3d打印在中小学课堂中的应用

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1、3D打印在中小学课堂中的应用摘要：互联网技术是人类社会第三次科技革命的主力军，传统打印技术正在经历前所未有的变化，3D打印技术逐渐盛行，这无疑会推动打印行业的进步。教育行业作为传统打印技术的主要服务对象之一，也在试图寻找合适的发展道路，将3D打印技术与教育深入结合，可以提高学生的动手能力、创新精神和匠人精神。中国9/vie　　关键词：3D打印技术；中小学教育；创新教育　　3D打印（3Dprinting）技术是一种快速成形技术，其基础是数字化模型，利用粉末状金属、塑料等逐层打印来构造真实物体[1]。纵观全球，对于技术应用的重视程度越来越高，数字技术已成为全球公民素养的基本要求。美国

2、2015年颁布的《新媒体联盟地平线报告――（2015基础教育版）》中提到，美国将大力开展3D打印课程[2]。同时，英国也在积极推进3D打印技术进校园活动。在我国，李克强总理在2015年政府工作报告当中提到要培养“工匠精神”，著名教育家聂圣哲先生提出一流工匠要从青少年培养。3D打印技术在教育当中的运用将创意转化成现实，能够将“教”“学”“做”合一，这对培养具备“工匠精神”的创客人才具有深远意义。　　一、3D打印的原理和发展现状　　（一）原理　　从技术角度揭示3D打印技术，该技术主要是利用三维数字的方式构建出立体的物理对象，最终完成快速成像。3D打印的深层原理是通过电子文件将要打印的

3、实体模型或者原型样品进行建模，再将其挤压处理，通过机器生成沉淀物，逐层构建物体。[3]　　如果需要补充物体的活动部件、细节部分，则只需要混合不同的材料、颜色和黏合剂达到理想的效果，例如利用树脂、薄纸等材料，通过3D打印技术完美呈现物体的动态与细节。　　总体而言，3D打印可以分为四个步骤：建模、分层、切割打印和成型。第一阶段，建模。扫描所要打印的物体，得到其三维数据。建模的软件主要有Autodesk123DDesign、MAYA、Sketchup、UG、ZBRUSH、MESHLAB、CURA等。Autodesk123DDesign和Sketchup因使用免费，操作简单方便，所以传播

4、广、应用多。第二阶段，分层。在分层阶段，打印机对先前得到的三维数据进行描述和分析，然后分层。第三阶段，切割打印。根据之前获取的横截面信息进行切割打印。第四阶段，成型。以不同方式将各层的截面粘合起来，最终得到实物。　　（二）发展现状　　1991年，美国麻省理工学院申报三维打印专利，这一重大事件标志着3D打印技术的正式确立。现在国外如Thingiverse这样的公司为顾客提供免费并且含有数字设计的资源库，使用者可以下载数字设计信息并自主创造打印对象。[4]　　3D打印机可分为工业打印机和桌面打印机。工业3D打印在精确度和质量上体现出较高的水准；桌面打印因其便捷性被一般用户所接受，当前

5、，中小学一般使用的是桌面3D打印机。目前MakerBot3D桌面打印机使用广泛，它可以创建各种对象，包括家具、玩具、动物模型、机器人等。它价格实惠，是第一款专为消费者使用的3D打印机[5]。3D打印技术具有神奇的吸引力，不但能够复制，而且可以通过想象进行原创，因此在基础教育基于项目的学习当中应用广泛。[6]　　二、3D打印技术的教育创新分析　　（一）在教育中的应用所体现的教育理论　　1.“从做中学”理论　　通过3D打印这一技术，学生真正实现了杜威口中的“从做中学”，即在真实的情景之下进行操作练习，获得科学知识。在这样的学习活动系统中，学生以3D建模软件和3D打印机作为新型的学习工

6、具，教师充分发挥其指导者和协作者的作用。学生通过观察等方式，获得目标物体的数据信息，再用3D打印机创作出模型样品，体现出DIY的本质属性，同时又会学习和吸收新的知识，因此，3D打印将“教”“学”“做”三者合一。　　2.“经验之塔”理论　　美国教育专家戴尔提出了“经验之塔”理论。他将人的学习经验分为三类，即做、观察和抽象的经验。3D打印技术本身就是一个将想象转化为实体的过程，从建模、分层，到切割打印，都用到了做、观察和抽象的经验。在课堂上，教师通过展示由3D打印技术生成的教具，让学生以更加直观的形式汲取知识。3D打印改变了传统的教学方式，进一步为学生的想象力插上了翅膀，让学生同时获

7、得了做的经验、观察的经验和抽象的经验。　　（二）3D打印技术在项目学习中的创新应用　　美国的3D打印项目学习由来已久。以明尼苏达星站（STARBASEMinnesota）项目为例，1993年，美国天文学领域的明尼苏达星站项目开始实行，它是美国国防部组织的项目，教授学生航空航天主题短期课程。该项目主要让学生探索火星的模拟任务设计和建设火箭模型，3D打印技术在建设火箭模型方面起到重要作用。其教学过程如下：掌握航空航天的基础知识以及火箭方面的相关知识、收集火箭相关数据、学习火箭模型设计