【摘要】3D打印技術(shù)是一種快速成形的新技術(shù)，已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，介紹了3D打印的工作原理，探討了將3D打印技術(shù)引入到虛擬現(xiàn)實教學(xué)中，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動手能力，進一步激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，對教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)都有明顯的效果。

【關(guān)鍵詞】3D打??；虛擬現(xiàn)實；教育創(chuàng)新

1.引言

3D打印技術(shù)的思想起源于19世紀(jì)末的美國，并在20世紀(jì)80年代得到發(fā)展和推廣，如今已經(jīng)是日益發(fā)展成熟，成為當(dāng)前最熱門的新興技術(shù)之一。2013年5月30日在北京召開的首屆世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會成立了世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，標(biāo)志著3D打印技術(shù)真正進入了大規(guī)模應(yīng)用和研究的階段。

對3D打印技術(shù)的大規(guī)模研究引起了教育工作者的關(guān)注。《地平線報告》是美國新媒體聯(lián)盟與美國學(xué)校網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合會合作發(fā)布的教育領(lǐng)域最引人關(guān)注的新技術(shù)報告。2013年版的《地平線報告》首次將3D打印的教育應(yīng)用列入了“待普及”的新技術(shù)清單，并對3D打印作了比較詳細(xì)的介紹，報告認(rèn)為，該技術(shù)將會在4到5年之內(nèi)普及[1]。目前，在教育領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的應(yīng)用才剛剛起步，目前還有一定的局限性，有許多問題值得研究。該項技術(shù)在教育方面極具創(chuàng)新潛力和廣泛應(yīng)用的前景，本文先介紹3D打印的原理，然后對3D打印在虛擬現(xiàn)實課程教學(xué)中的應(yīng)用進行探討。

2.3D打印技術(shù)的原理

3D打印技術(shù)是添加制造技術(shù)的一種形式，作為新興的技術(shù)，3D打印的工作原理和傳統(tǒng)的打印相類似，只不過打印所用的原材料由油墨換成了尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金、橡膠等多種原材料。雖然不同3D打印機的材質(zhì)及構(gòu)造不相同，但其工作原理都是采用逐層打印，疊加成型的模式。首先得通過計算機輔助設(shè)計或計算機動畫建模軟件建模，再將建成的三維模型“切片”成逐層的截面數(shù)據(jù)，然后通過計算機把這些信息傳輸給3D打印機，3D打印機從底部開始打印，每一層的打印分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，然后在膠水上噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化粘結(jié)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體模型將會被粘結(jié)起來，“打印”完成后，需要對打印的模型進行后期處理，例如固化、剝離、模型的修整等，最終將立體的物體呈現(xiàn)到人們面前。與傳統(tǒng)模型制作相比，3D打印具有制作精度高和制作周期短等顯著優(yōu)勢。這種方式既不會產(chǎn)生廢料，而且還能生產(chǎn)出各種造型復(fù)雜的產(chǎn)品。并且省去了傳統(tǒng)模型制作中向傳統(tǒng)供應(yīng)商提交數(shù)據(jù)、產(chǎn)生訂單、等待發(fā)貨以及收貨等種種繁瑣的程序。

3.3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實教學(xué)的實踐性很強，教學(xué)過程實際上就是一個不斷實踐的過程。學(xué)生在教師指導(dǎo)下獨立自主地學(xué)習(xí)，通過親身的實踐活動，不斷地從感性實踐上升到理性認(rèn)識，再反過來指導(dǎo)感性實踐。通過這種學(xué)習(xí)，學(xué)生的觀察能力、獨立思考能力、動手能力得到了很好的鍛煉；求實的科學(xué)態(tài)度、探究的科學(xué)精神、熱愛科學(xué)的情感也得到了培養(yǎng)[2]。

3.1 3D打印技術(shù)有助于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維

3D打印技術(shù)作為一種連接虛擬現(xiàn)實中三維設(shè)計與真實世界模型的技術(shù)，不僅豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境，而且激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。3D打印機能夠?qū)崿F(xiàn)將學(xué)生的三維設(shè)計想法快速地進地生成原型，而不用花很多時間手工制作，通過快速生成的原型，在設(shè)計初期就可以更快、更安全地發(fā)現(xiàn)問題和不足，并且修正設(shè)計中的缺陷，教師也能及時給予指導(dǎo)和幫助。在這一過程中能夠引導(dǎo)學(xué)生進行一個不斷創(chuàng)新的設(shè)計過程，促進學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng)。利用3D打印還有助于營造一種優(yōu)質(zhì)的創(chuàng)作環(huán)境，不斷強化學(xué)生的設(shè)計能力、批判性思維和問題解決能力，這些也是知識經(jīng)濟時代的人才培養(yǎng)目標(biāo)之一。對于一個復(fù)雜的大型模型，還可以對學(xué)生進行分組，每組設(shè)計一部分模型，然后互相進行交流，這種交互活動不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的合作精神和協(xié)作能力，而且能夠充分激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。

