3D打印技術(shù)在教育領(lǐng)域的應用研究

方艷艷 劉華銳

[摘要]據(jù)相部門統(tǒng)計，3D打印業(yè)務在國外的發(fā)展勢頭十分迅猛。盡管國內(nèi)3D打印技術(shù)起步晚，發(fā)展存在一定的局限性，但自3D概念一出立即受到了熱捧，且3D打印技術(shù)近年來在國內(nèi)日趨升溫。3D打印技術(shù)具有廣闊的應用空間，已從工業(yè)制造逐漸擴展至國防軍事、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生等多個領(lǐng)域。它必將逐漸走進教室、邁入課堂，從而對教學乃至整個教育領(lǐng)域產(chǎn)生深遠的影響。

3D打印技術(shù)（簡稱3D打印）是以計算機三維設(shè)計模型為藍本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將塑料、金屬粉末、陶瓷粉末、細胞組織等特殊材料進行逐層堆積粘結(jié)，最終疊加成型，制造出實體產(chǎn)品的技術(shù)。

3D打印這種新興的科學技術(shù)，具有廣闊的應用空間，已從工業(yè)制造逐漸擴展至國防軍事、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生等多個領(lǐng)域。我國也緊跟3D打印技術(shù)的發(fā)展趨勢，不斷加大研發(fā)力度。隨著3D打印設(shè)備體積日趨小型化、打印精度不斷提高、可用材料逐漸豐富，3D打印也將逐漸走進教室、邁入課堂，從而對教學乃至整個教育領(lǐng)域產(chǎn)生深遠的影響。

一、3D打印將促進實裝化教學的發(fā)展

實裝化教學是院校組織學生到實習基地或相關(guān)單位開展的一種實踐性教學活動，是院校培訓體系中提升實踐技能的有效途徑。這種集觀看、研討、訓練于一體的實踐性教學方式的興起，是對傳統(tǒng)教學方式的創(chuàng)新和突破。它使教學活動與實際裝備緊密結(jié)合，幫助學員消化課堂理論知識，開闊眼界、激發(fā)求知欲望，有利于學員在更廣闊的空間獲取教學實效。但是目前實裝化教學的開展受到很多條件的制約，主要表現(xiàn)在：1.學校與實習單位不在一地，實裝化教學的組織實施受限。2.學校教學進度與實習單位的不一致，實裝教學的計劃制定、課目設(shè)置、評價考核等受限。3.裝備更新速度快，實習單位有些系列和型號不全，不能提供全面的實裝。

而3D打印能讓工廠走進課堂。3D打印這種數(shù)字化制造技術(shù)，在學術(shù)界也稱為增量制造、增材制造、快速原型、快速制造。它具有許多優(yōu)點。首先，3D打印節(jié)省原料、縮短時間、降低費用。從3D打印的原理和過程可知，3D打印是把材料進行逐層堆積疊加成型，從而制造出實體產(chǎn)品。其制造過程被形象地稱為“加法”過程。而傳統(tǒng)制造業(yè)是把模具裁切出需要的產(chǎn)品，被稱作“減法”過程。因此，3D打印比傳統(tǒng)制造要省時省料，節(jié)約成本。其次，3D打印擅長制造個性化、復雜化和高難度的產(chǎn)品。對3D打印來說，打印一個復雜得難以想象的特殊產(chǎn)品，也并不比打印一個外形簡單的長方體消耗更多的時間和成本，因此更適合制造單件和小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)。換句話說，3D打印可以根據(jù)老師的要求，制造出特定剖面、縮放比例大小的模型，滿足上課需要。此外，3D打印不受場地和環(huán)境限制，還能實現(xiàn)遠程制造。3D打印只要有適宜的原材料，不用專門的環(huán)境和場地，就能根據(jù)圖紙打印出實物，可以在教室甚至坐在家中完成打印。3D打印的這些優(yōu)點，使得可以在教室制造實裝滿足教學需要，而且廢棄的產(chǎn)品可以用于再生產(chǎn)，循環(huán)利用，從而使工廠走進課堂。

二、3D打印能提升學生學習興趣

利普森先生在其專著《3D打印，從想象到現(xiàn)實》中，寫了一個用3D打印機制作橡皮泥飛機引起小學生興趣的實例。三分鐘的橡皮泥飛機制作過程，吸引著課堂上的小學生，他們紛紛發(fā)言，提出各種各樣的疑問，還有個頗具企業(yè)家潛質(zhì)的孩子做了計算，按現(xiàn)有的橡皮泥原料市場價格，計算出每架飛機的售價成本。可見，學習興趣的產(chǎn)生與教學方式有密切的關(guān)系。學生學習興趣的培養(yǎng)，主要在教師使學習活動有興趣。一位優(yōu)秀教師曾經(jīng)說過：“如果能抓住學生的想象力，就能抓住他們的注意力。”

學習興趣指一個人對學習的一種積極的認識傾向與情緒狀態(tài)。學生對某一學科有興趣，就會持續(xù)地專心致志地鉆研它，從而提高學習效果。沒有興趣，就沒有記憶，歌德說：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者”。如何讓孩子學習產(chǎn)生興趣，是有效提高教學質(zhì)量的根本點。由于種種因素的限制，傳統(tǒng)的教學重理論講授輕動手操作。隨著3D打印技術(shù)的引入，將工廠搬進教室，這一問題將迎刃而解。隨著合理地使用3D打印，課堂教學將“是令人愉快的”。

三、3D打印會改變教學模式

以計算機為核心的現(xiàn)代教育技術(shù)已經(jīng)貫穿于教學的整個過程，充斥于教學的各個角落，極大提高教與學的效率。但不論是授課常用的課件，還是視頻等，都是通過眼睛和耳朵獲取信息。有研究表明，通過眼睛和耳朵獲取的信息會被遺忘的比例高達70%。3D打印引入的“邊做邊學”工程，能有效的調(diào)動學生的另一個器官——手，通過觸覺感知，加深學生的記憶。而以計算機為平臺的多媒體和3D打印相結(jié)合會改變現(xiàn)有的教學模式，必定能大大提高學生學習興趣。這種“虛實結(jié)合”的教學方法，把感知、理解、鞏固與運用融合為一體，使得學生在較短時間內(nèi)記憶得到強化，可以有效地促進個體主動參與認知結(jié)構(gòu)不斷重組的遞進式學習過程。回顧計算機應用教育的方式，最初僅應用于和計算機有關(guān)的課程上，如編程或數(shù)學課。但現(xiàn)在每門課都使用計算機。和計算機一樣，3D打印將打開教授和學習的全新方法的大門。

3D打印從誕生到發(fā)展至今已有三十多年的歷史，之所以還沒有廣泛應用在課堂教學中，主要是受制于目前的技術(shù)水平、制作材料等原因。隨著這些問題的一一解決，3D打印必定對教學乃至整個教育領(lǐng)域產(chǎn)生深遠的影響。

參考文獻

[1]（美）利普森，（美）庫曼著，賽迪研究院專家組譯，《3D打印，從想象到現(xiàn)實》[M]，中信出版社，2003年