3D打印技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用研究

方艷艷 劉華銳

[摘要]據(jù)相部門(mén)統(tǒng)計(jì)，3D打印業(yè)務(wù)在國(guó)外的發(fā)展勢(shì)頭十分迅猛。盡管國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)起步晚，發(fā)展存在一定的局限性，但自3D概念一出立即受到了熱捧，且3D打印技術(shù)近年來(lái)在國(guó)內(nèi)日趨升溫。3D打印技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用空間，已從工業(yè)制造逐漸擴(kuò)展至國(guó)防軍事、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生等多個(gè)領(lǐng)域。它必將逐漸走進(jìn)教室、邁入課堂，從而對(duì)教學(xué)乃至整個(gè)教育領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

3D打印技術(shù)（簡(jiǎn)稱3D打?。┦且杂?jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過(guò)軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將塑料、金屬粉末、陶瓷粉末、細(xì)胞組織等特殊材料進(jìn)行逐層堆積粘結(jié)，最終疊加成型，制造出實(shí)體產(chǎn)品的技術(shù)。

3D打印這種新興的科學(xué)技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用空間，已從工業(yè)制造逐漸擴(kuò)展至國(guó)防軍事、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生等多個(gè)領(lǐng)域。我國(guó)也緊跟3D打印技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，不斷加大研發(fā)力度。隨著3D打印設(shè)備體積日趨小型化、打印精度不斷提高、可用材料逐漸豐富，3D打印也將逐漸走進(jìn)教室、邁入課堂，從而對(duì)教學(xué)乃至整個(gè)教育領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

一、3D打印將促進(jìn)實(shí)裝化教學(xué)的發(fā)展

實(shí)裝化教學(xué)是院校組織學(xué)生到實(shí)習(xí)基地或相關(guān)單位開(kāi)展的一種實(shí)踐性教學(xué)活動(dòng)，是院校培訓(xùn)體系中提升實(shí)踐技能的有效途徑。這種集觀看、研討、訓(xùn)練于一體的實(shí)踐性教學(xué)方式的興起，是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方式的創(chuàng)新和突破。它使教學(xué)活動(dòng)與實(shí)際裝備緊密結(jié)合，幫助學(xué)員消化課堂理論知識(shí)，開(kāi)闊眼界、激發(fā)求知欲望，有利于學(xué)員在更廣闊的空間獲取教學(xué)實(shí)效。但是目前實(shí)裝化教學(xué)的開(kāi)展受到很多條件的制約，主要表現(xiàn)在：1.學(xué)校與實(shí)習(xí)單位不在一地，實(shí)裝化教學(xué)的組織實(shí)施受限。2.學(xué)校教學(xué)進(jìn)度與實(shí)習(xí)單位的不一致，實(shí)裝教學(xué)的計(jì)劃制定、課目設(shè)置、評(píng)價(jià)考核等受限。3.裝備更新速度快，實(shí)習(xí)單位有些系列和型號(hào)不全，不能提供全面的實(shí)裝。

而3D打印能讓工廠走進(jìn)課堂。3D打印這種數(shù)字化制造技術(shù)，在學(xué)術(shù)界也稱為增量制造、增材制造、快速原型、快速制造。它具有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，3D打印節(jié)省原料、縮短時(shí)間、降低費(fèi)用。從3D打印的原理和過(guò)程可知，3D打印是把材料進(jìn)行逐層堆積疊加成型，從而制造出實(shí)體產(chǎn)品。其制造過(guò)程被形象地稱為“加法”過(guò)程。而傳統(tǒng)制造業(yè)是把模具裁切出需要的產(chǎn)品，被稱作“減法”過(guò)程。因此，3D打印比傳統(tǒng)制造要省時(shí)省料，節(jié)約成本。其次，3D打印擅長(zhǎng)制造個(gè)性化、復(fù)雜化和高難度的產(chǎn)品。對(duì)3D打印來(lái)說(shuō)，打印一個(gè)復(fù)雜得難以想象的特殊產(chǎn)品，也并不比打印一個(gè)外形簡(jiǎn)單的長(zhǎng)方體消耗更多的時(shí)間和成本，因此更適合制造單件和小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)。換句話說(shuō)，3D打印可以根據(jù)老師的要求，制造出特定剖面、縮放比例大小的模型，滿足上課需要。此外，3D打印不受場(chǎng)地和環(huán)境限制，還能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程制造。3D打印只要有適宜的原材料，不用專門(mén)的環(huán)境和場(chǎng)地，就能根據(jù)圖紙打印出實(shí)物，可以在教室甚至坐在家中完成打印。3D打印的這些優(yōu)點(diǎn)，使得可以在教室制造實(shí)裝滿足教學(xué)需要，而且廢棄的產(chǎn)品可以用于再生產(chǎn)，循環(huán)利用，從而使工廠走進(jìn)課堂。

