3D打印技術在教育領域的應用研究

方艷艷 劉華銳

[摘要]據(jù)相部門統(tǒng)計，3D打印業(yè)務在國外的發(fā)展勢頭十分迅猛。盡管國內3D打印技術起步晚，發(fā)展存在一定的局限性，但自3D概念一出立即受到了熱捧，且3D打印技術近年來在國內日趨升溫。3D打印技術具有廣闊的應用空間，已從工業(yè)制造逐漸擴展至國防軍事、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生等多個領域。它必將逐漸走進教室、邁入課堂，從而對教學乃至整個教育領域產(chǎn)生深遠的影響。

3D打印技術（簡稱3D打印）是以計算機三維設計模型為藍本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將塑料、金屬粉末、陶瓷粉末、細胞組織等特殊材料進行逐層堆積粘結，最終疊加成型，制造出實體產(chǎn)品的技術。

3D打印這種新興的科學技術，具有廣闊的應用空間，已從工業(yè)制造逐漸擴展至國防軍事、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生等多個領域。我國也緊跟3D打印技術的發(fā)展趨勢，不斷加大研發(fā)力度。隨著3D打印設備體積日趨小型化、打印精度不斷提高、可用材料逐漸豐富，3D打印也將逐漸走進教室、邁入課堂，從而對教學乃至整個教育領域產(chǎn)生深遠的影響。

一、3D打印將促進實裝化教學的發(fā)展

實裝化教學是院校組織學生到實習基地或相關單位開展的一種實踐性教學活動，是院校培訓體系中提升實踐技能的有效途徑。這種集觀看、研討、訓練于一體的實踐性教學方式的興起，是對傳統(tǒng)教學方式的創(chuàng)新和突破。它使教學活動與實際裝備緊密結合，幫助學員消化課堂理論知識，開闊眼界、激發(fā)求知欲望，有利于學員在更廣闊的空間獲取教學實效。但是目前實裝化教學的開展受到很多條件的制約，主要表現(xiàn)在：1.學校與實習單位不在一地，實裝化教學的組織實施受限。2.學校教學進度與實習單位的不一致，實裝教學的計劃制定、課目設置、評價考核等受限。3.裝備更新速度快，實習單位有些系列和型號不全，不能提供全面的實裝。

而3D打印能讓工廠走進課堂。3D打印這種數(shù)字化制造技術，在學術界也稱為增量制造、增材制造、快速原型、快速制造。它具有許多優(yōu)點。首先，3D打印節(jié)省原料、縮短時間、降低費用。從3D打印的原理和過程可知，3D打印是把材料進行逐層堆積疊加成型，從而制造出實體產(chǎn)品。其制造過程被形象地稱為“加法”過程。而傳統(tǒng)制造業(yè)是把模具裁切出需要的產(chǎn)品，被稱作“減法”過程。因此，3D打印比傳統(tǒng)制造要省時省料，節(jié)約成本。其次，3D打印擅長制造個性化、復雜化和高難度的產(chǎn)品。對3D打印來說，打印一個復雜得難以想象的特殊產(chǎn)品，也并不比打印一個外形簡單的長方體消耗更多的時間和成本，因此更適合制造單件和小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)。換句話說，3D打印可以根據(jù)老師的要求，制造出特定剖面、縮放比例大小的模型，滿足上課需要。此外，3D打印不受場地和環(huán)境限制，還能實現(xiàn)遠程制造。3D打印只要有適宜的原材料，不用專門的環(huán)境和場地，就能根據(jù)圖紙打印出實物，可以在教室甚至坐在家中完成打印。3D打印的這些優(yōu)點，使得可以在教室制造實裝滿足教學需要，而且廢棄的產(chǎn)品可以用于再生產(chǎn)，循環(huán)利用，從而使工廠走進課堂。

二、3D打印能提升學生學習興趣

利普森先生在其專著《3D打印，從想象到現(xiàn)實》中，寫了一個用3D打印機制作橡皮泥飛機引起小學生興趣的實例。三分鐘的橡皮泥飛機制作過程，吸引著課堂上的小學生，他們紛紛發(fā)言，提出各種各樣的疑問，還有個頗具企業(yè)家潛質的孩子做了計算，按現(xiàn)有的橡皮泥原料市場價格，計算出每架飛機的售價成本。可見，學習興趣的產(chǎn)生與教學方式有密切的關系。學生學習興趣的培養(yǎng)，主要在教師使學習活動有興趣。一位優(yōu)秀教師曾經(jīng)說過：“如果能抓住學生的想象力，就能抓住他們的注意力。”

學習興趣指一個人對學習的一種積極的認識傾向與情緒狀態(tài)。學生對某一學科有興趣，就會持續(xù)地專心致志地鉆研它，從而提高學習效果。沒有興趣，就沒有記憶，歌德說：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者”。如何讓孩子學習產(chǎn)生興趣，是有效提高教學質量的根本點。由于種種因素的限制，傳統(tǒng)的教學重理論講授輕動手操作。隨著3D打印技術的引入，將工廠搬進教室，這一問題將迎刃而解。隨著合理地使用3D打印，課堂教學將“是令人愉快的”。

三、3D打印會改變教學模式

以計算機為核心的現(xiàn)代教育技術已經(jīng)貫穿于教學的整個過程，充斥于教學的各個角落，極大提高教與學的效率。但不論是授課常用的課件，還是視頻等，都是通過眼睛和耳朵獲取信息。有研究表明，通過眼睛和耳朵獲取的信息會被遺忘的比例高達70%。3D打印引入的“邊做邊學”工程，能有效的調動學生的另一個器官——手，通過觸覺感知，加深學生的記憶。而以計算機為平臺的多媒體和3D打印相結合會改變現(xiàn)有的教學模式，必定能大大提高學生學習興趣。這種“虛實結合”的教學方法，把感知、理解、鞏固與運用融合為一體，使得學生在較短時間內記憶得到強化，可以有效地促進個體主動參與認知結構不斷重組的遞進式學習過程。回顧計算機應用教育的方式，最初僅應用于和計算機有關的課程上，如編程或數(shù)學課。但現(xiàn)在每門課都使用計算機。和計算機一樣，3D打印將打開教授和學習的全新方法的大門。

3D打印從誕生到發(fā)展至今已有三十多年的歷史，之所以還沒有廣泛應用在課堂教學中，主要是受制于目前的技術水平、制作材料等原因。隨著這些問題的一一解決，3D打印必定對教學乃至整個教育領域產(chǎn)生深遠的影響。

參考文獻

[1]（美）利普森，（美）庫曼著，賽迪研究院專家組譯，《3D打印，從想象到現(xiàn)實》[M]，中信出版社，2003年