侯東秀

摘 要：3D打印技術(shù)應(yīng)用在中學(xué)學(xué)科教學(xué)中是教學(xué)改革的一大創(chuàng)新。目前，在大多數(shù)學(xué)校中，3D打印技術(shù)依然停留在教技術(shù)的層面上，而理想狀態(tài)是把3D打印技術(shù)與學(xué)科教學(xué)相結(jié)合，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)他們的動手能力、創(chuàng)新能力和空間思維能力。讓教師將課本上的將知識形象化、將內(nèi)容立體化，有利于開展更加生動形象的教學(xué)新模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，最終提高教育教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù) 學(xué)科教學(xué) 教育新模式

3D打印技術(shù)是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用金屬或者塑料等材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造實物模型的技術(shù)。3D打印技術(shù)引入中學(xué)教育可以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思想，因此，各國政府都對3D打印技術(shù)引進(jìn)課程非常重視。由于上級的重視，近年來，3D打印技術(shù)井噴式地進(jìn)入了中小學(xué)課堂。在未來，3D打印技術(shù)在學(xué)科教育上的應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)大，這將是一種潮流、勢不可擋！

一、3D打印技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢

在我國，很多學(xué)校開設(shè)了集三維設(shè)計與3D打印于一體的課程，這類課程讓抽象的實物立體化，這就激發(fā)了學(xué)生產(chǎn)生一個想法，能不能將3D打印技術(shù)與語文、數(shù)學(xué)、物理、生物等多學(xué)科相融合，使復(fù)雜知識形象化，促進(jìn)他們的理解。3D打印技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用的主要優(yōu)勢有以下幾點：（1）學(xué)生可以對某些科學(xué)現(xiàn)象或科學(xué)過程進(jìn)行可視化觀察，鼓勵學(xué)生動手實踐，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，激發(fā)學(xué)生潛能;（2）通過3D打印技術(shù)實現(xiàn)視覺和觸覺的結(jié)合，不同于簡單的閱讀文本和圖像。 這就為學(xué)生建立了新的學(xué)習(xí)渠道，加深了他們對知識的理解和記憶，并激發(fā)了他們進(jìn)行深入學(xué)習(xí)的熱情;（3）通過簡單的建模軟件的學(xué)習(xí)，拓展了學(xué)生的空間思維能力，也方便了以后對專業(yè)建模軟件的學(xué)習(xí)。^[1]

二、3D打印技術(shù)在教學(xué)活動中的具體應(yīng)用

1.3D打印技術(shù)在語文學(xué)科中的應(yīng)用

在初中語文《人民大會堂》一課的教學(xué)。人民大會堂的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。在過去，教學(xué)主要依靠學(xué)生對課文的理解來把握課文的內(nèi)容。他們用圖片和視頻來幫助學(xué)生了解人民大會堂的結(jié)構(gòu)與功能。利用3D打印技術(shù)可以更形象地展示人民大會堂的內(nèi)部結(jié)構(gòu);利用3D打印技術(shù)，教師可以打印出一個“真實”的“人民大會堂”，供學(xué)生觀察、討論、研究，這樣教學(xué)過程將變得生動、富有樂趣，教學(xué)效率自然會大大提高。^[2]

2.3D打印技術(shù)在數(shù)學(xué)學(xué)科中的應(yīng)用

數(shù)學(xué)中的立體幾何對學(xué)生來說常常是困難的。過去，在這部分教學(xué)中，教師大多使用爆炸圖，或者利用泥巴模型的方法來幫助學(xué)生理解幾何的變化。準(zhǔn)備這些教具花費很多時間，但效果并不理想。利用3D打印技術(shù)，教師可以輕松地為學(xué)生打印出所需的幾何圖形，并根據(jù)需要進(jìn)行實際的切割或其他改變。這種教學(xué)方法易被學(xué)生且事半功倍。例如，當(dāng)一個圓柱被斜切時，橫截面是什么？通過畫圖的方式很難理解。利用3D打印技術(shù)，這個問題將變得很簡單。學(xué)生可以在3D打印的實物上建立一個斜面，相當(dāng)于一個“斜切面”，然后在截面上進(jìn)行進(jìn)一步的測量和計算，得出自己的結(jié)論，這樣一個數(shù)學(xué)問題就簡單地被解決。

