3D打印在青少年創(chuàng)客教育中的應(yīng)用

馬金偉　趙曉云

摘要：近年來我國推出眾多支持3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)政策，這為其融入創(chuàng)客教育發(fā)展帶來新的契機(jī)。3D打印成為開展創(chuàng)客教育的重要工具，正慢慢變化著青少年課程體系制度。如何合理的將3D打印與創(chuàng)客教育模式結(jié)合，推動(dòng)教育創(chuàng)新發(fā)展，為國家人才培養(yǎng)貢獻(xiàn)力量，這是一個(gè)值得教育工作者思考的問題

關(guān)鍵詞：3D打印；創(chuàng)客教育；青少年創(chuàng)客

一、引言

在時(shí)代高速發(fā)展下，培育高素質(zhì)創(chuàng)新應(yīng)用型人才是當(dāng)前國家教育事業(yè)發(fā)展的重要使命，培養(yǎng)必須從青少年時(shí)期著手。目前中國政府高度重視3D打印技術(shù)應(yīng)用推廣，陸續(xù)頒布眾多政策力挺3D打印教育事業(yè)，使其發(fā)展達(dá)到了一個(gè)新的臺階，正處于機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的局面。

二、3D打印技術(shù)原理及應(yīng)用優(yōu)勢分析

3D打印（3DP）是快速成型工藝的一種，它以數(shù)字模型文件為根本，采取塑料（PLA、ABS等）或粉末狀金屬（合金、鋁等金屬質(zhì)料粉末）等粘度質(zhì)料，通過物料層層堆疊來實(shí)現(xiàn)物體創(chuàng)造的方法。理論上什么都可以實(shí)現(xiàn)的，不受產(chǎn)品的形狀，結(jié)構(gòu)的影響，能夠達(dá)到“所思所想所得”的效果。

1.“創(chuàng)意”無邊界

神話故事的神仙們可以根據(jù)自己的想法任意變幻出各種各樣的東西，這對于普通人來說是一件非常難實(shí)現(xiàn)的事情。3D打印技術(shù)自發(fā)明推出以來，給了我們太多的驚喜，讓我們完全可以相信通過它能實(shí)現(xiàn)這一切。創(chuàng)意想法能在短時(shí)間成形，實(shí)現(xiàn)了平面到實(shí)體的飛躍，將人們過去認(rèn)為天方夜譚的事轉(zhuǎn)變成現(xiàn)實(shí)。基于3D打印的優(yōu)勢，孕育了很多新穎的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方案，縮短研發(fā)時(shí)間。

2.“創(chuàng)造”無邊界

3D打印屬于增材制造技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的“減材”加工（車、銑等） 和“等材”制造 （鑄造、沖壓等） 不同，它通過物料堆疊，打印出實(shí)體，使得過去無法通過傳統(tǒng)加工工藝加工出的非標(biāo)零件變?yōu)榭赡堋Ｓ行Ч?jié)省物料，提高利用率，可大規(guī)模同時(shí)生產(chǎn)大大降低成本。

三、3D打印在創(chuàng)客教育里的定位

1.何為創(chuàng)客教育

國家教育部在2016年提出《教育信息化“十三五”規(guī)劃》， 明確指出各學(xué)校要積極探索先進(jìn)技術(shù)在學(xué)生“眾創(chuàng)空間”、“創(chuàng)客教育”等新的體制中的利用空間。“創(chuàng)客”在國內(nèi)開始流行，各省各市也眾多學(xué)校紛紛成立“創(chuàng)客空間”，推出了“創(chuàng)客教育”。

3D打印創(chuàng)客主要以課程為載體，3D打印機(jī)為輔，貫穿科學(xué)、數(shù)學(xué)、物化、藝術(shù)等多學(xué)科知識，重點(diǎn)將創(chuàng)意想法進(jìn)行“實(shí)踐創(chuàng)造”。提升青年學(xué)生的信息水平、創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力，養(yǎng)成跨學(xué)科解決問題習(xí)慣，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，為國家培養(yǎng)雙創(chuàng)型人才打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2. 兩者之間的聯(lián)系

從2015年開始，各省市教育單位、外界教育機(jī)構(gòu)更是熱衷于3D打印。眾多學(xué)校、機(jī)構(gòu)購置了3D打印機(jī)作為教學(xué)工具，成為建設(shè)信息化課堂的標(biāo)配，受到廣大師生的歡迎與推崇。3D打印技術(shù)正慢慢成為高效率開展創(chuàng)客教育的重要教學(xué)工具。

