3D打印技术在小学创客教育中的应用

王敬曦

摘 要：随着互联网技术的不断发展，3D打印技术进入教育领域并逐渐地被人们所重视。现阶段教育工作者已经将3D打印技术与小学创客教育相互结合，形成一种新的教育模式，教育专家也通过详细地讲解这种新的教育模式，逐渐地让教育工作者接受并进行推广发展。

关键词：3D打印技术;小学;创客教育

3D打印技术经过30年的发展，其技术已经比较成熟并且为公众所熟知，各行各业也已经将其在实际工作中进行了应用，现在也开始应用于创客教育中。通过3D打印技术，小学生可将所见到和想到的实物进行立体建模，再用3D打印机进行打印，把想象的物体变为现实模型，这样能直观地将问题很好地进行分析和解决。这一新的技术运用于教育的过程中也开创了一种新的学习方式。

一、创客教育和3D打印技术概述

（一）创客教育概述

创客教育现阶段还未有明确的概念表述，目前阶段最为普遍的说法就是通过创客所具备的文化含义与国内的教育相互融合，使学生产生好奇心理进而激发学习兴趣，增加学生的创造力、动手能力，将现实情境与学习方式进行结合，以数字为基础建立模型，使学生具备发现新问题的能力并对问题加以解决的一种新型教育方式[1]。

（二） 3D打印技术概述

3D打印技术专业化名称为“快速成型技术”，是一种以数字为基础并经过运算形成的模型，再使用专业的黏合性物质，逐层进行叠加打印形成的一种立体模型[2]。3D打印模型一般要经过两道工序才能呈现在我们面前，第一步为模型的建立，即运用专业的画图软件如常见的UG、CAD等三维软件绘制形成最初的模型，然后在模型生成后转化成为特定格式的文件，将文件导入3D打印机中，由3D打印机对文件进行识别分析并转化成为特定层次，然后按照既定的层次进行打印，最终形成我们所绘制的模型。我国对3D打印技术发展也很重视，很多教育工作者通过自身不断学习，将3D打印技术与小学教育相互的结合得比较紧密。

二、3D打印技术在小学创客教育中的应用

（一）建立3D打印技术下的创客空间

3D打印技术在小学生创客教育中进行应用的过程中，硬件储备很重要，这个硬件储备的基础便是创客空间，这个空间是一个教师与学生共用的平台，参与的小学生在这个平台内进行自主操作，在操作结束后积累经验并进行分享。在创客空间进行建设的过程中，师生应该设立一个清晰的目标，要将学校的情况结合创客教育，创建适合学校长期发展的创客空间。这个空间所需要的设备包括3D打印机及打印所需要的材料、含有建模软件的计算机以及相关的一些材料，这些材料是完成小学生建模的基础条件。

（二）创客教育课堂运行

只要教育用资金能够按照要求准时提供，创客空间便能够建立完成。但是与之相对应的创客教育课堂想要按时运行并非那么容易，一个高素质的教育者是3D打印技术所应用的前提条件。首先，教师在前期的备课过程中，需要查阅大量的资料，这些资料可能包含有不同的学科、不同的专业知识。其次，要对授课的学时进行综合安排，保证学生在学习周期内，有足够的学习和讨论的时间。在创客教育课堂实行的过程中，一个好的教育工作者，能将学生的想象力变成为现实并且打印出来。如常见的在学习一些地理文化的知识过程中，老师就可以利用网络资源对地理知识进行展示，让学生根据自己的理解融入相应的想法进行三维模型建立并传输打印形成模型。教师作为一个参与者，要对各个同学的模型进行鼓励，进而激发学生的创作能力。

