3D打印技术在高中课堂中的应用研究

     潍坊国际学校综合备课组 钦娜

课题研究的背景：

早在25年前，3D打印技术就已经为工程师和设计师所使用了，现在这种技术正逐渐步入普通人群的视野。2012年11月第十四届中国国际高新技术成果交易会在深圳举行，并将3D打印技术的面纱在全国人民面前揭开。2013年5月，首届世界3D打印技术产业大会在北京召开，会上成立了世界3D打印技术产业联盟，这标志着3D打印技术真正进入了大规模应用和研究的阶段。

为推动3D打印技术在教育领域的普及应用，2013年1月，原航空航天部林宗棠部长建议：3D打印技术要从娃娃抓起，在全国青少年中播种十万颗3D打印创新种子。“3D打印创新教育播种”计划即被国务院及相关部委批准立项。然而，就目前来讲，在教育领域，特别是基础教育高中学段，3D打印技术的应用还是一个崭新的领域，我们几乎没有可以借鉴的样式，所以有许多问题值得研究和探讨。

一、课题研究的意义：

教给学生最好的一节课就是让学生“动手去学习知识”。以前，对于很多老师和学生来说，他们的设计，只是停留在电脑上的设计，通常都是无法真实获得的。一台普通的3D打印机就能够让学生得到他们自己设计的模型的塑料版本，这是3D打印机最大的优势，可以说，一台3D打印机就可以点燃学生们的想象力，并且能够发展学生的先进视觉空间推理能力。“在求知欲望和创造热情最旺盛的时候，让孩子站在科技发展最前沿”是学校的责任和义务。高中学校是发展3D打印技术的沃土，一台机器放在教室里，就意味着至少有几十甚至几百人受益。

三、3D打印技术在教学中应用的理论依据及可行性：

1.理论依据：

美国视听教育家戴尔1946年写了一本书《视听教学法》，其中提出了“经验之塔”（cone of experience）的理论，对经验是怎样得来的，认为经验有的是直接方式、有的是间接方式的来的。

在“经验之塔”中，我们看到，学习者开始是在实际经验中作为一名参与者，然后是作为一名真实事件的观察者，接着是作为一名间接事物的观察者（提供一些媒体来呈现这些事件），观察到的是真实事物的替代者，最后，学习者观察到的是一个事件的抽象符号。戴尔认为，学生积累了一些具体经验，并能够理解真实事物的抽象表现形式，在这个基础上，才能有效地参加更加抽象的教学活动。

所以，教育教学应从具体经验下手，逐步升到抽象。有效的学习之路应该充满具体经验。在学校教学中使用各种媒体，可以使教学活动更具体，也能为抽象概括创造条件，位于“塔”的中间部位的那些视听教材和视听经验，比最上层的符号具体，又能突破时间与空间的限制，弥补下层直接经验的不足。教育教学最大的失败，在于使学生记住许多普通法则和概念时，没有具体经验作它们的支柱。所以，高中阶段的教学，我们要善于利用各种媒体，并善于引用一些先进的前沿技术，来来弥补各种直接经验的不足，变抽象为具体，使教学活动更高效。

所以，从以上分析来看，3D打印技术从本质上讲就是多媒体技术的延伸，是虚拟和现实技术的延伸，它可以拓展学生们的感觉和知觉，可以促进学生思维能力的进一步发展，这种技术早一天应用到教学中，学生就早一天受益。

2.可行性分析：

随着3D打印技术的逐渐成熟，打印机和打印耗材的成本都有了很大幅度的下降，现在市面上已经有售价不到2000人民币的款式。各种简便易用的设计和打印软件也纷纷被开发出来。一些教学思想比较前卫的美国高中老师开始将3D打印机作为课堂教学的重要手段，将课本上的知识用这种全新方式展现在学生面前。激发学生的想象力和学习兴趣。学生们利用3D打印机及免费的软件，制造出从国际象棋棋子到动漫手办丰富多彩的创意作品。目前已经有像Donors Choose这样的公益教育网站开始为有这方面需要的学校及老师提供资金支持，同时MakerBot，CEL等3D打印机厂商也开始针对教育行业用户提供了更加优惠的支付方式。这些都在为3D打印机在高中课堂的普及铺平道路。

四、课题研究的举措和步骤：

1.课题研究的举措：以潍坊国际学校高一选修3D打印技术模块的部分学生作为实施对象，充分利用每周二节课的选修模块课堂时间，采用第一堂课老师教要点、课后学生查资料完善、第二堂课学生动手做并发现问题。利用一年的选修时间，让小组每位成员做出能够展示并促进某个学科知识点和学习过程的模型作品，并展示评比。

2.课题研究的步骤：

第一阶段（2015年9月——2016年1月）:带领学生研究和学习三维设计与3D打印的前沿技术，为3D建模打下坚实的基础。 

第二阶段（2016年1月——2016年9月）：利用学生的作品，认真分析各学科课程的教学特点，调查分析适合于3D打印技术相结合的学科和知识点。 

第三阶段（2016年7月之后）：以应用案例的形式对研究成果进行总结，争取尽快编纂出相应的课本教程。

五、课题研究成果的预期展望：

让3D打印技术有助学科建设、课程设计，让高中教学中的主要学科与3D打印进行深度融合，是本课题研究的根本。高中学段，学生学习任务重压力大，单纯教授学生学会使用3D打印机是没有太大现实意义的。但是，在学习这种技术的过程中，如何将学生的思维力和创造力转化为实实在在的有形物体，让3D技术成为学生自主探索创新的工具，让学生在实际操作中可打印设计的创意制品。同时，作为教学辅助工具，可打印出任意复杂结构的教学模型，弥补教学中缺乏立体模具的缺陷，化抽象为具体，营造真实的问题情景，以此提高学生高阶思维能力，就有非常大的现实意义了。所以，深入研究和探索如何使3D打印技术与高中各学科有机的融合这个课题前景是非常广阔的。