3D打印技术在中学技术教育中的应用

钱辰涞 倪梁怡

摘要：3D打印技术引入中学技术教育，改变了教与学的传统模式，让学生自主地开展跨学科学习，激发了学习动力，加快了创新思维能力和创造设计能力的培养，为教学提供了思想、智慧与科技相融合的最佳路径，也为学校的创新教育提供了新的视角和技术支持。

关键词： 3D打印技术；创客教学；中学技术教育中的应用

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）03-0197-02

在这个知识膨胀的年代，各种网络技术、新型媒体大大拓展了人们学习的空间。3D打印技术已成为当今全球最受关注的革命性产业技术之一，它引起了教育领域的高度关注，3D打印已经慢慢走进各大中小学的课堂。这项全新技术不仅影响着传统产业的发展，同时也影响着人们的思维观念，尤其是对传统教育，更有颠覆性的冲击，理论加实体模型的教学方式是未来教育发展的趋势。[1]

3D打印技术应用于教育，改变了学生传统的学习方法，让学生自主自觉地开展跨学科学习，激发他们的学习动力，更是加快了创新思维能力和创造设计能力的培养，为教学提供了思想、智慧与科技相融合的最佳路径，也为学校的创新教育提供了新的视角和技术支持。

1 核心概念界定

1） 3D打印技术概述

3D打印是断层扫描的逆过程，断层扫描是把某个东西“切”成无数叠加的片，3D打印就是一片一片地打印，然后叠加到一起，成为一个立体物体。因此3D打印更像是一个产品制造机器。[1] 3D打印几乎可以用于你能想象到的所有工作场景，从使用巧克力烹饪佳肴到打印假肢以及为病人定制打印可以移植的器官，这些工具正在从根本上改变原型制作和设计的方法。[2]

2） 《初中劳动与技术》与《高中通用技术》

本文中的中学技术教育课程是特指《初中劳动与技术》与《高中通用技术》这两门课程，前者以学生获得积极的劳动体验，形成良好技术素养为基本目标，以操作性学习为基本特征的教育。[3]后者是以提高学生的技术素养为主旨，以设计学习、操作学习为主要特征的基础教育课程，是国家规定的普通高中学生的必修课程。[4] 高中通用技术与九年义务教育初中劳动与技术教育是相衔接的。

中学技术教育课程的核心理念是“做中学”和“学中做”，要求学生通过亲身操作、体验为基础，通过观察、研究、制作、等活动来获得“操作”体验，最终获得情感态度、价值观以及技术能力的发展。将3D打印技术引入课程中，通过3D建模软件三维设计培养学生的技术设计创新思维能力，通过3D打印出各种模型来提高学生的动手实践能力。

2 3D打印技术引入中学技术教育课堂中的运用

随着3D打印技术的发展，很多大中小学已经装备了3D打印机，这项技术使学生们的思维更开放，培养了学生们使用电子设备、协作及3D设计能力的数字素养。3D打印技术的特点符合中学技术教育的课程目标，3D打印技术作为一种快速成型技术，能将学生的设计转换成实体模型并进行相关操作试验，帮助学生整理自己的设计思路，以便不断改进设计。具体运用如下：

首先挑选合适的3D建模软件，老师要选择推荐给学生适合的，易学易懂的软件，帮助指导学生解决3D建模设计的难点。其次，通过3D建模软件设计的学习和体验，让师生尽快掌握3D建模软件的使用方法，设计出属于自己创意的3D模型。最后，通过3D打印机打印出自己的个性作品，展示分享，并对作品进行分析研究反思，以便积累制作设计等各方面的经验。

