3d打印技術(shù)在中小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

1、3D打印技術(shù)在中小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用——以英國中小學(xué)課堂引進(jìn)以英國中小學(xué)課堂引進(jìn)3D3D打印技術(shù)項目為例打印技術(shù)項目為例作者簡介：李柯影，東北師范大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)楝F(xiàn)代遠(yuǎn)程教育，Email:liky086＠nenu.；鄭燕林，東北師范大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院（吉林長春130117）。內(nèi)容提要：3D打印技術(shù)基于“設(shè)計即生產(chǎn)”的基本理念，通過支持學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的深度體驗(yàn)與參與發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維和跨學(xué)科思維

2、，同時也有助于提升學(xué)生的實(shí)踐能力。該文主要分析英國中小學(xué)在學(xué)科教學(xué)中引入3D打印技術(shù)的目標(biāo)指向、應(yīng)用方式，并分析影響3D打印技術(shù)在學(xué)科教學(xué)中有效應(yīng)用的相關(guān)因素，為探索教師在學(xué)科教學(xué)中適當(dāng)應(yīng)用3D打印技術(shù)提供參考。關(guān)鍵詞：英國3D打印技術(shù)學(xué)科教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計體驗(yàn)式學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)以計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)軟件生成的或通過實(shí)體掃描設(shè)備掃描實(shí)物所獲得的數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過“積層造型法”逐層打印材料層創(chuàng)建物體，

3、主要用于原型設(shè)計以及組件或產(chǎn)品的制造[1][2]。3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“設(shè)計即生產(chǎn)”的創(chuàng)想，具有快速生成的特點(diǎn)，不但能夠?qū)崿F(xiàn)從零件設(shè)計到整體設(shè)計的跨越，而且所“打印”的產(chǎn)品，較之傳統(tǒng)方法所生產(chǎn)的產(chǎn)品具有更強(qiáng)的穩(wěn)固性、更精密的結(jié)構(gòu)，支持更有創(chuàng)意的設(shè)計與生成，因此近年來在機(jī)械制造、生物醫(yī)藥、建筑設(shè)計、藝術(shù)創(chuàng)造等多個領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注[3]。雖然3D打印技術(shù)在上述多個領(lǐng)域的應(yīng)用受到關(guān)注，但目前針對3D打印技術(shù)在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域深入應(yīng)用的系統(tǒng)研究

4、相對較少。英國教育部及相關(guān)組織機(jī)構(gòu)于20122013年實(shí)施了為期一年的探究3D打印技術(shù)在學(xué)科教學(xué)創(chuàng)新中的應(yīng)用，該項目不僅取得了實(shí)質(zhì)性教學(xué)應(yīng)用成果，而且推動了3D打印技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用，為更多學(xué)校引進(jìn)3D打印技術(shù)，變革教與學(xué)的模式起到示范與引領(lǐng)作用。本文結(jié)合英國3D打印技術(shù)教學(xué)應(yīng)用案例，深入分析3D打印技術(shù)在英國中小學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的目標(biāo)指向、應(yīng)用效果及影響因素，探究3D打印技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用推廣時需要注意的問題，希望為學(xué)校教育引入3D打印技

5、術(shù)提供一定的參考。一、3D打印技術(shù)在英國中小學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的目標(biāo)指向“體驗(yàn)式學(xué)習(xí)中心”的學(xué)習(xí)內(nèi)容可以是一個專題的探究學(xué)習(xí)，也可以是單一知識或問題的學(xué)習(xí)與探究，還可以僅是一個創(chuàng)意的實(shí)現(xiàn)，甚至是這三者的交叉融合。在專題探究學(xué)習(xí)活動中，教師需要給學(xué)生提供一個主題及其設(shè)計綱要，并期望學(xué)生能對該設(shè)計做出自己的選擇，主動地進(jìn)行學(xué)習(xí)和探究。學(xué)生在專注于研究主題的同時，會自然地將3D打印機(jī)作為學(xué)習(xí)或探究內(nèi)容的一部分。針對后兩種學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生可以利用3D打

6、印機(jī)將一個想法變成現(xiàn)實(shí)，將一個知識或問題以可視的打印作品呈現(xiàn)，有助于個性化和創(chuàng)新思維的發(fā)展。例如，沃特福德男子文法學(xué)校(WatfdGrammarSchoolfBoys)的學(xué)生打印出各種代數(shù)方程的3D圖形[5]?！绑w驗(yàn)式學(xué)習(xí)中心”的學(xué)習(xí)方式可以是協(xié)作學(xué)習(xí)，也可以是自主學(xué)習(xí)，前者是實(shí)現(xiàn)“共享”理念的有效方式，而后者在實(shí)踐中已經(jīng)證實(shí)了3D打印技術(shù)對學(xué)生個性化學(xué)習(xí)起著重要的支持作用。在20122013年英國3D打印技術(shù)走進(jìn)校園項目研究中發(fā)現(xiàn)：基

7、于3D打印技術(shù)的自主學(xué)習(xí)能改善學(xué)習(xí)效果并伴隨產(chǎn)生其他更廣泛的利益。例如在物理和數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)中，教師非常希望能成功地使用打印機(jī)來促進(jìn)學(xué)生思考、推理和理解學(xué)科教學(xué)知識，并且開展學(xué)生為主導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)。這種自主學(xué)習(xí)方式更大程度地將學(xué)習(xí)的主動權(quán)交付學(xué)生，讓學(xué)生在3D打印技術(shù)支持下進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，將知識學(xué)以致用。這種突破性的新教學(xué)方法，不僅有利于學(xué)生個性化發(fā)展，而且有助于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。通過身臨其境地制造和分享所產(chǎn)生的學(xué)習(xí)行為，對學(xué)習(xí)或知識獲得具有實(shí)

8、際效益，而且3D打印技術(shù)是為教師和學(xué)生提供體驗(yàn)式學(xué)習(xí)機(jī)會、為學(xué)生創(chuàng)建知識運(yùn)用空間的重要支撐技術(shù)。體驗(yàn)式學(xué)習(xí)讓學(xué)生更容易理解知識的內(nèi)涵，在實(shí)踐中有效應(yīng)用知識是強(qiáng)化知識、體現(xiàn)知識的價值。這種新的教學(xué)方法，有利于促進(jìn)學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)與探究活動，培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作意識以及發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維和自主學(xué)習(xí)能力。二、3D打印技術(shù)在英國中小學(xué)不同學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用3D打印技術(shù)在英國中小學(xué)不同學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用，多角度展示3D打印技術(shù)在促進(jìn)學(xué)科教與學(xué)的功能的優(yōu)勢和