羅華明+郭龍+金開龍+鄭云+楊珊+楊景

摘 要：3D打印技術在各個行業(yè)都有較大的應用空間，在教育行業(yè)可將3D打印技術與中小學教學相結合并應用于實踐，使之成為教師教學中重要的輔助工具，幫助學校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。該技術既可以有力地解決當下的教學問題——教學質量不高和不注重能力發(fā)展等問題，也可以將創(chuàng)客教育的核心內容和STEAM課程與素質教育有機結合起來，幫助學生更好地學習。創(chuàng)客教育與素質教育的結合不僅會讓學生們更好地體驗到素質教育的意義，還可以提高學生的創(chuàng)新意識。同時開展的STEAM課程可以輔助學生更好地發(fā)揮自己的創(chuàng)造能力。

關鍵詞：3D打印技術；中小學教學；創(chuàng)客教育；STEAM課程

中圖分類號：TP39；TM131；G434 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）11-0-03

0 引 言

隨著信息技術的發(fā)展以及社會的需要，3D打印技術在各行各業(yè)中越來越凸顯出巨大的作用和便捷性。因此，3D打印技術和中小學教學相結合不僅是社會教育和學校教育發(fā)展的需要，也是一個國家富強的需要，更是當代教育的需要。社會的發(fā)展明確了中小學教學改革的努力方向，與此同時，應用3D打印技術可以加快促進傳統(tǒng)應試教學過渡到素質教學。而相對于其他行業(yè)，3D打印技術在教育教學領域中的應用較少，所以將3D打印技術、創(chuàng)客教育的核心理念、STEAM課程與素質教育相結合，并應用于中小學教學具有十分重要的意義。目前，雖然我國大部分學校都提倡素質教育，但在教育和教學中還存在著許多問題。譬如課堂氛圍活躍度欠缺、學生經(jīng)常感覺教學枯燥無味、教學質量不高、學生的空間想象力缺乏以及學生的創(chuàng)造能力難以得到提高等。這些都是中小學教學中亟待解決的問題，而創(chuàng)客教育教學和STEAM課程及教學方法的創(chuàng)新應用就是解決這些問題的方法。

1 3D打印技術原理

3D打印技術可以將構想通過電腦轉換成X、Y、Z軸可控制的立體建模。步驟如下：

（1）構想出所需模型，在特殊3D建模軟件上畫出此模型；

（2）構建三維圖形，每層通過數(shù)據(jù)劃分形成3D打印機能識別的數(shù)據(jù)，通過內存條輸入3D打印機，3D打印機對每層數(shù)據(jù)進行識別并打??；

（3）逐步形成所建模的圖形。

根據(jù)打印材料的不同， 3D打印機分為三種，即特殊液體通過激光束的光固化3D打印機；可熱熔塑料通過熱熔噴出的3D打印機；在生物方面可將生物細胞通過特殊噴口的生物3D打印機。

根據(jù)型號的不同，3D打印機可分為五種，即噴墨黏粉式（3DP）打印機；立體光固化成型（SLA）打印機；選擇性激光燒結技術（SLS）打印機；生物分子（BIO）打印機；熔融沉積成型（FDM）打印機。而在教學中的最優(yōu)選擇是熔融沉積成型的3D打印機。3D打印機類型如圖1所示。

2 創(chuàng)客教育

“創(chuàng)客”有狹義和廣義之分：狹義的創(chuàng)客是喜愛科學、在實踐中成長、樂于分享、全心全意地讓創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)通過自己的努力變成現(xiàn)實的人；廣義的創(chuàng)客是指有推陳出新的創(chuàng)新思想，并能將之用于實際、做出改變的人。創(chuàng)客的指導思想是 “大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”，其重要的生命支柱是將創(chuàng)新應用于理論實踐和創(chuàng)客之間的分享。

將創(chuàng)客的創(chuàng)新力量帶入到學校教育教學中，廣義的創(chuàng)客教育應是全體人民的創(chuàng)新教育；狹義的創(chuàng)客教育是培養(yǎng)全能素質學生的教育。

創(chuàng)客教育在課程設置上有其獨特性。從分享、交流到合作，不只是從形式上進行，同時也重視素質創(chuàng)新方面和科技手段的融合，一步步開辟出融合新思想、跨學科培養(yǎng)的不同路徑。

3 STEAM課程

STEAM課程是傳統(tǒng)應試教學理念到素質全能性教學的徹底轉型，其核心是注重學生學習發(fā)展過程中的情況，不同于應試教育中只看學生成績的現(xiàn)象。從根源上講， STEAM課程不怕學生在實踐中犯錯，而是讓學生在犯錯中不斷總結經(jīng)驗、不斷進步，引導學生將自己的經(jīng)歷轉化成自己的想法、從自己聽到和看到的內容中得出經(jīng)驗，即培養(yǎng)學生能夠將理論應用于現(xiàn)實的能力。STEAM教育不再只是將學生封閉在教室里上課，而是在充滿教育教學新科技產(chǎn)品的科技屋里，和大家創(chuàng)造原型產(chǎn)品，這樣，STEAM課程才有獨立創(chuàng)造的可能性。

STEAM課程重視學生學習和現(xiàn)實生活的關系聯(lián)絡，看重學生在教師引導下自主學習的過程而非應試結果。

具體地說，STEAM課程講的是重視結果的教育教學模式，即教師引導學生通過實踐操作，去了解、學習和完成自己想要完成的項目。因此要求學生學習每個科目及跨科目的課內外知識，在教育教學中創(chuàng)新應用STEAM教育思想核心，讓學生在學科界限上有所改變，既接近藝術的美麗，也承認并理解構想、改良、操作與創(chuàng)造，并且能用3D打印機打印出自己建模的產(chǎn)品，提高學生的創(chuàng)新能力。

