3Ｄ打印技術在中學教學中的應用與探究

侯東秀

摘 要：3D打印技術應用在中學學科教學中是教學改革的一大創新。目前，在大多數學校中，3D打印技術依然停留在教技術的層面上，而理想狀態是把3D打印技術與學科教學相結合，提高學生的學習興趣、培養他們的動手能力、創新能力和空間思維能力。讓教師將課本上的將知識形象化、將內容立體化，有利于開展更加生動形象的教學新模式，激發學生學習的積極性，最終提高教育教學質量。

關鍵詞：3D打印技術 學科教學 教育新模式

3D打印技術是一種以數字模型文件為基礎，運用金屬或者塑料等材料，通過逐層打印的方式來構造實物模型的技術。3D打印技術引入中學教育可以提高學生的創新能力和創新思想，因此，各國政府都對3D打印技術引進課程非常重視。由于上級的重視，近年來，3D打印技術井噴式地進入了中小學課堂。在未來，3D打印技術在學科教育上的應用將進一步擴大，這將是一種潮流、勢不可擋！

一、3D打印技術在教學中應用的優勢

在我國，很多學校開設了集三維設計與3D打印于一體的課程，這類課程讓抽象的實物立體化，這就激發了學生產生一個想法，能不能將3D打印技術與語文、數學、物理、生物等多學科相融合，使復雜知識形象化，促進他們的理解。3D打印技術在教學中應用的主要優勢有以下幾點：（1）學生可以對某些科學現象或科學過程進行可視化觀察，鼓勵學生動手實踐，培養學生的創新意識，激發學生潛能;（2）通過3D打印技術實現視覺和觸覺的結合，不同于簡單的閱讀文本和圖像。 這就為學生建立了新的學習渠道，加深了他們對知識的理解和記憶，并激發了他們進行深入學習的熱情;（3）通過簡單的建模軟件的學習，拓展了學生的空間思維能力，也方便了以后對專業建模軟件的學習。^[1]

二、3D打印技術在教學活動中的具體應用

1.3D打印技術在語文學科中的應用

在初中語文《人民大會堂》一課的教學。人民大會堂的結構非常復雜。在過去，教學主要依靠學生對課文的理解來把握課文的內容。他們用圖片和視頻來幫助學生了解人民大會堂的結構與功能。利用3D打印技術可以更形象地展示人民大會堂的內部結構;利用3D打印技術，教師可以打印出一個“真實”的“人民大會堂”，供學生觀察、討論、研究，這樣教學過程將變得生動、富有樂趣，教學效率自然會大大提高。^[2]

2.3D打印技術在數學學科中的應用

數學中的立體幾何對學生來說常常是困難的。過去，在這部分教學中，教師大多使用爆炸圖，或者利用泥巴模型的方法來幫助學生理解幾何的變化。準備這些教具花費很多時間，但效果并不理想。利用3D打印技術，教師可以輕松地為學生打印出所需的幾何圖形，并根據需要進行實際的切割或其他改變。這種教學方法易被學生且事半功倍。例如，當一個圓柱被斜切時，橫截面是什么？通過畫圖的方式很難理解。利用3D打印技術，這個問題將變得很簡單。學生可以在3D打印的實物上建立一個斜面，相當于一個“斜切面”，然后在截面上進行進一步的測量和計算，得出自己的結論，這樣一個數學問題就簡單地被解決。

3.3D打印技術在物理學科中的應用

在物理學科中可以利用3D打印技術的理念來開展教學的活動有物態變化章節和光現象章節。物理狀態變化一章主要包括溫度、熔化與凝固、汽化與液化、升華與凝華這四部分，要用四節課講完。在教育教學過程中，學生可以通過學習3D打印技術的原理和材料特性，了解3D打印是通過材料的熔化和凝固來構建實物。3D打印技術這一課教學中的好處有以下幾點：（1）教學過程更簡單，只要一節3D打印課就可以學完熔化和凝固的知識;（2）理論知識與科學技術相結合，讓學生明白理論是科技進步的基石;（3）使課堂更生動有趣，體現了“以學生為本”的教育教學理念;（4） 通過觀察3D打印機的操作過程，可以更有效地完成熔化和凝固概念的學習。

4.3D打印技術在生物學科中的應用

在生物教學中，老師通常會用生物模型來教學，讓學生更好地理解所學的知識。分析現有資料顯示，許多現有的生物模型缺乏立體感和完整性，并且會有科學錯誤、結構表征不當等問題，這都是不利于生物學教學的，甚至會誤導學生形成錯誤的生物概念。利用3D打印技術開展生物模型構建活動，然后將3D打印的生物模型利用在生物教學中，這在培養學生的模型構建能力和科學思維能力的同時，也開發出適合中學生物教學的3D打印生物模型。

5.3D打印技術在信息技術學科中的應用

計算機硬件知識和計算機裝配一直是信息技術學科教學的難點之一。在一些硬件條件薄弱的學校，教師只能使用少量的設備給學生進行集體演示與觀察。學生很難直接接觸到網卡、主板、CPU和內存模塊等，他們所獲得的知識往往是模糊的。隨著3D打印技術的出現，這些配件可以按1：1的比例打印出來，分發給每個學生，滿足學生近距離觀察、接觸和組裝的愿望。

三、3D打印技術教學實踐中的問題和建議

3D打印技術拓寬了人們的感覺和知覺，促進了人們思維能力的進一步發展，它與教學的整合勢在必行。目前，3D打印技術在教學實踐中存在許多問題。為了更好地在中學學科教學中融入3D打印技術，個人將提出以下建議。

1.3D打印機是教學科研的基礎設備，學校應該安裝配套的3D打印機，如果教學和資金條件允許，還可以安裝配備的外圍設備，如3D掃描儀等。

2.編輯規范化的3D打印教材。據搜索表明，關于3D打印技術方面的書籍不多，適用于中學生使用的更少，因此，編寫適合中學生使用的3D打印技術教材迫在眉睫，然而，學校也可以編寫符合自己教學要求的教材。

3.對各科教師培訓3D打印技術。3D打印技術與各學科的融合就需要各科教師都掌握3D打印技術，以便在教學中使用。在培訓過程中，除了培訓相應的3D打印技術外，還要注重培訓教師如何引導學生的思維發散力和想象力。

參考文獻

[1]梁森山.3D教育藍皮書[M].北京：人民郵電出版社，2016：

[2]胡明秋.3D打印技術在數學課堂教學中的應用[J].高師理科學刊.2019（12）.