楊福

摘 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)和創(chuàng)客時(shí)代的到來，以大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)及3D打印等為代表的信息技術(shù)對社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及學(xué)校人才培養(yǎng)都產(chǎn)生了重大影響。在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，應(yīng)用3D打印技術(shù)還處于初步、探索的階段?？萍歼M(jìn)步極大的縮小了教育的區(qū)域性差異。文中介紹3D打印技術(shù)應(yīng)用于中學(xué)的教學(xué)的背景和意義以及目前的發(fā)展現(xiàn)狀，探索3D打印技術(shù)在中學(xué)教育中應(yīng)用的有效途徑，培養(yǎng)學(xué)生們的創(chuàng)意設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新思維能力，讓學(xué)生通過”玩中做，做中玩”克服學(xué)習(xí)上的畏難及怯懦，樹立學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與自信心。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);創(chuàng)新精神;探索運(yùn)用

發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始探索3D打印技術(shù)對教育的影響，并成立了相關(guān)的項(xiàng)目用以促進(jìn)3D打印技術(shù)與教育的融合，從而培養(yǎng)出適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)、制造潮流的人才，從而提高自身的競爭力。新媒體聯(lián)盟（New Media Consortium，NMO在2013年地平線報(bào)告中提出，3D打印是未來四到五年內(nèi)值得關(guān)注的新技術(shù)，它將帶來教學(xué)、學(xué)習(xí)和研究領(lǐng)域的創(chuàng)新。英國及其它歐洲的一些國家也進(jìn)行了3D打印的相關(guān)教學(xué)調(diào)研，以獲得3D教學(xué)對學(xué)生課堂的專心度和學(xué)習(xí)成績的影響。我國的3D打印普及和教育仍處于起步的階段。國家當(dāng)前十分重視3D打印技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展。我國科技部已將3D打印技術(shù)納入國家863計(jì)劃，各地學(xué)校也開始進(jìn)行有關(guān)3D打印課程的試點(diǎn)。國家也對中學(xué)的教師給與3D打印技術(shù)的培訓(xùn)。中學(xué)中普遍存的知識(shí)體系單一，思維固定化，基礎(chǔ)知識(shí)薄弱化等弱點(diǎn)導(dǎo)致學(xué)生中普遍存在性格不自信，學(xué)習(xí)上畏難被動(dòng)等負(fù)面情況。是否可以利用3D技術(shù)縮小教育的區(qū)域性差距？是否可以通過技術(shù)動(dòng)手讓學(xué)生克服學(xué)習(xí)上的被動(dòng)，畏難心理？

1 3D打印在中學(xué)中的教學(xué)應(yīng)用

3D打印技術(shù)是應(yīng)用3D打印機(jī)打印出實(shí)物模型。因此，在中學(xué)教學(xué)中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)到地理、物理、生物、化學(xué)等學(xué)科。在現(xiàn)階段的中學(xué)教學(xué)中，教學(xué)道具仍然匱乏，尤其在經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的地區(qū)，更是如此。教師基本無法使用道具進(jìn)行演示，只能利用課件、播動(dòng)畫和視頻來替代。學(xué)習(xí)知識(shí)不應(yīng)該和活動(dòng)情景分離而獨(dú)立抽象存在，在情境中學(xué)習(xí)，與社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)結(jié)合起來的學(xué)習(xí)將有利于學(xué)習(xí)的橫向拓展和縱向深入。3D打印不受圖形限制，可以打印出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的教學(xué)模型，教師將內(nèi)部認(rèn)知結(jié)構(gòu)可視化，化抽象為具體，化復(fù)雜為簡單問。理工科的課程中，實(shí)體化、可拆卸與裝配、可運(yùn)動(dòng)的教學(xué)道具更能激發(fā)學(xué)生的興趣和想象力。在制作個(gè)性化、非大批量的教學(xué)道具中，可以很好地利用3D打印的打印能力。通過3D打印的吸管可以讓學(xué)生很好的理解物理連通器的原理（圖1）。打印的恐龍頭顱可以讓學(xué)生在生物課上直觀地學(xué)習(xí)動(dòng)物骨骼。打印如圖2的古樂器甕可以讓學(xué)生直觀的感受到樂器的發(fā)聲原理。圖3中的陀螺讓學(xué)生可以了解物理中的慣性原理，還可以接著它讓學(xué)生了解70年代孩子們的游戲，感受到國家的發(fā)展與進(jìn)步，培養(yǎng)他們的愛國情操。純粹的理論學(xué)習(xí)使學(xué)生的大腦僵化。通過在我校實(shí)踐開設(shè)了創(chuàng)意設(shè)計(jì)和3D打印于一體的“邊學(xué)邊做邊動(dòng)腦信息技術(shù)”課程后，把數(shù)學(xué)、語文、美術(shù)、科學(xué)、綜合實(shí)踐等課中的許多內(nèi)容整合，通過讓學(xué)生動(dòng)手創(chuàng)意設(shè)計(jì)一些由3D打印組件組成的小發(fā)明小創(chuàng)造，讓學(xué)生的想象力在“邊學(xué)邊做邊動(dòng)腦”中得到了發(fā)展。在課堂教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生展開想象，并采用3D打印技術(shù)把自己的想像變?yōu)閷?shí)體，運(yùn)用到學(xué)習(xí)和生活中去，能更加有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