STEAM課程與3D打印的關系示意如圖2所示。

4 3D打印技術在中小學教學中的應用方向

4.1 在學科教學中的應用

4.1.1 在傳統(tǒng)學科教學中的應用

3D打印技術將課本中抽象化的圖形或相關知識以及虛擬的形象具體地展示出來，便于學生理解、吸收。一方面，這既是時代的選擇，也是教育智能化的發(fā)展趨勢；另一方面，此舉既能增強中小學生的創(chuàng)造性和學習興趣，提高學生的立體思維能力，也能提高教師課堂教學的表現(xiàn)力。

就文科類學科而言，把課文中的人物或重要物體打印出來，使之成為教學教具，既可以讓學生在學習時有更多直觀的理解，又可以為理解所要展現(xiàn)的故事情節(jié)提供新思路。在理科類學科中，則需要建模之后才能把立體模型打印出來，這個過程能夠讓學生熟悉更多的建模軟件。同時對于需要將平面幾何立體化和一些難于進行空間想象的圖形，協(xié)助學生理解平面圖形的畫法和空間圖形的結構，讓學生更加清楚地了解構造過程。

4.1.2 在校本課程等創(chuàng)新課程中的應用endprint

此項應用在于補充傳統(tǒng)教學中無法顧及的教學缺陷。3D打印技術在校本課程中的應用是一個新事物，為學生發(fā)展開拓了新的途徑，不僅促進了學生在創(chuàng)新方面有深層次的初步理解，也促進了學生從分開學習到合作式學習的方式轉變。

4.2 在促進學生知識能力方面的應用

在中小學教學中，3D打印技術在促進學生知識能力方面的應用主要是培養(yǎng)學生的感知能力。在教學中可以把一些比較抽象、復雜的“知識”設計成具體的模型。呈現(xiàn)出清晰直觀的視覺效果，讓學生通過視覺感官感受實際物體，激發(fā)學生的求知欲。

在中小學的教學中引入3D打印技術后，可根據(jù)教學內容的需要設計出不同難度的實物教具來幫助學生學習相應的知識。

4.3 在激發(fā)學生創(chuàng)造思維方面的應用

現(xiàn)如今，我國提倡培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，所以在教學中要深入挖掘并培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力，這就要求教師提供一些教具進行引導。在制作模具過程中，學生可以參與圖形建模、設計立體的三維圖形。在設計過程中，教師可以潛移默化地培養(yǎng)學生的空間想象力和設計創(chuàng)造力，這是3D打印技術最明顯的優(yōu)勢。當教師根據(jù)教學內容把制作的實物教具呈現(xiàn)在學生面前時，還可以激發(fā)學生的求知欲，具有一石二鳥的效果。

5 3D 打印技術應用于教學的優(yōu)勢

5.1 有利于提高可視化教具的使用效果

如今的教學提倡可視化，3D打印技術在可視化教學中有幾個比較突出的優(yōu)點：

（1）讓學生自己先構造出思維圖形；

（2）教師引導學生思考并呈現(xiàn)所需的可視化教具，以幫助學生理解未知的抽象事物；

（3）對于中小學學生來說，通過3D打印技術呈現(xiàn)出抽象復雜的圖形“模具”，幫助學生理解和掌握相應的幾何知識。

3D打印技術應用于中小學教學，不僅可以成為教師的得力助手，提高教學質量，還可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力。

5.2 有利于創(chuàng)造新穎的教學內容

3D打印技術不僅可以成為教師的教學助手，還可以提高學生的學習興趣。教師通過設計更有創(chuàng)意的教學內容來吸引學生。傳統(tǒng)的教學大多都是按部就班，沒有太大的吸引力。

因此，可以利用3D打印技術給學生創(chuàng)造新穎的教學內容，提高學生的學習興趣；創(chuàng)造優(yōu)良的學習環(huán)境，便于教師在教學過程中為學生提供廣闊的視野和思路。

5.3 有利于營造愉快的學習氛圍和學習體驗

由于現(xiàn)階段的學習氛圍和學習體驗大多比較枯燥無味，因此目前的教學質量普遍不太理想，導致學生在聽課伊始能集中注意力，但過一陣后就會覺得枯燥無味，沒有繼續(xù)認真聽講的動力。久而久之，課堂氛圍就會變得死氣沉沉，使學生感到壓抑，失去學習的激情。

加入3D打印的課堂不同于普通課堂，教學時，教師可以用3D打印技術為學生制造并展現(xiàn)出諸多教學知識所包含的“實物”，既可以幫助學生理解掌握知識，還可以活躍課堂氣氛，為學生創(chuàng)造愉快的學習氛圍和學習體驗，從而提高教學質量。

6 結 語

現(xiàn)階段的教育教學強調培養(yǎng)創(chuàng)新型高素質人才，而3D打印技術正是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的有效途徑之一。通過把3D打印技術、創(chuàng)客教育的核心內容以及STEAM課程有機結合到教育教學中，教師能根據(jù)自己所教的內容制作出不同難度、不同類型的教學輔助工具，同時也讓學生更直觀地接觸到諸多難以進行空間想象的圖形。這樣，一方面有助于教師的教學，另一方面培養(yǎng)了學生的感知能力和空間想象能力。此外，3D打印技術也為教學帶來了很多優(yōu)勢，既有利于促進直觀性教具的理解和使用、創(chuàng)造新穎的教學內容，也有利于營造愉快的學習氛圍和學習體驗。

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