3.3D打印融入創(chuàng)客學(xué)堂的優(yōu)勢

目前普遍的課堂教學(xué)以書本教材為核心、老師講授為主、集中課堂學(xué)習(xí)的教學(xué)模式展開。此教學(xué)模式存在著一定的缺陷性，學(xué)生本應(yīng)該作為課堂學(xué)習(xí)的主體然而卻在實(shí)際學(xué)習(xí)過程中被動(dòng)灌輸知識，缺少學(xué)習(xí)主動(dòng)性。這與當(dāng)代社會(huì)對未來新一代人才培養(yǎng)不相徑庭。

教師在授課時(shí)不在單一灌輸知識，更充滿著鼓勵(lì)和支持，讓學(xué)生享受過程、掌握本領(lǐng)、有所收獲。在這個(gè)數(shù)據(jù)爆炸的時(shí)代，充分應(yīng)用3d打印等先進(jìn)技術(shù)，探索書本學(xué)習(xí)與實(shí)踐創(chuàng)新相融合的課程體系，將會(huì)大大促進(jìn)學(xué)生的知識掌握與運(yùn)用能力、創(chuàng)新能力的養(yǎng)成。青年學(xué)生群體有著無窮的想象力，通過結(jié)合課本本上知識，外加3D打印這個(gè)必要教學(xué)工具，能促使學(xué)習(xí)環(huán)境發(fā)生巨大的變化。有效促進(jìn)學(xué)生潛能的充分開發(fā)與個(gè)性的全面發(fā)展，為國家培養(yǎng)大批創(chuàng)新型人才做鋪墊。

四、3D打印在創(chuàng)客教育里的應(yīng)用

1.3D打印機(jī)應(yīng)用

首先可以采用純理論教學(xué)，向?qū)W生介紹3D打印機(jī)起源發(fā)展、主要特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域。讓學(xué)生對3D打印機(jī)有初步的了解，結(jié)合自身興趣進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)。3D打印機(jī)使用過程為建模、切片、打印大三步驟。

現(xiàn)在主流三維建模軟件有UG、3DS Max、123D Design等軟件。其中123D Design這款比較適合青少年初學(xué)者使用，它通過簡單直觀的操作界面以及豐富的操作命令，使得學(xué)生可以自由的建造模型。通過建模軟件的學(xué)習(xí)，讓青少年創(chuàng)客盡快通曉三維軟件的基本操作，能夠獨(dú)立進(jìn)行天馬行空的個(gè)性化設(shè)計(jì)。

切片軟件的設(shè)置（材料、速度、填充度、溫度、支撐）直接影響了最終打印成果。通過這一階段的探索學(xué)習(xí)，要求青少年創(chuàng)客們熟練掌握各個(gè)設(shè)置命令對模型打印的影響。

模型導(dǎo)入到后，學(xué)會(huì)操作使用3D打印機(jī)，等到一定時(shí)間后就能獲得自己設(shè)計(jì)建模的產(chǎn)品。通過打印出的作品，學(xué)生們也能發(fā)現(xiàn)一些自己在制作過程中存在的問題，就可以在三維模型上修改，進(jìn)一步完善自己的模型。

2.三維掃描儀應(yīng)用

三維掃描儀的核心是三維光學(xué)掃描系統(tǒng)。目前普遍使用質(zhì)檢、制造、動(dòng)漫創(chuàng)作等領(lǐng)域。

手持式三維掃描儀應(yīng)到到課堂，讓學(xué)生真實(shí)感受前沿科技。通過簡單的操作命令與直觀的觸、視覺體驗(yàn)，使他們能通過三維角度認(rèn)識世界。充分調(diào)動(dòng)學(xué)生在掃描期間和后期調(diào)整處理時(shí)的積極性，使用熟練后通過三維掃描能快速生成復(fù)雜模型。

3.3D打印筆應(yīng)用

“神筆馬良”的故事深入人心，馬良有著一支奇特的筆。通過這支筆，他能得到想象出的所有東西。3D打印筆與那支神奇的筆類似，它可以在桌上、空中書寫，實(shí)現(xiàn)二維創(chuàng)意變?nèi)S實(shí)體。使用PLA、ABS作為原材料，只要通上電，立馬可以開始奇神奇創(chuàng)作之旅。再者學(xué)生們從小拿筆寫字，對筆有著一定依賴性，3D打印筆正是可以拿在手上使用，適用于6歲以上的學(xué)生，價(jià)格低廉且不受環(huán)境限制等因素限制。

五、結(jié)束語

隨著科技進(jìn)步、技術(shù)日益完善，3D打印必將更加智能化、高效化。將在中小學(xué)創(chuàng)客教育中起到重要的用途，真正的服務(wù)大眾生活，為國家創(chuàng)新型人才培養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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