3D打印技術：讓學生動起來

◇張 彬

隨著科學技術的不斷發展，3D 打印技術越來越受到各領域的關注，在產品設計、建筑設計、模具制造等領域有著廣泛的應用。伴著著教育的改革，3D 打印技術在學校的教育教學中有著舉足輕重的作用，它不僅帶來了課堂教學的變革，還提升了學生的綜合能力，激發了學生的創造力，開拓了學生的空間想象能力，增強了學生的動手能力。

說起3D 打印技術，大家就會想起打印模型、打印自行車、打印房子……關于這項神奇應用的技術時常在報紙、電視、網絡上看見。那什么是3D 打印技術呢？其實，3D 打印技術是一種新型的快速成型技術，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。它無須機械加工或模具，就能直接將計算機圖形數據中生成任何形狀的物體變成現實。這項技術目前成為一種潮流正迅猛發展，應用于各行各業，對社會諸多行業和領域帶來深刻的影響。隨著3D 打印技術的發展，這項技術在教育領域中的應用受到教師們的關注，當3D打印技術走進課堂，它不僅推動了課堂教學的變革，提升了學生的各種能力，也促進了核心素養的發展。

一、激發學生的創造力

隨著社會的發展和對人才的要求，培養學生的創造力成了教育教育的永恒目標。學生具有很強的想象力，對智能產品的好奇心非常強，他們對新事物的接受與理解能力也很強。3D 打印技術融入教育，在很大程度上打破了傳統的教育模式。在傳統的教育模式下，學生的許多想法會被不同程度地遏制，從而扼殺了學生的創造力。如制作一個杯子，傳統的教育下如同使用了一個模具，所有的杯子都是一個造型，沒有任何的變化及創新。而3D 打印技術可讓孩子天馬行空的想法“變現”，做出各種各樣的屬于自己個性化的杯子，有的做成了動物造型杯，有的做成了樹狀杯，枝桿就是吸管，有的做成了蛋糕狀杯……學生的創造力得以激發。正如著名教育家陶行知先生所說的那樣：處處是創造之地，人人是創造之人。再如在教學制作筆筒的時候，先讓學生閉上眼睛思考一會，打算設計什么樣的筆筒，做到心中有數。然后學生開始動手設計，組內成員一起探討，使用“加法”和“減法”兩個小工具解決設計過程中出現的問題，齊心協力，共同制作出各種不同的筆筒模型，這是第一層次的創造。在老師的指導下，在生活經驗的啟示下，他們進行了二次創造，有的創作了動感圖，如旋轉的木馬、會走動的機器人、3D 彩燈等。總之，3D打印為打開了創造力的大門，讓設計從單一走向多元，從簡單走向復雜。

二、開拓學生的空間想象力

對于小學生而言，空間想象力是比較弱的，以形象思維為主，不管是平面圖形還是立體圖形的學習對學生來說都是比較困難的。所以，在教師的教學及學生的理解過程中往往難以把握住其實質。教師可以通過觀察物體、認識方向、制作模型、設計圖案等活動，發展學生的空間想象力。而3D 打印構造模型以具體模型的形式展示，將抽象的內容更加直觀有效地呈現給學生，激發學生學習欲望和熱情，讓學生腦洞無限放開，促動著學生的空間想象力。例如制作一個馬克杯。

第一步：放個圓柱（杯體）

第二步：再放個圓環（把手）

第三步：把圓環豎起來，拼在杯子上點擊圓環，下面出現快捷菜單，點擊移動：出現X、Y、Z 三個方向移動箭頭和三個旋轉面，拖動X 軸旋轉面，轉動90 度（或拖動后在旁邊對話框中輸90）。

豎起來了：通過右鍵拖動，改變視圖角度觀察，拖動箭頭或中間小圓點移動圓環，往杯子上靠并鑲入杯子上。

最后點擊右上角視圖立方體的Front（前視圖）、Top（頂視圖）觀察并調整：把手有點大，點擊圓環，出現快捷菜單，點擊縮放：拖動白色箭頭縮小到合適大小。

如果圓環離開了圓柱，用移動工具拖回去。

學生：這不是杯子！是錘子！杯子是空心的。

第四步，掏空。

現在，我們要想辦法掏空圓柱，就是要挖掉中間的部分，這就要用到Combine（聯合）。通過不斷地切換視圖，學生創造出不同的杯子，有的做出了（ ）杯子，有的做出了（ ），整個杯子的創作過程就是一個空間的想象過程，切換視圖的過程就是學生空間的思維過程，有力的發展了學生的空間想象能力。

三、增強學生的動手能力

蘇霍姆林斯基說過：“兒童的智慧在他的手指尖上。”可見，多讓學生操作，就能發展學生的思維能力、創新能力和探索實踐能力。

例如在教學生制作馬克杯的過程中，首先明確建模思路：用圓柱體作為杯身，用圓環作為把手。運用抽殼功能將圓柱體挖空并將其與圓環合并。在這過程中，可以讓學生制作適合自己的杯子；為了美觀，杯身可以設計成動物、植物、動畫人物等等圖案（如下圖所示）；造型方面，也可以讓學生通過想象來改變，如把杯身、把手改變等。3D 打印的過程是令人興奮的，因為你馬上就能看見自己制作的模型打印出來了。而在打印過程中，可能會越到各種問題，比如打印頭堵了、斷料、平臺不平等等情況，其實這就是鍛煉孩子的一個好機會。遇到問題，讓孩子分析為什么會斷料呢？該怎么解決？孩子們邊思考邊解決，不僅完成了圖案的變形還解決打印頭堵、斷料等問題。在解決問題的過程中，增強了學生的動手能力。

雖然，3D 打印技術在教學中的推廣還有著一定的困難，但是3D 打印技術走進教育領域，給學生、老師、學校帶來的益處是巨大的。特別是在核心素養下的課堂教學，3D 打印技術可以更好地為教育服務，促進教育的發展。作為一名教師，有義務和責任把3D 打印技術用好，從而培養出更多、更好的社會所需要的人才。