3D打印技術(shù)在任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法中的應(yīng)用

李彬 顧海 李朱鋒

【摘要】3D打印技術(shù)作為一種快速成型技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。本文介紹了3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并將3D打印技術(shù)引入任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，從任務(wù)、教師、學(xué)生三方面探討3D打印技術(shù)在任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法中的作用。

【關(guān)鍵詞】3D打印 ?任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法 ?應(yīng)用

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）05-0211-02

（南通理工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 ?江蘇 ?南通 ?226002）

【摘要】3D打印技術(shù)作為一種快速成型技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。本文介紹了3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并將3D打印技術(shù)引入任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，從任務(wù)、教師、學(xué)生三方面探討3D打印技術(shù)在任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法中的作用。

【關(guān)鍵詞】3D打印 ?任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法 ?應(yīng)用

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）05-0211-02

應(yīng)用型本科注重培養(yǎng)技術(shù)技能型人才，傳統(tǒng)的教學(xué)方法以講授為主，已不能滿足培養(yǎng)目標(biāo)要求，因此高校不斷進(jìn)行教學(xué)改革，探索新的教學(xué)方法。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法是一種建立在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)法，以解決問題、完成任務(wù)為主，使學(xué)生能根據(jù)自己對當(dāng)前任務(wù)的理解，運(yùn)用已有的知識和經(jīng)驗(yàn)提出方案、解決問題。

3D打印是一種顛覆性的制造技術(shù)，與打印機(jī)原理相似，分層加工，是一種“增材制造技術(shù)”。其具有制作精度高、周期短，可以實(shí)現(xiàn)個性化制作等優(yōu)勢，已廣泛的應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品制造、醫(yī)療行業(yè)、建筑業(yè)、汽車制造業(yè)、航空航天、食品、軍事等行業(yè)。New Media Consortium（NMC）在2013年《地平線報告》中指出3D打印將會在未來4～5年內(nèi)普及，并將在教育研究領(lǐng)域帶來創(chuàng)新。

1.3D打印技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用現(xiàn)狀

3D打印為教學(xué)提供了新的形式，一些教育機(jī)構(gòu)和組織正在探索如何將其應(yīng)用到教學(xué)中。

英國教育部從2012年10月開始在21所學(xué)校將3D打印技術(shù)應(yīng)用到數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)科學(xué)、工程設(shè)計(jì)等課程中，探索3D打印技術(shù)能否更好地達(dá)到教學(xué)的目標(biāo)。羅徹斯特理工學(xué)院在靜力學(xué)課程在講授橋梁結(jié)構(gòu)受力時，讓學(xué)生設(shè)計(jì)橋梁并通過3D打印機(jī)打印后檢驗(yàn)受力效果。北卡羅來納州立大學(xué)在數(shù)字產(chǎn)品建模課程中要求學(xué)生利用3D建模軟件和3D打印機(jī)設(shè)計(jì)人物動作。

人大附中將3D打印技術(shù)引入課堂，讓學(xué)生創(chuàng)意變成現(xiàn)實(shí)。中山大學(xué)和暨南大學(xué)等高校將3D打印應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)等專業(yè)，讓學(xué)生將自己的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，并能及時調(diào)整改進(jìn)。

目前，3D打印技術(shù)已在電子、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、數(shù)學(xué)、航空、地理、烹飪、機(jī)電工程、建筑設(shè)計(jì)、歷史考古、動畫設(shè)計(jì)、天文、力學(xué)等不同學(xué)科領(lǐng)域使用于輔助教學(xué)。

2.3D打印技術(shù)在任務(wù)驅(qū)動教學(xué)中的作用

任務(wù)驅(qū)動最根本特點(diǎn)就是以任務(wù)為主線，教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體。其一般分為4個環(huán)節(jié)：創(chuàng)設(shè)情境、確定任務(wù)、自主協(xié)作學(xué)習(xí)、效果評價。不同學(xué)科領(lǐng)域大多都進(jìn)行了任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的探索，將3D打印技術(shù)引入任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法必然有不可比擬的優(yōu)勢，在教學(xué)過程中必定會起到重要作用。

2.1對任務(wù)的作用

①有利于創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境

創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境是任務(wù)驅(qū)動教學(xué)的基礎(chǔ)，如何讓學(xué)生能融入教師創(chuàng)設(shè)的情境是任務(wù)驅(qū)動教學(xué)的首要問題。3D打印技術(shù)有其獨(dú)特的魅力，能從直觀視覺上吸引學(xué)生的注意，得到學(xué)生的認(rèn)同，從而激發(fā)學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣，促使學(xué)生能快速進(jìn)入教師創(chuàng)設(shè)的教學(xué)情境，并能在輕松的學(xué)習(xí)氛圍中積極愉悅的學(xué)習(xí)，使創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境不再成為難題。

②任務(wù)效果評價更加直觀

效果評價是任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的最終環(huán)節(jié)，也是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的關(guān)鍵步驟。對學(xué)習(xí)效果的評價主要包括兩個方面：一是對學(xué)生是否完成當(dāng)前問題的解決方案的過程和結(jié)果的評價;二是對學(xué)生自主學(xué)習(xí)及協(xié)作學(xué)習(xí)能力的評價。3D打印技術(shù)可以將學(xué)生自主設(shè)計(jì)的產(chǎn)品快速變成可觸摸觀察的實(shí)體模型，讓學(xué)生的自評、互評有直觀的對象，設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)一目了然，方便學(xué)生互相交流學(xué)習(xí)、取長補(bǔ)短;讓教師、專家或是直觀的了解學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握情況，從而合理的給出成功的經(jīng)驗(yàn)和失敗的原因。

