3D打印技术在任务驱动教学法中的应用

李彬 顾海 李朱锋

【摘要】3D打印技术作为一种快速成型技术已广泛应用于各个领域。本文介绍了3D打印技术在教学中的应用现状，并将3D打印技术引入任务驱动教学法，从任务、教师、学生三方面探讨3D打印技术在任务驱动教学法中的作用。

【关键词】3D打印  任务驱动教学法  应用

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）05-0211-02

（南通理工学院机电工程学院  江苏  南通  226002）

【摘要】3D打印技术作为一种快速成型技术已广泛应用于各个领域。本文介绍了3D打印技术在教学中的应用现状，并将3D打印技术引入任务驱动教学法，从任务、教师、学生三方面探讨3D打印技术在任务驱动教学法中的作用。

【关键词】3D打印  任务驱动教学法  应用

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）05-0211-02

应用型本科注重培养技术技能型人才，传统的教学方法以讲授为主，已不能满足培养目标要求，因此高校不断进行教学改革，探索新的教学方法。任务驱动教学法是一种建立在建构主义学习理论基础上的教学法，以解决问题、完成任务为主，使学生能根据自己对当前任务的理解，运用已有的知识和经验提出方案、解决问题。

3D打印是一种颠覆性的制造技术，与打印机原理相似，分层加工，是一种“增材制造技术”。其具有制作精度高、周期短，可以实现个性化制作等优势，已广泛的应用于工业产品制造、医疗行业、建筑业、汽车制造业、航空航天、食品、军事等行业。New Media Consortium（NMC）在2013年《地平线报告》中指出3D打印将会在未来4～5年内普及，并将在教育研究领域带来创新。

1.3D打印技术在教学中应用现状

3D打印为教学提供了新的形式，一些教育机构和组织正在探索如何将其应用到教学中。

英国教育部从2012年10月开始在21所学校将3D打印技术应用到数学、物理、计算机科学、工程设计等课程中，探索3D打印技术能否更好地达到教学的目标。罗彻斯特理工学院在静力学课程在讲授桥梁结构受力时，让学生设计桥梁并通过3D打印机打印后检验受力效果。北卡罗来纳州立大学在数字产品建模课程中要求学生利用3D建模软件和3D打印机设计人物动作。

人大附中将3D打印技术引入课堂，让学生创意变成现实。中山大学和暨南大学等高校将3D打印应用于工业设计等专业，让学生将自己的设计转化为产品，并能及时调整改进。

目前，3D打印技术已在电子、化学、生物医学、数学、航空、地理、烹饪、机电工程、建筑设计、历史考古、动画设计、天文、力学等不同学科领域使用于辅助教学。

2.3D打印技术在任务驱动教学中的作用

任务驱动最根本特点就是以任务为主线，教师为主导，学生为主体。其一般分为4个环节：创设情境、确定任务、自主协作学习、效果评价。不同学科领域大多都进行了任务驱动教学法的探索，将3D打印技术引入任务驱动教学法必然有不可比拟的优势，在教学过程中必定会起到重要作用。

2.1对任务的作用

①有利于创设教学情境

创设教学情境是任务驱动教学的基础，如何让学生能融入教师创设的情境是任务驱动教学的首要问题。3D打印技术有其独特的魅力，能从直观视觉上吸引学生的注意，得到学生的认同，从而激发学生的好奇心和学习兴趣，促使学生能快速进入教师创设的教学情境，并能在轻松的学习氛围中积极愉悦的学习，使创设教学情境不再成为难题。

②任务效果评价更加直观

效果评价是任务驱动教学法的最终环节，也是检验学生学习效果的关键步骤。对学习效果的评价主要包括两个方面：一是对学生是否完成当前问题的解决方案的过程和结果的评价;二是对学生自主学习及协作学习能力的评价。3D打印技术可以将学生自主设计的产品快速变成可触摸观察的实体模型，让学生的自评、互评有直观的对象，设计的优点、缺点一目了然，方便学生互相交流学习、取长补短;让教师、专家或是直观的了解学生对学习内容的掌握情况，从而合理的给出成功的经验和失败的原因。

2.2对教师的作用

①满足复杂、多样化教具的需求

在任务驱动教学法中，教师的作用不管是知识的传授还是任务的引导、咨询，这些都需要用到教学用具。传统的教具一般是简单的实物模型，已满足不了复杂、多变的三维模型的需要。当教师讲解复杂的多面体、不同型号的零件、不同风格的建筑时，一般只能通过多媒体、三维动画演示，学生只能凭借自己的想象进行了解。3D打印技术的快速成型、物化创新设计的特性则可以将这些复杂、多变的物体切切实实地呈现在学生的面前，让学生能看的到、触摸到，加深学生的印象，激发学生的学习兴趣。

