浅谈如何在中小学教育中开展3d打印课堂

　3d打印进课堂在现在是一个非常火的话题，很多学校为了构建特色学校将3D打印纳入中小学课堂。

　“3D打印”是通俗的叫法，学术名称为“快速原型制造 ”(Rapid Prototyping & Manufacturing)，是80年代末90年代初在美国开发兴起的一项高新制造技术。“3D打印”技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的，采用材料累加的新成型原理，直接由CAD 数据打印制成三维实体模型。快速成型系统就像是一台“立体打印机”，不需要传统的刀具、机床、夹具，便可快速而精密地制造出任意复杂形状的新产品样件、模具或模型。

　3D打印机与传统打印机最大的区别在于耗材不同——后者使用墨粉，前者使用的则是一些可以发生固化反应的材料，如树脂、塑料、陶瓷、石膏、金属等等。例如：助听器生产部门利用3D打印机扫描患者的耳朵轮廓后复制出合适的助听器。汽车定制公司利用3D打印机为汽车爱好者提供专门的汽车部件。消费电子产品厂商用3D打印机来完成对产品功能的设计，以避免在大规模生产后修改设计。医生用3D打印机来制造实习模型。博物馆用3D打印机复制真品，以避免参观者损毁真品，等等。

　在学校，3D打印技术可以让学生在实验室内亲历从想象到图纸再到实物的全过程。将图纸上的个性化创意作品真正“造”出来，创造性探究学习才得以“落地”，而不是停留在画画草图、纸上谈兵的阶段。

　     但是在实际运用中， 3d打印没有看起来这么美。

　    首先从3d打印效率来说，校园购买的3d打印设备大多是桌面级3d打印机，所用材料大多为abs或pla,打印作品的速度慢。一个20*20*20的模型，如果要精度要求不高，一般需要8-12小时打印，等你打完学生创造的作品，一节课早就下了，达不到现场教学的效果。哪怕再小巧一点的模型，从开始加热到模型打印完毕，总得要半个小时左右吧。这对追求当堂打印作品的老师来说是不可承受的。

　    其次，很多模型无法打印，我学校开设了3D打印课程，学生也设计了好多有趣的模型，比如北京天坛、宝剑、亭台楼阁等，很漂亮。既然设计了，总要打印出来吧。一打印就发现问题来了。很多模型有悬空或者突起的部件，没有加一些特殊的支撑，根本无法打印。要把这些稀奇古怪的模型打印出来，师生都要对打印机本身非常熟悉，了解其工作原理和各种参数。

　第三普及率不会很高，如果每个学校都上3D打印这个项目，意义不是很大，总不能要求每所学校都有一位非常3d设计，动手能力超强的老师？有些设计不好的机器，一旦坏了还要整台快递回厂家维修，很不方便。

　那针对这些问题要开设怎样的3D打印课程呢？

　    根据前面的分析，打印机要么教师用要么学生用。让学科教师学会设计3D模型，然后打印出各种各样的教具用于教学，这几乎是不可能的任务。除非3D设计要如PowerPoin一样，成为教师的必修技能。要知道，3D设计比做做PPT来说，难度不知道要高出多少个等级。所以，3D打印目前只能用于学生方面，开设相关课程，让学生学习3D设计，并且能够打印出作品。

　3D打印机刚刚流行的时候，国内就有好几所敢于吃螃蟹的学校开设了3D打印课程。这些课程也是良萎不齐，问题多多。比如有学校是让学生上网找现成的3D模型，然后打印出来玩，美其名曰体验3D打印。也有学校老师购买了3D打印机散件，从装搭开始到最后的打印，亲历整个过程。

　不可否认，这些课程都有一定的教育价值，有问题也是正常的，所谓“初生之物其形必丑”。但是仅仅打印现成模型，这当然不能凸显3D打印的教育价值。可见，最终要将目光放在3D设计方面才对。在华中师大版九年级教材中，3D设计是其中一个课程模块，这是非常好的设计。

　针对教材，我选用123d作为学生入门设计的软件，经过师生共同摸索学习，学生基本能独立设计自己喜欢的作品。

　个人建议，中小学3D打印课程的开设，可以通过以下不同方式进行：

　一、以学校社团形式存在。在全校召集对3D打印感兴趣的学员组建兴趣小组进行小组授课，开设简单的3D理论课程，让学生对3D打印有一个全面且直观的认识。然后通过专业的中小学建模软件自己动手学习设计专属自己的3D模型。

　二、科普讲学式。即通过各种资讯的信息来进行的教学，主要是通过3D打印的原理、发展以及操作流程，适当添加一些打印的环节，这类更多的是公共教育面向全体学生开展的教育模式;

　三、在历史、生物、地理、化学、物理等课程的教授过程中的辅助教具都可以直接通过

　3D打印制作出来，将抽象、难懂的教学变得更直观、更形象化，更好地激发了学生的学习兴趣。

　四、游戏化教学。课堂内容需要更多游戏化的设定。游戏是孩子们天生所喜好的，特别是男孩子尤为显著，你叫他设计个上数学课用的圆锥圆柱的，他肯定不乐意，但是换成英雄联盟里面的英雄保证兴趣大增，所以课堂内容需要更多游戏化。

　五、不能统一标准答案。3D打印教育玩的就是创造力，怎么能统一标准答案呢。而且每一位小朋友都有自己独特的思维模式，这个跟家庭因素、周围生活环境密不可分，这种独特的创造性思维一旦形成一套方式，很有可能会出现特立独行的小孩子，而往往创新意识最为强的也是他们，会出现更多奇思妙想。

　2017年政府工作汇报，李克强总理对3D打印的重视，是关注其在我国制造业转型中的重大意义。因为3D打印技术目前受到了媒体和大众的热烈追捧，被认为最近20年世界制造技术领域的一次重大突破，将与其他数字化生产模式一起推动新的工业革命。科技教育要从小抓起，才能在一代代人的基础上更加突飞猛进。3D打印应用于教育领域，为师生提供可直观的教学3D模型之外，对学生的成长而言，能及早地在了解与运用新科技，为未来的自主创造性打下基础。

　3D打印进课堂为学校的教育创新提供了新的视角，但作为新事物被广泛接受还需要一段时间。目前国家还未制定中小学3D打印课程标准，这种情况下中小学教师要灵活地开展3D打印教育课程，内容设置要具有弹性和选择性，充分尊重学生的个性和创造性，促进学生的自主发展。

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