朱海成
榆林市教育技术中心 陕西省 榆林市 719000
摘要：3D打印技术在教育领域的应用越来越多，合理引入3D打印课程可以提高学生对科学技术的认知度，培养学习的兴趣，增强学生的见识。面对学校3D打印机摆设化、低效化的问题，如何设计可行性高的3D打印课程是提高设备利用率和学生学习效率的关键因素。
关键词：3D打印；课程开发；教育改革；创客教育；
3D打印是一种快速成型技术，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的，它能做到较高的精度和很高的复杂程度，并且不用剔除边角料，提高了材料的利用率。该技术在工业设计、建筑、汽车，航空航天、医疗产业、教育、等领域都有所应用。2020年5月5日，中国首飞成功的长征五号B运载火箭上，就搭载着“3D打印机”，这是中国首次太空3D打印实验，也是国际上第一次在太空中开展连续纤维增强复合材料的3D打印实验。近年来，随着教育信息化产业的发展，3D打印逐渐进入校园，成为学校信息化水平的重要指标。如何将3D打印作为一门可操作的实用课程成了需要研究的问题。
一、3D打印技术在教育中的应用
近年来，随着智能制造的进一步发展成熟，新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用到制造领域，3D打印技术被推向更高的层面，在教育领域的应用也越来越多。合理引入3D打印课程可以提高学生对科学技术的认知度，培养学习的兴趣，增强学生的见识；教师可以了解前沿的教育技术，适应新时期的教育改革，跟上教育信息化的步伐。3D打印在教学中的应用主要集中在以下几方面。
1.3D打印课程能提高学生动手能力。3D打印机的使用能让学生在创新能力和动手实践能力上得到锻炼，学生可以用电脑进行设计，然后用3D打印机完成制作，通过亲自动手，让虚拟世界的创作与现实世界的制作实现无缝连接。
2.3D打印让学生的想象更容易变为现实。中学阶段是创造力最丰富的时期，他们正值青春期，对世界的认知处于探索和辩证的阶段，这样就会产生很多的奇思妙想，利用3D打印技术可以充分发挥学生的创造力，将他们的想法变为现实，培养学生的创新意识。
3.利用3D打印制作教学用具。优秀的教具设计可以实现化繁为简，化难为易的效果，3D打印技术为教具制作提供了方便，老师可以将隐性知识和认知结构显性化，使学习资料由抽象化转变成为具体化，弥补常态课堂直接经验不足的劣势。
二、本地区学校3D打印课程开展现状
榆林市地处陕西北部，黄土高原和毛乌素沙漠交界处，早年间由于交通和地理条件的因素，陕北地区经济条件落后，教育基础建设进程缓慢。近年来，由于矿产资源开发和经济结构调整，榆林的经济条件迅速发展，民生事业稳步提升，教育信息化水平也随之提高。
目前，榆林城区大部分学校都配备了3D打印机，北部经济发达县区的学校也配备了很多。很多学校建立了专门的3D打印教室，以社团课的形式开设3D打印课程。在各学校实地调研的过程中，可以见到学校展示其用3D打印机制作的作品，但多为厂商的设备随机附带的设计，只有极少数学校有学生自己设计的作品并展示了学生设计创作的过程。本地区的3D打印设备配备齐全，课程设计相对薄弱，存在设备利用率低的情况。
三、3D打印课程设计与开发的注意事项
1.避免课程开发的误区。3D打印课程最常见的误区是认为3D打印教育就是学习3D打印机操作。学校使用3D打印技术的重点是在设计，很多学校的3D打印课程只是教会了学生如何把3D模型导入设备后，操作3D打印机制作出来。追溯3D打印技术的发展，其核心目的是为了方便用户将自己设计的模型能够快速制作出来，实现个人定制化的需求。因此3D打印教育的本质在于培养学生根据自己的想法去设计3D模型，而不仅仅只是去网站下载别人的模型打印出来。
2.避免课程设计脱离学生实际水平。3D设计软件是学习3D打印技术的必备条件，只有熟练掌握3D软件才能得心应手的把自己的想法变为现实。中小学生的信息素养水平不同，使用的3D软件也应有所区别。对于上了三年级才第一次上信息技术课的小学生，接触电脑的时间短，电脑操作水平有限，因此要选用使用简单，容易上手的3D软件，例如3D ONE、3Dbuilder等软件。此类3D软件都是采取拼积木的方式，利用常用的立方体拼接调整设计出3D作品。中学生思维发展相对成熟，有了较高的动手能力和学习能力，对于他们就可以在入门的基础上学习一些功能更完善的3D软件，如Blender、3DMAX等，熟练掌握这些软件可以得心应手的设计自己想要的作品。这类软件上手容易，但熟练使用较为困难，授课教师应循序渐进，根据中学生的实际情况安排学习进程。
3.STEAM教育结合3D打印进行项目式学习。当下，越来越多的学校引入STEAM课程，它是集科学，技术，工程，艺术，数学多学科融合为一体的综合教育，旨在使学生参与活动、项目和问题解决为基础的学习，它提供了一种动手做的课堂体验。我们会发现STEAM中要求的创造、设计、建构、发现、合作都能以3D打印为载体的形式来呈现。让学生自己打印一些如生物、地理、化学、物理等课程的一些科学实验模型、原理，只有对各学科知识有很好的了解才能打印出模型，在打印模型中可能还涉及到数学、物理等方面的知识。3D打印课程应该与项目式学习融合起来，让学生利用自己的设计解决项目中实际遇到的问题。
4.强化专职教师培训。根据调研情况来看，一名兴趣高、技术好的指导老师能极大的提升学生学习的兴趣和效率。要想教好学生使用3D软件，教师必须熟练掌握3D软件的操作流程，而目前专业学习过这些软件的老师少之又少，一般都是由信息技术老师教授3D课程。因此，培养一支专业的3D打印教师队伍非常必要，学校、教育部门应该加大投入，组织教师参加3D打印相关培训，提升教师专业素养和操作技能，这样才能彻底解决设备利用率低，课程实用性差的问题。
参考文献
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