【摘要】：3D 打印技術(shù)是一種快速成型的新技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用空間，已從工業(yè)制造逐漸擴(kuò)展至國防軍事、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生等多個領(lǐng)域。它必將逐漸走進(jìn)教室、邁入課堂，從而對教學(xué)乃至整個教育領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。本文對3D打印技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用作了綜合介紹，并針對3D打印技術(shù)可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析，為有效開展 3D 打印在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了一定的理論指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】：3D打印技術(shù);高校教育;教學(xué)

引言

3D 打印機(jī)（ 3D printer） 又叫三維立體打印機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)從計算機(jī)上設(shè)計虛擬3D模型到打印出實物的功能，具有打印精度高、速度快、高易用性等特點(diǎn)。在教育中，國內(nèi)外眾多院校紛紛將3D打印技術(shù)引入課堂教學(xué)之中。我國多所高校也引進(jìn)了3D打印技術(shù)，用于幫助師生進(jìn)行日常教學(xué)工作以及科研創(chuàng)新。我校已經(jīng)引進(jìn)了多臺3D打印機(jī)設(shè)備用于學(xué)生學(xué)習(xí)和教師科學(xué)實驗研究，并在全校范圍普及該技術(shù)，已經(jīng)形成了濃厚的3D打印的氛圍。將“原材料→產(chǎn)品設(shè)計→產(chǎn)品成型”全過程搬遷到課堂上，讓老師與學(xué)生產(chǎn)生真正的互動，學(xué)生有了實際參與的環(huán)境，將以往枯燥乏味的技術(shù)理論和讓老師用語言難于表達(dá)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，用實物清楚的展現(xiàn)在學(xué)生面前，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)樂趣【1】。

一、3D打印將促進(jìn)實裝化教學(xué)的發(fā)展

實裝化教學(xué)是院校組織學(xué)生到實習(xí)基地或相關(guān)單位開展的一種實踐性教學(xué)活動，是院校培訓(xùn)體系中提升實踐技能的有效途徑。這種集觀看、研討、訓(xùn)練于一體的實踐性教學(xué)方式的興起，是對傳統(tǒng)教學(xué)方式的創(chuàng)新和突破。它使教學(xué)活動與實際裝備緊密結(jié)合，幫助學(xué)員消化課堂理論知識，開闊眼界、激發(fā)求知欲望，有利于學(xué)員在更廣闊的空間獲取教學(xué)實效。但是目前實裝化教學(xué)的開展受到很多條件的制約，主要表現(xiàn)在：

1、學(xué)校與實習(xí)單位不在一地，實裝化教學(xué)的組織實施受限。

2、學(xué)校教學(xué)進(jìn)度與實習(xí)單位的不一致，實裝教學(xué)的計劃制定、課目設(shè)置、評價考核等受限。

3、裝備更新速度快，實習(xí)單位有些系列和型號不全，不能提供全面的實裝，而3D打印能讓工廠走進(jìn)課堂。

3D打印這種數(shù)字化制造技術(shù)，在學(xué)術(shù)界也稱為增量制造、增材制造、快速原型、快速制造。它具有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，3D打印節(jié)省原料、縮短時間、降低費(fèi)用。從3D打印的原理和過程可知，3D打印是把材料進(jìn)行逐層堆積疊加成型，從而制造出實體產(chǎn)品。其制造過程被形象地稱為“加法”過程。而傳統(tǒng)制造業(yè)是把模具裁切出需要的產(chǎn)品，被稱作“減法”過程。因此，3D打印比傳統(tǒng)制造要省時省料，節(jié)約成本。其次，3D打印擅長制造個性化、復(fù)雜化和高難度的產(chǎn)品。對3D打印來說，打印一個復(fù)雜得難以想象的特殊產(chǎn)品，也并不比打印一個外形簡單的長方體消耗更多的時間和成本，因此更適合制造單件和小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)。此外，3D打印不受場地和環(huán)境限制，還能實現(xiàn)遠(yuǎn)程制造。3D打印的這些優(yōu)點(diǎn)，使得可以在教室制造實裝滿足教學(xué)需要，而且廢棄的產(chǎn)品可以用于再生產(chǎn)，循環(huán)利用，從而使工廠走進(jìn)課堂【2】。

二、3D打印能提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

利普森先生在其專著《3D打印，從想象到現(xiàn)實》中，寫了一個用3D打印機(jī)制作橡皮泥飛機(jī)引起小學(xué)生興趣的實例。三分鐘的橡皮泥飛機(jī)制作過程，吸引著課堂上的小學(xué)生，他們紛紛發(fā)言，提出各種各樣的疑問，還有個頗具企業(yè)家潛質(zhì)的孩子做了計算，按現(xiàn)有的橡皮泥原料市場價格，計算出每架飛機(jī)的售價成本?？梢姡瑢W(xué)習(xí)興趣的產(chǎn)生與教學(xué)方式有密切的關(guān)系。學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)，主要在教師使學(xué)習(xí)活動有興趣。沒有興趣，就沒有記憶，歌德說：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者”。如何讓孩子學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，是有效提高教學(xué)質(zhì)量的根本點(diǎn)。由于種種因素的限制，傳統(tǒng)的教學(xué)重理論講授輕動手操作。隨著3D打印技術(shù)的引入，將工廠搬進(jìn)教室，這一問題將迎刃而解。隨著合理地使用3D打印技術(shù)，課堂教學(xué)將是“令人愉快的”過程。

