進。

目前，3D打印技術已在電子、化學、生物醫學、數學、航空、地理、烹飪、機電工程、建筑設計、歷史考古、動畫設計、天文、力學等不同學科領域使用于輔助教學。

2.3D打印技術在任務驅動教學中的作用

任務驅動最根本特點就是以任務為主線，教師為主導，學生為主體。其一般分為4個環節：創設情境、確定任務、自主協作學習、效果評價。不同學科領域大多都進行了任務驅動教學法的探索，將3D打印技術引入任務驅動教學法必然有不可比擬的優勢，在教學過程中必定會起到重要作用。

2.1對任務的作用

①有利于創設教學情境

創設教學情境是任務驅動教學的基礎，如何讓學生能融入教師創設的情境是任務驅動教學的首要問題。3D打印技術有其獨特的魅力，能從直觀視覺上吸引學生的注意，得到學生的認同，從而激發學生的好奇心和學習興趣，促使學生能快速進入教師創設的教學情境，并能在輕松的學習氛圍中積極愉悅的學習，使創設教學情境不再成為難題。

②任務效果評價更加直觀

效果評價是任務驅動教學法的最終環節，也是檢驗學生學習效果的關鍵步驟。對學習效果的評價主要包括兩個方面：一是對學生是否完成當前問題的解決方案的過程和結果的評價;二是對學生自主學習及協作學習能力的評價。3D打印技術可以將學生自主設計的產品快速變成可觸摸觀察的實體模型，讓學生的自評、互評有直觀的對象，設計的優點、缺點一目了然，方便學生互相交流學習、取長補短;讓教師、專家或是直觀的了解學生對學習內容的掌握情況，從而合理的給出成功的經驗和失敗的原因。

2.2對教師的作用

①滿足復雜、多樣化教具的需求

在任務驅動教學法中，教師的作用不管是知識的傳授還是任務的引導、咨詢，這些都需要用到教學用具。傳統的教具一般是簡單的實物模型，已滿足不了復雜、多變的三維模型的需要。當教師講解復雜的多面體、不同型號的零件、不同風格的建筑時，一般只能通過多媒體、三維動畫演示，學生只能憑借自己的想象進行了解。3D打印技術的快速成型、物化創新設計的特性則可以將這些復雜、多變的物體切切實實地呈現在學生的面前，讓學生能看的到、觸摸到，加深學生的印象，激發學生的學習興趣。

②有助于改善教學效果

學生能夠在有限時間掌握所學知識是教師的第一目的，采用任務驅動教學可以有效讓學生在理論與實踐中掌握知識和技能。3D打印技術的最大優勢就是靈活性，可以拓展教師及學生的想象空間，將他們的新想法新觀點快速的變成現實。教師可以利用3D打印技術打印出來的實體直觀的傳遞他們的教學思想，學生可以從實在的三維模型中掌握抽象的理論知識，提高學習效率，將復雜的知識簡單化。同時，學生可以在設計初期排除錯誤設計，避免時間的浪費。

③促進教師自身的發展

任務驅動教學要求以學生為中心，教師從傳統的知識傳授逐步向組織、引導、指導轉變，任務涉及的內容會出現超出教師專業知識的范疇，這就要求教師從個體走向團隊合作。3D打印技術則需要教師掌握機械、材料、計算機方面的知識，這就促使教師不斷學習，不斷進步，完善自我。

2.3對學生的作用

①提高學生學習積極性

任務驅動教學將學生置于任務情境中，讓其身臨處境的面對不同難題，可以激發學生的學習興趣。胡迪利普森、梅爾芭庫曼在《3D打印：從想象到現實》中重點介紹了美國校園使用3D教學的情況，課程中利用3D打印機激發學生的學習興趣。可以想象，當學生第一眼就看到一臺機器和一堆粉末，以及各種復雜有趣的模型時，并且被告知利用這些可以將自己想象中的東西變成實體模型時，學生是該多么的興奮和激動。這時候，他們會主動的學習、探索，不斷的克服困難，解決任務中的難題，直到任務的解決。

②激發學生的創新思維

任務驅動教學就是讓學生在一個個任務中提升自己的綜合能力。3D打印技術將虛擬轉變成現實，不僅開拓了學生的眼界，還能激發學生的學習興趣，讓學生更加富有想象力和創新思維。如建筑專業學生在學習橋梁承壓能力時，學生可以發揮創新能力，設計出不同類型的橋梁，將其打印出實體，驗證設計橋梁的承壓能力。

③鍛煉學生動手及團隊合作能力

任務驅動法要求在任務完成過程中，學生以小組為單位，合作學習，用團隊的力量完成任務。當需要利用3D打印將設計理念轉變成實體時，單個學生完成打印需要大量時間和精力。因此，在任務驅動教學分組的基礎上，再次對學生工作進行分工，這樣才能在有限時間內完成。同時，團隊合作能力還包括學生與教師之間的合作交流。3D打印需要設計和打印兩個步驟，需要學生參與完成，學生會在樂趣中不斷促進自己設計操作能力的發展，全面提高學生的動手能力和協作能力。

3.結語

3D打印憑借自身的優勢，與任務驅動教學的融合勢在必行。高校可以將其引入課堂，拓展學生的想象空間，鍛煉學生的動手能力，全面培養學生的綜合素質。雖然目前3D打印技術由于材料、成本、以及軟件使用等原因在學校教學中還不夠普及，但隨著3D打印技術不斷的發展，其未來不斷促進教學方法的改革，為培養應用型技能人才發揮更大的作用。

參考文獻：

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