2 3D打印技術(shù)對教育的影響

2.1 對學(xué)生的影響

3D打印技術(shù)可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，給學(xué)生的“學(xué)習(xí)方式”帶來新的思考。3D打印技術(shù)讓抽象的教學(xué)概念更加容易理解，可以激發(fā)學(xué)生對科學(xué)、數(shù)學(xué)，尤其是工程和設(shè)計(jì)創(chuàng)意的興趣，帶來實(shí)踐與理論、知識(shí)與思維、現(xiàn)實(shí)與未來三方面的相互結(jié)合。具體表現(xiàn)為：1）通過3D打印，讓學(xué)生的想象更容易變成現(xiàn)實(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐。2）學(xué)習(xí)運(yùn)用簡易建模軟件，發(fā)展學(xué)生立體空間思維。3）通過3D打印實(shí)體的觸覺過程，為學(xué)生建立一種新型的學(xué)習(xí)通道。4）選擇貼近生活的建模主題，培養(yǎng)學(xué)生解決生活實(shí)際問題的能力。5）通過過技術(shù)動(dòng)手讓學(xué)生克服學(xué)習(xí)上的被動(dòng)，畏難心理。6）通過3D打印實(shí)踐建立學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，極大提高學(xué)習(xí)積極性。

2.2 對教師的影響

3D打印技術(shù)可以幫助教師探索新型的教學(xué)方法。教師借助3D打印技術(shù)可以為學(xué)生創(chuàng)建“體驗(yàn)式”學(xué)習(xí)中心和知識(shí)運(yùn)用空間。學(xué)生通過主動(dòng)參與到真實(shí)的實(shí)踐活動(dòng)中，親自動(dòng)手操作獲得直接的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提高解決問題的知識(shí)與技能水平。教師也在教學(xué)中不斷的提升了自己的學(xué)習(xí)，教學(xué)及技術(shù)水平。在利用3D打印技術(shù)輔助教學(xué)的過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容可以是專題探究學(xué)習(xí)。在探究學(xué)習(xí)過程中，教師為學(xué)生提供學(xué)習(xí)主題及設(shè)計(jì)綱要，學(xué)生主動(dòng)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(shí)，會(huì)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。學(xué)生可以利用3D打印機(jī)將一個(gè)想法變成現(xiàn)實(shí)，將一個(gè)知識(shí)或問題以可視的打印作品呈現(xiàn)，有助于個(gè)性化和創(chuàng)新思維的發(fā)展?；?D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(shí)，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(dòng)權(quán)交給學(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(shí)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(gè)性化發(fā)展，而且有助于學(xué)生創(chuàng)新思維、邏輯思維和空間想象力的培養(yǎng)。

3 結(jié)束語

做為一名一線教師，實(shí)踐開啟了3D打印技術(shù)在中學(xué)教與學(xué)的探索，在實(shí)踐過程中也遭遇一些問題。比如打印復(fù)雜模型時(shí)耗時(shí)、耗力的問題，網(wǎng)絡(luò)軟件與打印機(jī)接口契合的問題，教師和學(xué)生熟練使用3D打印機(jī)的問題等。如何將3D打印技術(shù)恰當(dāng)有效地應(yīng)用到中學(xué)學(xué)科教育中以優(yōu)化教與學(xué)活動(dòng)過程，提升教學(xué)質(zhì)量，仍然是教育研究者值得探索的問題。

參考文獻(xiàn)

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