3D打印在青少年創客教育中的應用

馬金偉　趙曉云

摘要：近年來我國推出眾多支持3D打印產業發展的相關政策，這為其融入創客教育發展帶來新的契機。3D打印成為開展創客教育的重要工具，正慢慢變化著青少年課程體系制度。如何合理的將3D打印與創客教育模式結合，推動教育創新發展，為國家人才培養貢獻力量，這是一個值得教育工作者思考的問題

關鍵詞：3D打印；創客教育；青少年創客

一、引言

在時代高速發展下，培育高素質創新應用型人才是當前國家教育事業發展的重要使命，培養必須從青少年時期著手。目前中國政府高度重視3D打印技術應用推廣，陸續頒布眾多政策力挺3D打印教育事業，使其發展達到了一個新的臺階，正處于機遇與挑戰并存的局面。

二、3D打印技術原理及應用優勢分析

3D打印（3DP）是快速成型工藝的一種，它以數字模型文件為根本，采取塑料（PLA、ABS等）或粉末狀金屬（合金、鋁等金屬質料粉末）等粘度質料，通過物料層層堆疊來實現物體創造的方法。理論上什么都可以實現的，不受產品的形狀，結構的影響，能夠達到“所思所想所得”的效果。

1.“創意”無邊界

神話故事的神仙們可以根據自己的想法任意變幻出各種各樣的東西，這對于普通人來說是一件非常難實現的事情。3D打印技術自發明推出以來，給了我們太多的驚喜，讓我們完全可以相信通過它能實現這一切。創意想法能在短時間成形，實現了平面到實體的飛躍，將人們過去認為天方夜譚的事轉變成現實。基于3D打印的優勢，孕育了很多新穎的設計理念和設計方案，縮短研發時間。

2.“創造”無邊界

3D打印屬于增材制造技術，相對于傳統的“減材”加工（車、銑等） 和“等材”制造 （鑄造、沖壓等） 不同，它通過物料堆疊，打印出實體，使得過去無法通過傳統加工工藝加工出的非標零件變為可能。有效節省物料，提高利用率，可大規模同時生產大大降低成本。

三、3D打印在創客教育里的定位

1.何為創客教育

國家教育部在2016年提出《教育信息化“十三五”規劃》， 明確指出各學校要積極探索先進技術在學生“眾創空間”、“創客教育”等新的體制中的利用空間。“創客”在國內開始流行，各省各市也眾多學校紛紛成立“創客空間”，推出了“創客教育”。

3D打印創客主要以課程為載體，3D打印機為輔，貫穿科學、數學、物化、藝術等多學科知識，重點將創意想法進行“實踐創造”。提升青年學生的信息水平、創新意識和創造能力，養成跨學科解決問題習慣，促進學生的全面發展，為國家培養雙創型人才打下堅實基礎。

2. 兩者之間的聯系

從2015年開始，各省市教育單位、外界教育機構更是熱衷于3D打印。眾多學校、機構購置了3D打印機作為教學工具，成為建設信息化課堂的標配，受到廣大師生的歡迎與推崇。3D打印技術正慢慢成為高效率開展創客教育的重要教學工具。

3.3D打印融入創客學堂的優勢

目前普遍的課堂教學以書本教材為核心、老師講授為主、集中課堂學習的教學模式展開。此教學模式存在著一定的缺陷性，學生本應該作為課堂學習的主體然而卻在實際學習過程中被動灌輸知識，缺少學習主動性。這與當代社會對未來新一代人才培養不相徑庭。

教師在授課時不在單一灌輸知識，更充滿著鼓勵和支持，讓學生享受過程、掌握本領、有所收獲。在這個數據爆炸的時代，充分應用3d打印等先進技術，探索書本學習與實踐創新相融合的課程體系，將會大大促進學生的知識掌握與運用能力、創新能力的養成。青年學生群體有著無窮的想象力，通過結合課本本上知識，外加3D打印這個必要教學工具，能促使學習環境發生巨大的變化。有效促進學生潛能的充分開發與個性的全面發展，為國家培養大批創新型人才做鋪墊。

四、3D打印在創客教育里的應用

1.3D打印機應用

首先可以采用純理論教學，向學生介紹3D打印機起源發展、主要特點及應用領域。讓學生對3D打印機有初步的了解，結合自身興趣進一步深入學習。3D打印機使用過程為建模、切片、打印大三步驟。

現在主流三維建模軟件有UG、3DS Max、123D Design等軟件。其中123D Design這款比較適合青少年初學者使用，它通過簡單直觀的操作界面以及豐富的操作命令，使得學生可以自由的建造模型。通過建模軟件的學習，讓青少年創客盡快通曉三維軟件的基本操作，能夠獨立進行天馬行空的個性化設計。

切片軟件的設置（材料、速度、填充度、溫度、支撐）直接影響了最終打印成果。通過這一階段的探索學習，要求青少年創客們熟練掌握各個設置命令對模型打印的影響。

模型導入到后，學會操作使用3D打印機，等到一定時間后就能獲得自己設計建模的產品。通過打印出的作品，學生們也能發現一些自己在制作過程中存在的問題，就可以在三維模型上修改，進一步完善自己的模型。

2.三維掃描儀應用

三維掃描儀的核心是三維光學掃描系統。目前普遍使用質檢、制造、動漫創作等領域。

手持式三維掃描儀應到到課堂，讓學生真實感受前沿科技。通過簡單的操作命令與直觀的觸、視覺體驗，使他們能通過三維角度認識世界。充分調動學生在掃描期間和后期調整處理時的積極性，使用熟練后通過三維掃描能快速生成復雜模型。

3.3D打印筆應用

“神筆馬良”的故事深入人心，馬良有著一支奇特的筆。通過這支筆，他能得到想象出的所有東西。3D打印筆與那支神奇的筆類似，它可以在桌上、空中書寫，實現二維創意變三維實體。使用PLA、ABS作為原材料，只要通上電，立馬可以開始奇神奇創作之旅。再者學生們從小拿筆寫字，對筆有著一定依賴性，3D打印筆正是可以拿在手上使用，適用于6歲以上的學生，價格低廉且不受環境限制等因素限制。

五、結束語

隨著科技進步、技術日益完善，3D打印必將更加智能化、高效化。將在中小學創客教育中起到重要的用途，真正的服務大眾生活，為國家創新型人才培養打下堅實基礎。

參考文獻：

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