3D打印技術在中學教育中的實踐探索運用

楊福

摘 要：隨著互聯網和創客時代的到來，以大數據、互聯網及3D打印等為代表的信息技術對社會經濟發展及學校人才培養都產生了重大影響。在基礎教育領域，應用3D打印技術還處于初步、探索的階段。科技進步極大的縮小了教育的區域性差異。文中介紹3D打印技術應用于中學的教學的背景和意義以及目前的發展現狀，探索3D打印技術在中學教育中應用的有效途徑，培養學生們的創意設計能力和創新思維能力，讓學生通過”玩中做，做中玩”克服學習上的畏難及怯懦，樹立學習的主動性與自信心。

關鍵詞：3D打印技術;創新精神;探索運用

發達國家已經開始探索3D打印技術對教育的影響，并成立了相關的項目用以促進3D打印技術與教育的融合，從而培養出適應現代設計、制造潮流的人才，從而提高自身的競爭力。新媒體聯盟（New Media Consortium，NMO在2013年地平線報告中提出，3D打印是未來四到五年內值得關注的新技術，它將帶來教學、學習和研究領域的創新。英國及其它歐洲的一些國家也進行了3D打印的相關教學調研，以獲得3D教學對學生課堂的專心度和學習成績的影響。我國的3D打印普及和教育仍處于起步的階段。國家當前十分重視3D打印技術和應用的發展。我國科技部已將3D打印技術納入國家863計劃，各地學校也開始進行有關3D打印課程的試點。國家也對中學的教師給與3D打印技術的培訓。中學中普遍存的知識體系單一，思維固定化，基礎知識薄弱化等弱點導致學生中普遍存在性格不自信，學習上畏難被動等負面情況。是否可以利用3D技術縮小教育的區域性差距？是否可以通過技術動手讓學生克服學習上的被動，畏難心理？

1 3D打印在中學中的教學應用

3D打印技術是應用3D打印機打印出實物模型。因此，在中學教學中，學生已經學習到地理、物理、生物、化學等學科。在現階段的中學教學中，教學道具仍然匱乏，尤其在經濟不發達的地區，更是如此。教師基本無法使用道具進行演示，只能利用課件、播動畫和視頻來替代。學習知識不應該和活動情景分離而獨立抽象存在，在情境中學習，與社會實踐活動結合起來的學習將有利于學習的橫向拓展和縱向深入。3D打印不受圖形限制，可以打印出結構復雜的教學模型，教師將內部認知結構可視化，化抽象為具體，化復雜為簡單問。理工科的課程中，實體化、可拆卸與裝配、可運動的教學道具更能激發學生的興趣和想象力。在制作個性化、非大批量的教學道具中，可以很好地利用3D打印的打印能力。通過3D打印的吸管可以讓學生很好的理解物理連通器的原理（圖1）。打印的恐龍頭顱可以讓學生在生物課上直觀地學習動物骨骼。打印如圖2的古樂器甕可以讓學生直觀的感受到樂器的發聲原理。圖3中的陀螺讓學生可以了解物理中的慣性原理，還可以接著它讓學生了解70年代孩子們的游戲，感受到國家的發展與進步，培養他們的愛國情操。純粹的理論學習使學生的大腦僵化。通過在我校實踐開設了創意設計和3D打印于一體的“邊學邊做邊動腦信息技術”課程后，把數學、語文、美術、科學、綜合實踐等課中的許多內容整合，通過讓學生動手創意設計一些由3D打印組件組成的小發明小創造，讓學生的想象力在“邊學邊做邊動腦”中得到了發展。在課堂教學中引導學生展開想象，并采用3D打印技術把自己的想像變為實體，運用到學習和生活中去，能更加有效地培養學生的創新意識。

2 3D打印技術對教育的影響

2.1 對學生的影響

3D打印技術可以提升學生的學習主動性，培養學生的創新思維，給學生的“學習方式”帶來新的思考。3D打印技術讓抽象的教學概念更加容易理解，可以激發學生對科學、數學，尤其是工程和設計創意的興趣，帶來實踐與理論、知識與思維、現實與未來三方面的相互結合。具體表現為：1）通過3D打印，讓學生的想象更容易變成現實，培養學生的創新意識，鼓勵學生的創新實踐。2）學習運用簡易建模軟件，發展學生立體空間思維。3）通過3D打印實體的觸覺過程，為學生建立一種新型的學習通道。4）選擇貼近生活的建模主題，培養學生解決生活實際問題的能力。5）通過過技術動手讓學生克服學習上的被動，畏難心理。6）通過3D打印實踐建立學生的學習主動性，極大提高學習積極性。

2.2 對教師的影響

3D打印技術可以幫助教師探索新型的教學方法。教師借助3D打印技術可以為學生創建“體驗式”學習中心和知識運用空間。學生通過主動參與到真實的實踐活動中，親自動手操作獲得直接的學習體驗，提高解決問題的知識與技能水平。教師也在教學中不斷的提升了自己的學習，教學及技術水平。在利用3D打印技術輔助教學的過程中，學生的學習內容可以是專題探究學習。在探究學習過程中，教師為學生提供學習主題及設計綱要，學生主動地進行學習和探究。學生在專注于研究主題的同時，會自然地將3D打印機作為學習或探究內容的一部分。學生可以利用3D打印機將一個想法變成現實，將一個知識或問題以可視的打印作品呈現，有助于個性化和創新思維的發展。基于3D打印技術的自主學習能改善學習效果并伴隨產生其他更廣泛的利益，例如在物理和數學學科教學中，教師非常希望能成功地使用打印機來促進學生思考、推理和理解學科教學知識，并且開展學生為主導的實驗。這種自主學習方式更大程度地將學習的主動權交給學生，讓學生在3D打印技術支持下進行自主學習，將知識學以致用。這種突破性的新教學方法，不僅有利于學生個性化發展，而且有助于學生創新思維、邏輯思維和空間想象力的培養。

3 結束語

做為一名一線教師，實踐開啟了3D打印技術在中學教與學的探索，在實踐過程中也遭遇一些問題。比如打印復雜模型時耗時、耗力的問題，網絡軟件與打印機接口契合的問題，教師和學生熟練使用3D打印機的問題等。如何將3D打印技術恰當有效地應用到中學學科教育中以優化教與學活動過程，提升教學質量，仍然是教育研究者值得探索的問題。

參考文獻

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