將3D打印技術運用于高中地理教學

盛啟紅

【摘 要】3D打印已經可以精準地分出地形、水體、地貌和地勢特征。在制作繁雜的社會城市結構或自然地理結構模型時，傳統的地理模型制造工藝相當耗費人力、物力，成本高，周期長，要求制作人員有非常精湛的技藝水平。3D打印技術在地理教學中將發揮非常重要的作用。

【關鍵詞】3D打印;高中地理;地理教具;地理模型;三維數據

3D打印即快速成型技術的一種，是一種基于數字模型文件，運用可黏合的塑料或粉末狀金屬等材料，通過3D成型設備，以材料疊加的方式生成的實物模型。也就是說，3D打印機是能夠打印出真實物體的一種設備。因而，3D打印技術在地理教學中將發揮非常重要的作用。

一、打印3D地形圖

3D打印應用于地理教學的關鍵之處，在于對地理模型三維數據的設計。要打印出精準的地理模型，先要建設完善的地理模型數據庫。目前，獲得三維地理數據的主要途徑有三種，一是對實物進行三維掃描;二是運用MAX等三維軟件設計地理模型;三是直接從衛星提供的3D影像數據庫中導出三維DEM（數字高程模型圖），或運用GIS軟件導入3D打印機兼容的文件，直接打印模型，如果是大范圍的地理結構圖，可采取分段分塊的方式，將地理模型逐塊打印，再拼接到一起。

二、制作地理教具

目前，地理教學常用的工具和儀器由專門的教學設備制作工廠制作發行。傳統地理教學模型制作過程中，多采用手工制作、模型加工或鑄模方法，其生產速度均很緩慢，成本較高昂，多媒體課件中展示的教學內容也無法使學生直接接觸和觀察三維實體。3D打印地形圖僅需幾小時即可輸出高質量的地理模型，如平原、城區和山地等，成本低廉。教師可通過有形的三維格式展示教科書中提取的二維信息，并可設計個性化的教學模型以適應教學內容的變化。

3D打印無須經過機械加工或模具生產過程，就可從計算機圖形數據中生成任意形狀的物體，因此可廣泛使用于地理教學模具的制作。教師可根據課程需要，自己設計、打印教具。如制作增強型的立體教具、學具，制作等高線判讀模型、褶皺與斷層模型、火山模型、喀斯特地貌模型、海底地形模型等。

可視化教具對提高地理教學效率有顯著促進作用。傳統教學場景下，教師多使用語言、圖片和視頻描述教學內容，較少配備或無法定制形象直觀的立體教具，多數教師也都缺乏制作或設計教具的工具和能力。3D打印技術可提供更多的創造空間，教師可自行制作某些教具并在課堂上展示，學生也可觀察、觸摸和組裝這些教具，這種方式顯然要比傳統的教學效果更好。另外，將3D打印技術應用于教學時，只要共享所設計的文件，這些模型就可以在教師甚至是學生之間分享，充分發揮其作用。

如在學習高中地理（人教版·必修1）第四章“地表形態的塑造”這一內容時，由于學生的生活經驗有限，其對許多地形地貌都不了解，簡單依靠圖片無法形成完整的認知。這時教師就可以利用3D打印技術，快速打印出上課所需地形地貌的微縮模型，如冰川、角峰、冰斗等。

又如，在學習背斜和向斜相關知識時，許多學生對于背斜巖層“中間老，兩翼新”、向斜巖層“中間新，兩翼老”理解不透徹。教師可利用3D打印機打印出背斜、向斜地形的縱剖面模型，并在剖面上刻出相間的槽痕，規定不同顏色代表不同地質年代的巖層，讓學生根據巖層新老給剖面上的槽痕上色。由于3D打印機可快速成型，模型材料成本低，教師可打印出較多模型分發給學生。

再如，山地地形類型多樣，包括山谷、山脊、山麓、沖積扇等。這幾種地貌分布在山地的不同地段，各自特點和形成原因也不盡相同，學生容易混淆。采用3D打印技術打印出山地地形的模型，可幫助學生更近距離地直觀認識這幾種地貌。

由于安全、時間等因素的限制，有些課外實踐活動學生無法實地進行，這時教師就可運用3D打印技術將原定實踐目的地打印出來，讓學生更直觀地感受并參與到活動中。三維立體實物相對于二維圖片或視頻而言，更具吸引力，也更能激發學生探索的興趣。

教師還可以帶領學生開展“3D打印三維校園地圖”“設計家園別墅”等活動，能大大激發學生設計的興趣;3D打印將學生的構思轉變為真實的立體彩色模型，把抽象的概念和設計帶入現實生活中，使學習活動更為生動，能有效激發學生實踐的積極性，提高學習熱情。這個過程需要學生的實踐操作，從設計到打印都由學生自主參與完成，有利于促進其操作能力、觀察能力和制作能力的發展，進而全面提高動手能力和參與能力。在實踐學習活動過程中，學生的動手能力、設計能力和創新能力等得到全面發展和提高，這是推動學生創新精神和創造能力發展的重要環節，對培養創新型人才具有積極意義。

三、為教師教學效果及學生學習效果提供實時互評的依據

例如，在學生學習“中國黃土高原水土流失的治理”一課后，教師可讓學生設計水土流失的治理方案，并運用3D打印技術將設計成果打印出來，進行交流，教師評價后提出改進建議。通過這種方式檢測教師教學效果和學生學習效果，并改進教學方式。又如，通過讓學生聯系課堂知識，設計并動手打印“黃土高原特征”三維模型，可將抽象的知識變成有趣的動手實踐，幫助學生更好地掌握復雜抽象的知識。

目前，3D打印在我國地理教學中少有應用，原因主要涉及設備造價較高，成型件多為樹脂類，剛度、強度、耐熱性有限;數字模型預處理軟件與驅動軟件運算量大，軟件系統操作復雜，入門困難等諸多限制性條件，但筆者相信，隨著3D打印技術的不斷發展，必將給高中地理教學帶來全新的面貌。

【參考文獻】

[1]劉步青.3D打印技術的內在風險與政策法律規范[J].科學經濟社會，2013（02）

[2]楊陽.P3D數字模型課堂互動的創新教學模式[J].中國教育信息化，2013（04）

[3]羅雨.3D視影仿真數字平臺在旅游教學中的應用[J].寧波大學學報（教育科學版），2013（01）

（作者單位：西藏林芝地區第一中學）