②有助于改善教学效果

学生能够在有限时间掌握所学知识是教师的第一目的，采用任务驱动教学可以有效让学生在理论与实践中掌握知识和技能。3D打印技术的最大优势就是灵活性，可以拓展教师及学生的想象空间，将他们的新想法新观点快速的变成现实。教师可以利用3D打印技术打印出来的实体直观的传递他们的教学思想，学生可以从实在的三维模型中掌握抽象的理论知识，提高学习效率，将复杂的知识简单化。同时，学生可以在设计初期排除错误设计，避免时间的浪费。

③促进教师自身的发展

任务驱动教学要求以学生为中心，教师从传统的知识传授逐步向组织、引导、指导转变，任务涉及的内容会出现超出教师专业知识的范畴，这就要求教师从个体走向团队合作。3D打印技术则需要教师掌握机械、材料、计算机方面的知识，这就促使教师不断学习，不断进步，完善自我。

2.3对学生的作用

①提高学生学习积极性

任务驱动教学将学生置于任务情境中，让其身临处境的面对不同难题，可以激发学生的学习兴趣。胡迪利普森、梅尔芭库曼在《3D打印：从想象到现实》中重点介绍了美国校园使用3D教学的情况，课程中利用3D打印机激发学生的学习兴趣。可以想象，当学生第一眼就看到一台机器和一堆粉末，以及各种复杂有趣的模型时，并且被告知利用这些可以将自己想象中的东西变成实体模型时，学生是该多么的兴奋和激动。这时候，他们会主动的学习、探索，不断的克服困难，解决任务中的难题，直到任务的解决。

②激发学生的创新思维

任务驱动教学就是让学生在一个个任务中提升自己的综合能力。3D打印技术将虚拟转变成现实，不仅开拓了学生的眼界，还能激发学生的学习兴趣，让学生更加富有想象力和创新思维。如建筑专业学生在学习桥梁承压能力时，学生可以发挥创新能力，设计出不同类型的桥梁，将其打印出实体，验证设计桥梁的承压能力。

③锻炼学生动手及团队合作能力

任务驱动法要求在任务完成过程中，学生以小组为单位，合作学习，用团队的力量完成任务。当需要利用3D打印将设计理念转变成实体时，单个学生完成打印需要大量时间和精力。因此，在任务驱动教学分组的基础上，再次对学生工作进行分工，这样才能在有限时间内完成。同时，团队合作能力还包括学生与教师之间的合作交流。3D打印需要设计和打印两个步骤，需要学生参与完成，学生会在乐趣中不断促进自己设计操作能力的发展，全面提高学生的动手能力和协作能力。

3.结语

3D打印凭借自身的优势，与任务驱动教学的融合势在必行。高校可以将其引入课堂，拓展学生的想象空间，锻炼学生的动手能力，全面培养学生的综合素质。虽然目前3D打印技术由于材料、成本、以及软件使用等原因在学校教学中还不够普及，但随着3D打印技术不断的发展，其未来不断促进教学方法的改革，为培养应用型技能人才发挥更大的作用。

参考文献：

[1]NMC. NMC Horizon Report：2013 Higher Education Edition[EB/OL]. http：//www.nmc.org/pdf/2013-horizon-report-HE.pdf.

[2]3D打印技术在英国学校试点由教育部门发起[EB/OL]. http：//cn.world3dassociation.com/dong/2013-01-04/20495.html. [3]魏哲哲.让学生创意变成现实[N].人民日报，2015-2-5（18）.

[4]王萍.3D打印及其教育应用初探[J].中国远程教育，2013，（8）：83-87.

[5]李青，王青.3D打印：一种新兴的学习技术[J].远程教育杂志，2013，（4）：29-35.

[6]吴静.项目教学法与任务驱动教学法的异同比较[J].北京工业职业技术学院学报，2011，10（3）：79-82.

[7]邓富强，马选民.3D打印技术在虚拟现实教学中的应用[J]. 电子世界，2014，（10）：275.

[8]杨三艳，李艳.浅谈3D打印技术在机械类课程教学中的应用[J].职业教育研究，2014，（10）：166-168.