1） 3D打印技术在初中劳动与技术教育课程中的运用

江苏省初中劳技教材中有12本教材，一般根据学校实际情况，灵活选择使用这些教材，以下是选取其中三本为例说明3D打印技术与课程结合后的创客活动项目。

3D打印技术与课程结合后，使原有课程大大提高了创新性，比如在初中陶艺教学中，学生通过初步学习，可以设计制作出简单有造型的花盆或杯子等物品，这已经基本达到了课程的目标，但有时学生创新的想法在实际操作中碰到具体技术难度，无法实现，这种情况下，就可以结合3D打印来DIY实现愿望，只要想像得出，通过建模软件画出来，就能制作出来，这样的3D作品打印出来后，可以反过来让学生探究如何用制陶的方法实现，更有利于对传统手法的理解和学习，有利于课程的拓展与创新，一定程度上，培养了学生的实践创新精神和创造力。

3D打印技术与初三电子电工结合，建立DIY创客空间，最具有实效性，可以助力学生创意实现。本身电子作品与3D打印完美结合后，可以使作品的外观及功能性方面更具个性，学生可以根据实际需求来设计制作，不再单一，作品具有很强的原创、功用性。

2） 3D打印技术在高中通用技术课程中的运用

高中通用技术课程立足九年义务教育的基础，以基础的、宽泛的、与学生日常生活联系紧密的技术内容为载体，以进一步提高学生的技术素养促进学生全面而富有个性的发展为目标，是一门立足实践、高度综合、注重创造的学科，是一门科学与人文融合的课程。[4]高中通用技術课程包含必修和选修课程，必修课程为《技术与设计1》、《技术与设计2》，将3D打印技术与通用技术课程结合后，在必修课程中通过3D打印建模软件的进一步深度学习设计可以培养学生技术实践操作能力和技术创新意识。选修课程有7个模块，在选修课程中通过3D打印DIY设计打印出的各种建筑模型或小型生活艺术品、简易机器人等可提高学生的动手实践能力并使学生的创新思维能力的得以发展。

3 3D打印技术在教育领域中的影响与发展前景

3D打印对于教学和学习的重要价值体现在，能够更加真实地呈现特定的事物，并让学生获得深刻的感知体验。3D打印在教育教学中优势显著，意义深远。

首先，激发创作热情，提升学生设计创造能力和创新思维能力。基于对3D打印技术本身特性，将它作为一种学习工具引入课堂，这个教学过程激发学生学习动力，使学生们的创新设计成为可能，最终提高了学生的综合科技素养。其次，开启新的教学模式，改变传统模式。传统的应试教育，很少开设培养学生“创新精神和创造力”的课程，纯理论的学习使学生的思维僵化，现在已经到了急需以“学科为中心”向“以学习者为中心”转变的时候，教师应推行以学生为主体的课堂，“以学生为中心”。[5]3D打印引入教学后，更注重体验和实践操作，彻底改变了老师的教学方法和学生的学习方式。

随着学校对3D打印技术的了解与重视，以及3D打印技术不断改进、成本持续降低，3D打印技术进入日常教学课堂指日可待，可以设想在现代教育领域中的实际应用，比如在物理课中，开设 “边学边做”的课程，把许多抽象概念通过让学生动手设计打印组件，组成的小电路和小装置；生物课程中，可以打印出细胞、器官和其他重要的生物样本；化学课程中，可以打印出复杂的白质分和其他分子模型来进行观察；在数学课程中，可以打印几何体，让学生更直观地去了解几何体内部各元素之间的联系……，随着3D打印材料的多样化发展以及打印技术的革新，相信未来与教育领域的结合将更加紧密，3D打印技术将得以全面普及。

参考文献：

[1] 徐旺.3D打印：从平面到立体[M].北京：清华大学出版社，2014.

[2] [美]史蒂文·奥斯本.创客在行动：21位创客先锋访谈录[M]. 李景媛，等，译.北京：机械工业出版社，2017.

[3] 江苏省义务教育劳动与技术课程纲要[S].

[4] 江苏省技术课程标准（实验稿）[S].

[5] 曹明元.3D打印技术概论[M].北京：机械工业出版社，2016.