二、3D打印能提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

利普森先生在其專著《3D打印，從想象到現(xiàn)實(shí)》中，寫(xiě)了一個(gè)用3D打印機(jī)制作橡皮泥飛機(jī)引起小學(xué)生興趣的實(shí)例。三分鐘的橡皮泥飛機(jī)制作過(guò)程，吸引著課堂上的小學(xué)生，他們紛紛發(fā)言，提出各種各樣的疑問(wèn)，還有個(gè)頗具企業(yè)家潛質(zhì)的孩子做了計(jì)算，按現(xiàn)有的橡皮泥原料市場(chǎng)價(jià)格，計(jì)算出每架飛機(jī)的售價(jià)成本?？梢?jiàn)，學(xué)習(xí)興趣的產(chǎn)生與教學(xué)方式有密切的關(guān)系。學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)，主要在教師使學(xué)習(xí)活動(dòng)有興趣。一位優(yōu)秀教師曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“如果能抓住學(xué)生的想象力，就能抓住他們的注意力?！?/p>

學(xué)習(xí)興趣指一個(gè)人對(duì)學(xué)習(xí)的一種積極的認(rèn)識(shí)傾向與情緒狀態(tài)。學(xué)生對(duì)某一學(xué)科有興趣，就會(huì)持續(xù)地專心致志地鉆研它，從而提高學(xué)習(xí)效果。沒(méi)有興趣，就沒(méi)有記憶，歌德說(shuō)：“知之者不如好之者，好之者不如樂(lè)之者”。如何讓孩子學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，是有效提高教學(xué)質(zhì)量的根本點(diǎn)。由于種種因素的限制，傳統(tǒng)的教學(xué)重理論講授輕動(dòng)手操作。隨著3D打印技術(shù)的引入，將工廠搬進(jìn)教室，這一問(wèn)題將迎刃而解。隨著合理地使用3D打印，課堂教學(xué)將“是令人愉快的”。

三、3D打印會(huì)改變教學(xué)模式

以計(jì)算機(jī)為核心的現(xiàn)代教育技術(shù)已經(jīng)貫穿于教學(xué)的整個(gè)過(guò)程，充斥于教學(xué)的各個(gè)角落，極大提高教與學(xué)的效率。但不論是授課常用的課件，還是視頻等，都是通過(guò)眼睛和耳朵獲取信息。有研究表明，通過(guò)眼睛和耳朵獲取的信息會(huì)被遺忘的比例高達(dá)70%。3D打印引入的“邊做邊學(xué)”工程，能有效的調(diào)動(dòng)學(xué)生的另一個(gè)器官——手，通過(guò)觸覺(jué)感知，加深學(xué)生的記憶。而以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)的多媒體和3D打印相結(jié)合會(huì)改變現(xiàn)有的教學(xué)模式，必定能大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。這種“虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)方法，把感知、理解、鞏固與運(yùn)用融合為一體，使得學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)記憶得到強(qiáng)化，可以有效地促進(jìn)個(gè)體主動(dòng)參與認(rèn)知結(jié)構(gòu)不斷重組的遞進(jìn)式學(xué)習(xí)過(guò)程?；仡櫽?jì)算機(jī)應(yīng)用教育的方式，最初僅應(yīng)用于和計(jì)算機(jī)有關(guān)的課程上，如編程或數(shù)學(xué)課。但現(xiàn)在每門(mén)課都使用計(jì)算機(jī)。和計(jì)算機(jī)一樣，3D打印將打開(kāi)教授和學(xué)習(xí)的全新方法的大門(mén)。

3D打印從誕生到發(fā)展至今已有三十多年的歷史，之所以還沒(méi)有廣泛應(yīng)用在課堂教學(xué)中，主要是受制于目前的技術(shù)水平、制作材料等原因。隨著這些問(wèn)題的一一解決，3D打印必定對(duì)教學(xué)乃至整個(gè)教育領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]（美）利普森，（美）庫(kù)曼著，賽迪研究院專家組譯，《3D打印，從想象到現(xiàn)實(shí)》[M]，中信出版社，2003年