刘乖堂
陕西省宝鸡市太白县职业技术教育中心 721600
【摘要】3D打印在自然地理学中可直观呈现地形、地势和地貌待征，在人文地理学中可制作出富有创意，极具个性化的教具。使用3D打印技术可以培养学生的创新精神和实践能力。因此，3D打印在地理教学中将发挥越来越重要的作用。
【关键词】3D打印；高中地理；地理教具；地理模型；三维数据
3D打印是一种快速成型技术，是基于数字模型文件，运用可黏合的塑料、金属粉末或其它有机合成材料，利用光固化和纸层叠等技术快速成型。也就是说，3D打印可通过扫描按比例打印或通过建模打印输出实物。基于这一特点，3D打印技术在地理教学中的应用主要表现为以下四个方面:
一、打印3D地形图
3D打印应用于地理教学，首先是对地理模型三维数据进行收集和加工，要建立完整的地理模型数据库。目前，获得三维地理数据的主要途径有三种：一是对实物进行三维扫描，二是运用3D one等三维建模软件设计地理模型，三是直接从卫星提供的3D影像数据库中导出三维DEM(数字高程模型图)，或运用GIS软件导入3D打印机兼容的文件，直接打印模型。如果是大范围的地理结构图，可采取分段分块的方式，将地理模型逐块打印，再拼接到一起。
二、制作地理教具
目前，地理教学常用的教具由教学设备生产商制作发行，因制作的教具在生产线上批量完成，没有个性化差异。多媒体课件展示的教学内容无法使学生直接观察和接触三维实体。3D打印地形图可根据实际需求，适当进行设置和编辑，就可输出高质量的地理模型，如洪积扇、大陆架和海底地形等，成本较低。教师可通过有形的三维格式展示教科书中提取的相关地理信息，设计出个性化的教学模型。
3D打印无须经过机械加工或模具生产过程，就可从计算机图形数据中生成符合要求的实物模型，因此可广泛应用于地理教学教具的制作。如制作增强型的立体教具、学具，制作羊背石模型、冰碛丘陵模型、海岸地貌模型（如海蚀崖、海蚀柱、海蚀拱桥、海蚀穴）、海底地形模型等。
可视化教具可显著提高地理课堂教学效果。高中地理课程标准指出，要以认识自然地理环境要素及其与人类活动的关系为线索组织教学，充分利用景观图像、地理视频、虚拟技术、遥感影像、地理信息系统和周边自然与社会资源支持教学。3D打印技术可提供更多的创新空间，教师可自行制作教具并在课堂上展示，学生可以体验、观察、观测、触摸和组装这些教具，帮助学生理解自然环境是人类生存、发展的基础，辨证看待自然环境对人类的各种影响。另外，将3D打印技术应用于教学时，只要共享所设计的文件，这些模型就可以在师生间分享，充分发挥其作用。
如在学习高中地理(湘教版?必修1)第二章“地球表面形态”这一内容时，对于许多地形地貌，简单依靠文字和图片无法让学生形成完整的认知。教师可以利用3D打印技术，打印出上课所需地形地貌的微缩景观模型，如丹霞地貌、雅丹地形、蛇形丘等。
又如，在学习褶曲构造地貌时，部分学生对于背斜岩层“中间老，两翼新”、向斜岩层“中间新，两翼老”理解不透彻。利用3D打印机打印出背斜、向斜地形的纵剖面模型，在剖面上标出地层序列，给不同地质年代的岩层涂上不同颜色，让学生手持实物，用直尺比对判断。在动手过程中，通过观察、比对和思考，让学生理解和掌握地理原理。
三、培养创新实践能力
《普通高中地理课程标准》在课程目标中明确提出：“学生能够在地理实践活动中，将所学知识与实践相结合，积极思考，勇于探索，并具备一定的活动策划和行动能力。”
教师要善于发掘地理生活中的地理问题。地理教材课后“活动”中设计的地理问题是显性问题，对于隐性问题，就要通过地理综合实践，进行挖掘和整理。
如山地地形类型多样，包括山谷、山脊、山麓、冲积扇等。这几种地貌分布在山地不同部位，各自特点和形成原因也不相同，学生容易混淆。通过组织学生野外考察，采用3D打印技术打印，可帮助学生更直观清晰认识这几种地貌。
对于无法实地进行的课外实践活动，教师可运用3D打印技术，将原定实践目的地的现实状况打印出来，通过模拟让学生能直观地感受并参与到活动中。三维立体实物相对于图片、视频和文字而言，更具吸引力，也更能激发学生探索的兴趣。
教师还可以带领学生开展“3D打印三维校园地图”、“设计个性化居民小区”等活动，3D打印将学生的构思转变为真实的立体彩色模型，把抽象的概念和设计带入现实生活，使学习活动更为生动，能有效激发学生实践的积极性，提高学习的趣味性。这个过程需要学生从设计到打印自主参与并完成，有利于学生观察能力、设计能力、动手操作能力和创新能力全面发展，对培养创新型人才具有积极意义。
四、检测教学效果
利用3D打印技术，可以检测学生的学习效果，特别是能有效检测地理综合实践课、拓展课和案例课的教学效果。
例如，学生在学习“中国黄土高原水土流失的治理”一课时，教师可让学生设计水土流失的治理方案，并运用3D打印技术将设计成果打印出来，进行交流，教师评价后提出改进建议。通过这种方式检测教师教学效果和学生学习成果，并改进教学方式。又如，通过让学生结合课堂知识，设计并动手打印“黄土高原特征”三维模型，可将抽象的知识变成有趣的动手实践，帮助学生更好地掌握复杂抽象的知识。基于项目的3D打印课教学，即以学生为中心，以项目为导向开展教学，让学生经历需求的产生、模型的设计、实物打印、评估与改进等一系列过程，体会技术带来的生产、生活变革，培养学生的动手能力和创新能力。
目前，3D打印在我国地理教学中少有应用，源于存在诸多限制性因素，主要涉及设备造价较高，耗材贵，成型件多为树脂类，单色多，强度、耐热性有限。三维建模软件收费高，技术难度较大，入门困难。对于教材中适合3D打印内容的挖掘和设计难度较大，对计算机配置要求较高等。但随着3D打印技术的不断发展，必将给高中地理教学带来全新的面貌。
【参考文献】
[1]杨阳.P3D数字模型课堂互动的创新教学模式[J].中国教育信息化，2013(04)
[2]邹梅.3D打印在中小学创客教育课堂中的应用[J].长春师范大学学报(第38卷第2期)，2019(02)