3D打印技術(shù)在中學(xué)技術(shù)教育中的應(yīng)用

錢辰淶 倪梁怡

摘要：3D打印技術(shù)引入中學(xué)技術(shù)教育，改變了教與學(xué)的傳統(tǒng)模式，讓學(xué)生自主地開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)，激發(fā)了學(xué)習(xí)動力，加快了創(chuàng)新思維能力和創(chuàng)造設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，為教學(xué)提供了思想、智慧與科技相融合的最佳路徑，也為學(xué)校的創(chuàng)新教育提供了新的視角和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞： 3D打印技術(shù)；創(chuàng)客教學(xué)；中學(xué)技術(shù)教育中的應(yīng)用

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）03-0197-02

在這個(gè)知識膨脹的年代，各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、新型媒體大大拓展了人們學(xué)習(xí)的空間。3D打印技術(shù)已成為當(dāng)今全球最受關(guān)注的革命性產(chǎn)業(yè)技術(shù)之一，它引起了教育領(lǐng)域的高度關(guān)注，3D打印已經(jīng)慢慢走進(jìn)各大中小學(xué)的課堂。這項(xiàng)全新技術(shù)不僅影響著傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也影響著人們的思維觀念，尤其是對傳統(tǒng)教育，更有顛覆性的沖擊，理論加實(shí)體模型的教學(xué)方式是未來教育發(fā)展的趨勢。[1]

3D打印技術(shù)應(yīng)用于教育，改變了學(xué)生傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法，讓學(xué)生自主自覺地開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動力，更是加快了創(chuàng)新思維能力和創(chuàng)造設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，為教學(xué)提供了思想、智慧與科技相融合的最佳路徑，也為學(xué)校的創(chuàng)新教育提供了新的視角和技術(shù)支持。

1 核心概念界定

1） 3D打印技術(shù)概述

3D打印是斷層掃描的逆過程，斷層掃描是把某個(gè)東西“切”成無數(shù)疊加的片，3D打印就是一片一片地打印，然后疊加到一起，成為一個(gè)立體物體。因此3D打印更像是一個(gè)產(chǎn)品制造機(jī)器。[1] 3D打印幾乎可以用于你能想象到的所有工作場景，從使用巧克力烹飪佳肴到打印假肢以及為病人定制打印可以移植的器官，這些工具正在從根本上改變原型制作和設(shè)計(jì)的方法。[2]

2） 《初中勞動與技術(shù)》與《高中通用技術(shù)》

本文中的中學(xué)技術(shù)教育課程是特指《初中勞動與技術(shù)》與《高中通用技術(shù)》這兩門課程，前者以學(xué)生獲得積極的勞動體驗(yàn)，形成良好技術(shù)素養(yǎng)為基本目標(biāo)，以操作性學(xué)習(xí)為基本特征的教育。[3]后者是以提高學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)為主旨，以設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)、操作學(xué)習(xí)為主要特征的基礎(chǔ)教育課程，是國家規(guī)定的普通高中學(xué)生的必修課程。[4] 高中通用技術(shù)與九年義務(wù)教育初中勞動與技術(shù)教育是相銜接的。

中學(xué)技術(shù)教育課程的核心理念是“做中學(xué)”和“學(xué)中做”，要求學(xué)生通過親身操作、體驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過觀察、研究、制作、等活動來獲得“操作”體驗(yàn)，最終獲得情感態(tài)度、價(jià)值觀以及技術(shù)能力的發(fā)展。將3D打印技術(shù)引入課程中，通過3D建模軟件三維設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)設(shè)計(jì)創(chuàng)新思維能力，通過3D打印出各種模型來提高學(xué)生的動手實(shí)踐能力。

2 3D打印技術(shù)引入中學(xué)技術(shù)教育課堂中的運(yùn)用

隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，很多大中小學(xué)已經(jīng)裝備了3D打印機(jī)，這項(xiàng)技術(shù)使學(xué)生們的思維更開放，培養(yǎng)了學(xué)生們使用電子設(shè)備、協(xié)作及3D設(shè)計(jì)能力的數(shù)字素養(yǎng)。3D打印技術(shù)的特點(diǎn)符合中學(xué)技術(shù)教育的課程目標(biāo)，3D打印技術(shù)作為一種快速成型技術(shù)，能將學(xué)生的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成實(shí)體模型并進(jìn)行相關(guān)操作試驗(yàn)，幫助學(xué)生整理自己的設(shè)計(jì)思路，以便不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)。具體運(yùn)用如下：

首先挑選合適的3D建模軟件，老師要選擇推薦給學(xué)生適合的，易學(xué)易懂的軟件，幫助指導(dǎo)學(xué)生解決3D建模設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。其次，通過3D建模軟件設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)和體驗(yàn)，讓師生盡快掌握3D建模軟件的使用方法，設(shè)計(jì)出屬于自己創(chuàng)意的3D模型。最后，通過3D打印機(jī)打印出自己的個(gè)性作品，展示分享，并對作品進(jìn)行分析研究反思，以便積累制作設(shè)計(jì)等各方面的經(jīng)驗(yàn)。

1） 3D打印技術(shù)在初中勞動與技術(shù)教育課程中的運(yùn)用

江蘇省初中勞技教材中有12本教材，一般根據(jù)學(xué)校實(shí)際情況，靈活選擇使用這些教材，以下是選取其中三本為例說明3D打印技術(shù)與課程結(jié)合后的創(chuàng)客活動項(xiàng)目。