3.2 3D打印技術(shù)有助于改善教學(xué)效果

3D打印技術(shù)的最大優(yōu)勢在于能拓展人們想象的空間。不論是教師還是學(xué)生一旦他們有新的想法時，都可以通過3D打印技術(shù)來實現(xiàn)。這就使得以后的教育將變得更靈活，使得學(xué)生以后不僅僅是被動的單純接受知識，還可以對知識進行主動的探索。在虛擬現(xiàn)實教學(xué)中，很多教師都希望都將電腦中三維虛擬的模型轉(zhuǎn)化為可觀察、可觸摸的實體模型，以便學(xué)生可以更形象更直觀地去理解所學(xué)的知識和技能，讓學(xué)生獲得切身的體驗。3D打印正好解決了這個問題，并且它可以幫老師更好的傳遞他們的教學(xué)思想。通過3D打印，既能夠幫助學(xué)生更好地掌握抽象三維虛擬模型，也為教師講解該教學(xué)內(nèi)容提供了一種更直觀的方法。一個具體的實物勝過成百上千句話語的表述。因此，在虛擬現(xiàn)實教學(xué)中運用3D打印可以深化學(xué)生對抽象知識的領(lǐng)悟，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，將復(fù)雜的知識變得更容易理解。使教學(xué)活動更高效。3D打印技術(shù)可以大大激發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的能動性和創(chuàng)造性，從而也更好地提高了教師的教學(xué)效果。

3.3 3D技術(shù)打印有助于營造更愉快的學(xué)習(xí)體驗

由于成本和技術(shù)問題，傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實教學(xué)中學(xué)生僅在電腦上完成三維設(shè)計方案，不能夠制作模型。配備3D打印機以后，通過3D打印即可及時看到自己設(shè)計出的產(chǎn)品，學(xué)生的設(shè)計得到了快速的實現(xiàn)。3D打印的核心應(yīng)用就在于它能夠幫助學(xué)生將數(shù)字化的三維設(shè)計快速變成可觸摸的實體模型。獨特的實物模型能使學(xué)生獲得切身的感受，并且學(xué)生還可以跟模型進行互動，從另一個角度增加對模型的了解，在這個過程中，能夠幫助學(xué)生獲得愉快地學(xué)習(xí)體驗，增強他們記憶，避免遺忘。這將更好地激發(fā)學(xué)生的靈感，給予他們更多的想象空間，使他們更愿意去加入到自己設(shè)計自己生產(chǎn)作品的過程中。在虛擬現(xiàn)實教學(xué)中，3D打印加速了學(xué)生三維設(shè)計的過程，幫助他們避免了把時間浪費在無用工作上，也避免了最終三維設(shè)計不合理所帶來的挫敗感，使學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗更為愉快。

4.結(jié)束語

3D打印豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗。3D打印技術(shù)在本質(zhì)上是多媒體技術(shù)的延伸，它拓展了人的感覺和知覺，促進了人的思維能力的進一步發(fā)展，它與教學(xué)的融合勢在必行。各院校應(yīng)將3D打印引入到虛擬現(xiàn)實教學(xué)中，促進學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，拓展學(xué)生的想象空間，開發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維，提升學(xué)生的設(shè)計能力，增強學(xué)生設(shè)計的嚴(yán)謹(jǐn)性，提高學(xué)生的動手能力。3D打印機在教學(xué)中的使用，必將會推動教學(xué)方式的變革，對傳統(tǒng)的教學(xué)模式進行改革，不久的將來，3D打印也會像電腦和互聯(lián)網(wǎng)一樣在學(xué)校和家庭中普及。作為教育工作者絕對不應(yīng)該錯過使用這項新技術(shù)的大好時機。雖然目前3D打印的普及還面臨著很多現(xiàn)實困難，但隨著技術(shù)的不斷進步和飛速發(fā)展，很多我們現(xiàn)在面臨的難題都會迎刃而解。讓我們在實踐中繼續(xù)探索3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，借此推動教學(xué)活動的創(chuàng)新。

參考文獻

[1]NMC.NMCHorizonReport：2013HigherEducation Edition[EB/OL].[2013-05-22].http：//www.nmc.org/pdf/2013-horizon-report-HE.pdf.

[2]勞凱聲.教育學(xué)[M].天津：南開大學(xué)出版社，2001.