三、3D打印會改變教學(xué)模式

以計算機(jī)為核心的現(xiàn)代教育技術(shù)已經(jīng)貫穿于教學(xué)的整個過程，充斥于教學(xué)的各個角落，極大提高教與學(xué)的效率。但不論是授課常用的課件，還是視頻等，都是通過眼睛和耳朵獲取信息。有研究表明，通過眼睛和耳朵獲取的信息會被遺忘的比例高達(dá)70%。3D打印引入的“邊做邊學(xué)”工程，能有效的調(diào)動學(xué)生的另一個器官——手，通過觸覺感知，加深學(xué)生的記憶。而以計算機(jī)為平臺的多媒體和3D打印相結(jié)合會改變現(xiàn)有的教學(xué)模式，必定能大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。這種“虛實結(jié)合”的教學(xué)方法，把感知、理解、鞏固與運(yùn)用融合為一體，使得學(xué)生在較短時間內(nèi)記憶得到強(qiáng)化，可以有效地促進(jìn)個體主動參與認(rèn)知結(jié)構(gòu)不斷重組的遞進(jìn)式學(xué)習(xí)過程?；仡櫽嬎銠C(jī)應(yīng)用教育的方式，最初僅應(yīng)用于和計算機(jī)有關(guān)的課程上，如編程或數(shù)學(xué)課。但現(xiàn)在每門課都使用計算機(jī)。和計算機(jī)一樣，3D打印將打開教授和學(xué)習(xí)的全新方法的大門。3D打印從誕生到發(fā)展至今已有三十多年的歷史，之所以還沒有廣泛應(yīng)用在課堂教學(xué)中，主要是受制于目前的技術(shù)水平、制作材料等原因。隨著這些問題的一一解決，3D打印必定對教學(xué)乃至整個教育領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響【3】。

四、3D打印技術(shù)可能產(chǎn)生的問題

一種新技術(shù)的發(fā)展與壯大需要一個過程，3D打印技術(shù)亦是如此。目前，該技術(shù)涉及與教育相結(jié)合的例子在國內(nèi)還非常少，這就需要我們不斷地去摸索適用于教育教學(xué)的各類3D打印機(jī)。但是，教育用3D打印機(jī)的發(fā)展仍然會受到很多方面的制約：

首先是成本方面。3D打印技術(shù)還在進(jìn)一步的完善過程中，其3D打印機(jī)的造價還比較昂貴，這對該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展帶來了困難。

其次是打印材料方面。3D打印機(jī)的基本原理是快速成型技術(shù)，其打印材料多采用納米材料，市場價格比較高，選擇的局限性大，且成型產(chǎn)品的物理性能較差，安全方面有待提高。這勢必會影響到學(xué)校決策層是否會選擇使用3D打印機(jī)為教育教學(xué)服務(wù)。

第三是技術(shù)方面。3D打印機(jī)尺寸規(guī)格還沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，為了配合課堂教學(xué)，靈巧、輕便應(yīng)成為主流。同時打印的速度也是制約與課堂教學(xué)相結(jié)合的因素之一，打印塑料制品大約要10個小時，而打印金屬制品大約要100個小時，這就無法實現(xiàn)課堂的實時教學(xué)工作。對于上述問題，3D打印技術(shù)與教育結(jié)合的發(fā)展方向是低成本、高效率【4】。

五、結(jié)束語

高校教育是為了培養(yǎng)大學(xué)生未來的生存和工作的基本能力素養(yǎng)，需要具有一定的前瞻性，要與時俱進(jìn)，培養(yǎng)孩子們能夠更好地適應(yīng)時代的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。3D打印技術(shù)的普及將會為學(xué)校的創(chuàng)新教育提供了新的視角和技術(shù)支持。高校可通過開設(shè) 3D 打印相關(guān)課程，促進(jìn)學(xué)生獲取多學(xué)科知識，加強(qiáng)學(xué)生多領(lǐng)域融合，拓展學(xué)生想象空間，提升學(xué)生設(shè)計能力，增強(qiáng)學(xué)生設(shè)計嚴(yán)謹(jǐn)性，增加學(xué)生就業(yè)機(jī)會，推動高等院校產(chǎn)學(xué)研教學(xué)發(fā)展，提高企業(yè)自主研發(fā)能力。3D 打印技術(shù)融入到教育的領(lǐng)域中，將會對未來的國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到非常關(guān)鍵的作用，相信 3D 打印技術(shù)在教育領(lǐng)域中會發(fā)揮重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王偉偉.3D打印技術(shù)在中職教育改革背景下的應(yīng)用[J].教學(xué)研究，2013（11）：22.

[2]朱閣，莫蔚靖.3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用與探索[J].價值工程，2015（32）：178-181.

[3]王萍.3D打印及其教育應(yīng)用初探[J].中國遠(yuǎn)程教育（綜合版），2013（08）.