3D打印技術(shù)與課程結(jié)合后，使原有課程大大提高了創(chuàng)新性，比如在初中陶藝教學(xué)中，學(xué)生通過初步學(xué)習(xí)，可以設(shè)計(jì)制作出簡單有造型的花盆或杯子等物品，這已經(jīng)基本達(dá)到了課程的目標(biāo)，但有時(shí)學(xué)生創(chuàng)新的想法在實(shí)際操作中碰到具體技術(shù)難度，無法實(shí)現(xiàn)，這種情況下，就可以結(jié)合3D打印來DIY實(shí)現(xiàn)愿望，只要想像得出，通過建模軟件畫出來，就能制作出來，這樣的3D作品打印出來后，可以反過來讓學(xué)生探究如何用制陶的方法實(shí)現(xiàn)，更有利于對傳統(tǒng)手法的理解和學(xué)習(xí)，有利于課程的拓展與創(chuàng)新，一定程度上，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新精神和創(chuàng)造力。

3D打印技術(shù)與初三電子電工結(jié)合，建立DIY創(chuàng)客空間，最具有實(shí)效性，可以助力學(xué)生創(chuàng)意實(shí)現(xiàn)。本身電子作品與3D打印完美結(jié)合后，可以使作品的外觀及功能性方面更具個(gè)性，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)際需求來設(shè)計(jì)制作，不再單一，作品具有很強(qiáng)的原創(chuàng)、功用性。

2） 3D打印技術(shù)在高中通用技術(shù)課程中的運(yùn)用

高中通用技術(shù)課程立足九年義務(wù)教育的基礎(chǔ)，以基礎(chǔ)的、寬泛的、與學(xué)生日常生活聯(lián)系緊密的技術(shù)內(nèi)容為載體，以進(jìn)一步提高學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)促進(jìn)學(xué)生全面而富有個(gè)性的發(fā)展為目標(biāo)，是一門立足實(shí)踐、高度綜合、注重創(chuàng)造的學(xué)科，是一門科學(xué)與人文融合的課程。[4]高中通用技術(shù)課程包含必修和選修課程，必修課程為《技術(shù)與設(shè)計(jì)1》、《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》，將3D打印技術(shù)與通用技術(shù)課程結(jié)合后，在必修課程中通過3D打印建模軟件的進(jìn)一步深度學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)可以培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)實(shí)踐操作能力和技術(shù)創(chuàng)新意識。選修課程有7個(gè)模塊，在選修課程中通過3D打印DIY設(shè)計(jì)打印出的各種建筑模型或小型生活藝術(shù)品、簡易機(jī)器人等可提高學(xué)生的動手實(shí)踐能力并使學(xué)生的創(chuàng)新思維能力的得以發(fā)展。

3 3D打印技術(shù)在教育領(lǐng)域中的影響與發(fā)展前景

3D打印對于教學(xué)和學(xué)習(xí)的重要價(jià)值體現(xiàn)在，能夠更加真實(shí)地呈現(xiàn)特定的事物，并讓學(xué)生獲得深刻的感知體驗(yàn)。3D打印在教育教學(xué)中優(yōu)勢顯著，意義深遠(yuǎn)。

首先，激發(fā)創(chuàng)作熱情，提升學(xué)生設(shè)計(jì)創(chuàng)造能力和創(chuàng)新思維能力。基于對3D打印技術(shù)本身特性，將它作為一種學(xué)習(xí)工具引入課堂，這個(gè)教學(xué)過程激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動力，使學(xué)生們的創(chuàng)新設(shè)計(jì)成為可能，最終提高了學(xué)生的綜合科技素養(yǎng)。其次，開啟新的教學(xué)模式，改變傳統(tǒng)模式。傳統(tǒng)的應(yīng)試教育，很少開設(shè)培養(yǎng)學(xué)生“創(chuàng)新精神和創(chuàng)造力”的課程，純理論的學(xué)習(xí)使學(xué)生的思維僵化，現(xiàn)在已經(jīng)到了急需以“學(xué)科為中心”向“以學(xué)習(xí)者為中心”轉(zhuǎn)變的時(shí)候，教師應(yīng)推行以學(xué)生為主體的課堂，“以學(xué)生為中心”。[5]3D打印引入教學(xué)后，更注重體驗(yàn)和實(shí)踐操作，徹底改變了老師的教學(xué)方法和學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。

隨著學(xué)校對3D打印技術(shù)的了解與重視，以及3D打印技術(shù)不斷改進(jìn)、成本持續(xù)降低，3D打印技術(shù)進(jìn)入日常教學(xué)課堂指日可待，可以設(shè)想在現(xiàn)代教育領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用，比如在物理課中，開設(shè) “邊學(xué)邊做”的課程，把許多抽象概念通過讓學(xué)生動手設(shè)計(jì)打印組件，組成的小電路和小裝置；生物課程中，可以打印出細(xì)胞、器官和其他重要的生物樣本；化學(xué)課程中，可以打印出復(fù)雜的白質(zhì)分和其他分子模型來進(jìn)行觀察；在數(shù)學(xué)課程中，可以打印幾何體，讓學(xué)生更直觀地去了解幾何體內(nèi)部各元素之間的聯(lián)系……，隨著3D打印材料的多樣化發(fā)展以及打印技術(shù)的革新，相信未來與教育領(lǐng)域的結(jié)合將更加緊密，3D打印技術(shù)將得以全面普及。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐旺.3D打印：從平面到立體[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014.

[2] [美]史蒂文·奧斯本.創(chuàng)客在行動：21位創(chuàng)客先鋒訪談錄[M]. 李景媛，等，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.

[3] 江蘇省義務(wù)教育勞動與技術(shù)課程綱要[S].

[4] 江蘇省技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）[S].

[5] 曹明元.3D打印技術(shù)概論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.