2.2對教師的作用

①滿足復(fù)雜、多樣化教具的需求

在任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法中，教師的作用不管是知識的傳授還是任務(wù)的引導(dǎo)、咨詢，這些都需要用到教學(xué)用具。傳統(tǒng)的教具一般是簡單的實(shí)物模型，已滿足不了復(fù)雜、多變的三維模型的需要。當(dāng)教師講解復(fù)雜的多面體、不同型號的零件、不同風(fēng)格的建筑時，一般只能通過多媒體、三維動畫演示，學(xué)生只能憑借自己的想象進(jìn)行了解。3D打印技術(shù)的快速成型、物化創(chuàng)新設(shè)計(jì)的特性則可以將這些復(fù)雜、多變的物體切切實(shí)實(shí)地呈現(xiàn)在學(xué)生的面前，讓學(xué)生能看的到、觸摸到，加深學(xué)生的印象，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

②有助于改善教學(xué)效果

學(xué)生能夠在有限時間掌握所學(xué)知識是教師的第一目的，采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)可以有效讓學(xué)生在理論與實(shí)踐中掌握知識和技能。3D打印技術(shù)的最大優(yōu)勢就是靈活性，可以拓展教師及學(xué)生的想象空間，將他們的新想法新觀點(diǎn)快速的變成現(xiàn)實(shí)。教師可以利用3D打印技術(shù)打印出來的實(shí)體直觀的傳遞他們的教學(xué)思想，學(xué)生可以從實(shí)在的三維模型中掌握抽象的理論知識，提高學(xué)習(xí)效率，將復(fù)雜的知識簡單化。同時，學(xué)生可以在設(shè)計(jì)初期排除錯誤設(shè)計(jì)，避免時間的浪費(fèi)。

③促進(jìn)教師自身的發(fā)展

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)要求以學(xué)生為中心，教師從傳統(tǒng)的知識傳授逐步向組織、引導(dǎo)、指導(dǎo)轉(zhuǎn)變，任務(wù)涉及的內(nèi)容會出現(xiàn)超出教師專業(yè)知識的范疇，這就要求教師從個體走向團(tuán)隊(duì)合作。3D打印技術(shù)則需要教師掌握機(jī)械、材料、計(jì)算機(jī)方面的知識，這就促使教師不斷學(xué)習(xí)，不斷進(jìn)步，完善自我。

2.3對學(xué)生的作用

①提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)將學(xué)生置于任務(wù)情境中，讓其身臨處境的面對不同難題，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。胡迪利普森、梅爾芭庫曼在《3D打?。簭南胂蟮浆F(xiàn)實(shí)》中重點(diǎn)介紹了美國校園使用3D教學(xué)的情況，課程中利用3D打印機(jī)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?？梢韵胂?，當(dāng)學(xué)生第一眼就看到一臺機(jī)器和一堆粉末，以及各種復(fù)雜有趣的模型時，并且被告知利用這些可以將自己想象中的東西變成實(shí)體模型時，學(xué)生是該多么的興奮和激動。這時候，他們會主動的學(xué)習(xí)、探索，不斷的克服困難，解決任務(wù)中的難題，直到任務(wù)的解決。

②激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)就是讓學(xué)生在一個個任務(wù)中提升自己的綜合能力。3D打印技術(shù)將虛擬轉(zhuǎn)變成現(xiàn)實(shí)，不僅開拓了學(xué)生的眼界，還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生更加富有想象力和創(chuàng)新思維。如建筑專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)橋梁承壓能力時，學(xué)生可以發(fā)揮創(chuàng)新能力，設(shè)計(jì)出不同類型的橋梁，將其打印出實(shí)體，驗(yàn)證設(shè)計(jì)橋梁的承壓能力。

③鍛煉學(xué)生動手及團(tuán)隊(duì)合作能力

任務(wù)驅(qū)動法要求在任務(wù)完成過程中，學(xué)生以小組為單位，合作學(xué)習(xí)，用團(tuán)隊(duì)的力量完成任務(wù)。當(dāng)需要利用3D打印將設(shè)計(jì)理念轉(zhuǎn)變成實(shí)體時，單個學(xué)生完成打印需要大量時間和精力。因此，在任務(wù)驅(qū)動教學(xué)分組的基礎(chǔ)上，再次對學(xué)生工作進(jìn)行分工，這樣才能在有限時間內(nèi)完成。同時，團(tuán)隊(duì)合作能力還包括學(xué)生與教師之間的合作交流。3D打印需要設(shè)計(jì)和打印兩個步驟，需要學(xué)生參與完成，學(xué)生會在樂趣中不斷促進(jìn)自己設(shè)計(jì)操作能力的發(fā)展，全面提高學(xué)生的動手能力和協(xié)作能力。

3.結(jié)語

3D打印憑借自身的優(yōu)勢，與任務(wù)驅(qū)動教學(xué)的融合勢在必行。高校可以將其引入課堂，拓展學(xué)生的想象空間，鍛煉學(xué)生的動手能力，全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。雖然目前3D打印技術(shù)由于材料、成本、以及軟件使用等原因在學(xué)校教學(xué)中還不夠普及，但隨著3D打印技術(shù)不斷的發(fā)展，其未來不斷促進(jìn)教學(xué)方法的改革，為培養(yǎng)應(yīng)用型技能人才發(fā)揮更大的作用。

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