（三）三维设计与教育相互结合

创客教育以脚踏实地为基础进行变化创新，在以我国的基础教育为前提的条件下使小学生具备更强的动手能力，在小学生将提出的新想法付诸实践的过程中，使小學生转变学习态度，化被动学习为主动出击，其主要的目标是让小学生在实际操作中通过亲身体会感受来进行发明创造。小学生在这个年纪，具备很强烈的好奇心，特别是对出现的新鲜事物会不由自主地观看并提出各种各样的问题，这样的好处便是能够激发发明创造的能力。在教学进行过程中，仅仅使用3D打印不能满足教育的实际需求，不能保证学生的参与感，反而会使学生出现积极性缺乏而产生厌烦情绪的情况。正是基于此项问题进行综合考量，三维软件的设计建模技术必须参与其中，要将两者做好结合。现阶段教育过程中最为广泛使用的设备为3D扫描仪，这是创客教育中的重要辅助设备。

（四）为教师制作教具

3D打印技术与创客教育两者的相互结合主要表现为两个过程，首先是前期的三维模型的建立，其次是建立模型后到3D打印这一个过程。当然3D打印需要相关联的设备进行输出，这对一个小学生而言要求没有那么高。创客教育中的关键点便是模型的设计建立，这是特别关键的步骤。在实际的教学进程中，主要设施分别为三维建模的软件和3D打印机两种。任课教师要对三维设计软件的基础功能进行讲解，让听课的小学生能够进行一些简单的设计，再在后期进行打印成模型。教师通过对3D打印技术系统全面的讲解，能使小学生对软件有一个初步的掌握，具备基本的建模能力并完成后续的打印，通过加强练习后能够熟练地进行使用。小学阶段所使用的教学用具总体而言比较简单，结构清晰，小学生进行初步了解后，结合自己的想象进行三维建模并进行打印，这样能够很好地增加对设备使用的熟练程度，同时能够为其他要学习的科目带来帮助。如打印常见的数学教育使用的三角尺、方尺等模型，同时，对生活中的一些著名建筑物进行建模缩小，可以说，其对促进小学生各种能力提高的作用是不言而喻的。

（五）与开源硬件相互结合创新开发新产品

创客教育与3D打印技术运用的前提是小学生应具备敏锐的观察能力，能自己动手独立操作，进而自己设计出好的作品。在小学生进行作品设计的过程中，老师应该全程进行指导教育，对小学生的各方面素质进行提高帮助。与传统的模型制造行业对比来看，3D打印技术整体优势明显，特别是制作材料节省、用料简单，而传统批量化模型的生产需要与之相对应的模具。在创新应用方面，教师也可以与学生组成一个小的团队，发挥每个学生的自身优势，进行个性化的产品模型建立。在创客教育进行的过程中，可以对产品进行原始化的设计并且进行功能开发，利用开源硬件的功能，对新开发的模型的产品功能进行实现。这样做带来的好处就是增加学生的创新能力，在对一个新的产品设计、讨论的过程中，学生能够发挥自己的想象力，对设计过程中不合理的地方进行优化整改，从而使设计的产品更加合理，更具备实用性。小学生在3D技术的使用过程中，想象力会被不断激发，各项能力得以提高。

综上所述，3D打印技术与创客教育两者完美地结合，对小学生的创作能力、想象能力、综合素质的提高具有很大的帮助，能够促进小学生的德智体美全面发展。虽然3D打印技术能够带来这么多的好处，但本身也存在技术上的短板，如我们常见的打印周期较长、耗时较多、打印材料成本无法降低、打印出来的模型质量低下等一系列问题。这些问题在创客教育与3D打印技术相互结合的过程中均应被重点考虑。授课教师要以身作则，对小学生进行全面的指导，减少不必要的打印时间，提高打印效率，对打印使用的材料进行严格限制，切实减少打印材料的浪费现象。同时要考虑打印过程中可能出现对打印效果产生影响的因素，选择相对稳定的打印环境进行模型的打印。

参考文献

[1]张方蓁.3D打印技术在小学创客教育中的应用与实践[J].好家长，2019（31）：53-54.

[2]邹梅，尚亚丽，陈文云.3D打印在中小学创客教育课堂中的应用[J].长春师范学院学报（自然科学版），2019，38（1）：198-200.