3.3D打印技術(shù)在物理學(xué)科中的應(yīng)用

在物理學(xué)科中可以利用3D打印技術(shù)的理念來開展教學(xué)的活動有物態(tài)變化章節(jié)和光現(xiàn)象章節(jié)。物理狀態(tài)變化一章主要包括溫度、熔化與凝固、汽化與液化、升華與凝華這四部分，要用四節(jié)課講完。在教育教學(xué)過程中，學(xué)生可以通過學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)的原理和材料特性，了解3D打印是通過材料的熔化和凝固來構(gòu)建實物。3D打印技術(shù)這一課教學(xué)中的好處有以下幾點：（1）教學(xué)過程更簡單，只要一節(jié)3D打印課就可以學(xué)完熔化和凝固的知識;（2）理論知識與科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，讓學(xué)生明白理論是科技進(jìn)步的基石;（3）使課堂更生動有趣，體現(xiàn)了“以學(xué)生為本”的教育教學(xué)理念;（4） 通過觀察3D打印機(jī)的操作過程，可以更有效地完成熔化和凝固概念的學(xué)習(xí)。

4.3D打印技術(shù)在生物學(xué)科中的應(yīng)用

在生物教學(xué)中，老師通常會用生物模型來教學(xué)，讓學(xué)生更好地理解所學(xué)的知識。分析現(xiàn)有資料顯示，許多現(xiàn)有的生物模型缺乏立體感和完整性，并且會有科學(xué)錯誤、結(jié)構(gòu)表征不當(dāng)?shù)葐栴}，這都是不利于生物學(xué)教學(xué)的，甚至?xí)`導(dǎo)學(xué)生形成錯誤的生物概念。利用3D打印技術(shù)開展生物模型構(gòu)建活動，然后將3D打印的生物模型利用在生物教學(xué)中，這在培養(yǎng)學(xué)生的模型構(gòu)建能力和科學(xué)思維能力的同時，也開發(fā)出適合中學(xué)生物教學(xué)的3D打印生物模型。

5.3D打印技術(shù)在信息技術(shù)學(xué)科中的應(yīng)用

計算機(jī)硬件知識和計算機(jī)裝配一直是信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)的難點之一。在一些硬件條件薄弱的學(xué)校，教師只能使用少量的設(shè)備給學(xué)生進(jìn)行集體演示與觀察。學(xué)生很難直接接觸到網(wǎng)卡、主板、CPU和內(nèi)存模塊等，他們所獲得的知識往往是模糊的。隨著3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，這些配件可以按1：1的比例打印出來，分發(fā)給每個學(xué)生，滿足學(xué)生近距離觀察、接觸和組裝的愿望。

三、3D打印技術(shù)教學(xué)實踐中的問題和建議

3D打印技術(shù)拓寬了人們的感覺和知覺，促進(jìn)了人們思維能力的進(jìn)一步發(fā)展，它與教學(xué)的整合勢在必行。目前，3D打印技術(shù)在教學(xué)實踐中存在許多問題。為了更好地在中學(xué)學(xué)科教學(xué)中融入3D打印技術(shù)，個人將提出以下建議。

1.3D打印機(jī)是教學(xué)科研的基礎(chǔ)設(shè)備，學(xué)校應(yīng)該安裝配套的3D打印機(jī)，如果教學(xué)和資金條件允許，還可以安裝配備的外圍設(shè)備，如3D掃描儀等。

2.編輯規(guī)范化的3D打印教材。據(jù)搜索表明，關(guān)于3D打印技術(shù)方面的書籍不多，適用于中學(xué)生使用的更少，因此，編寫適合中學(xué)生使用的3D打印技術(shù)教材迫在眉睫，然而，學(xué)校也可以編寫符合自己教學(xué)要求的教材。

3.對各科教師培訓(xùn)3D打印技術(shù)。3D打印技術(shù)與各學(xué)科的融合就需要各科教師都掌握3D打印技術(shù)，以便在教學(xué)中使用。在培訓(xùn)過程中，除了培訓(xùn)相應(yīng)的3D打印技術(shù)外，還要注重培訓(xùn)教師如何引導(dǎo)學(xué)生的思維發(fā)散力和想象力。

參考文獻(xiàn)

[1]梁森山.3D教育藍(lán)皮書[M].北京：人民郵電出版社，2016：

[2]胡明秋.3D打印技術(shù)在數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用[J].高師理科學(xué)刊.2019（12）.