3D打印技术搭建学生创新实践的梦想平台

陈泽强

【摘 要】3D打印技术的神奇之处在于，不论多么复杂的东西，只要有数据，都可以做出来，通过“设计及生产”的理念，支持学生在学习过程中的创新探索实践，不断提升学生的创造性思维和实践能力，为学生搭建了一个创新实践的梦想平台。

【关键词】3D打印技术；创新实践；搭建平台

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2017）18-0041-02

在近几年，3D打印技术受到大型机械生产、医疗行业、艺术行业等各行业的关注。而在教育领域，特别是中小学基础教育中，3D打印技术通过“设计及生产”的理念，支持学生在学习过程中的创新实践探索，不断提升学生的创造性思维和提升学生的实践能力，为学生搭建了一个创新实践的梦想平台。

一、3D打印技术及其发展

3D打印技术是一种快速成型技术，通过材料逐层添加制造三维物体的变革性、数字性增材制造技术，打印出來的物品并不是平面的纸张，而是一个立体的固体。3D打印的形成思想和中国古代漆器及古埃及的叠合型材成型材料相似，类似于吐丝结茧，这种技术是“设计即生产”的创意实现，并有快速成型的特征，支持更丰富的创想的生成，进一步跨越虚拟世界和实体世界的界限，将把最新技术中的人工智能从信息技术拓展到实体世界。

作家科利·多克托罗曾经这样说，小说作家不懂得预示未来发生的事情，他们都是在幻想未来中描述现实。3D打印未来的方向在哪里？它是怎样的？未来应该是，机器可以制造机器。随着技术的不断革新，3D打印技术正逐步走出工业生产的象牙塔，融入课堂学习、生活实践中，必将成为学生的创新能力培养的重要组成部分。

二、3D打印技术进入学生视野的意义

3D打印技术走进校园、走进课堂，并作为开展信息技术课程、综合实践课程、科学创新课程、社团活动课程的技术工具，其渗透到拓展课程，使课堂变得有趣生动。其意义主要有以下几个方面：

1. 激发学生学习兴趣

兴趣是最好的老师，是学生学习的原动力。3D打印技术打通学生的思维通道，极大地调动了学生的学习兴趣。在课堂上，学生利用三维设计软件，设计开发模型，并且通过3D打印做出模型，实现创意的实物化，使物化学习更生动形象。学生既能提出问题又能解决问题，他们发现物体的联系特征，在课堂上获得了真实的主体体验。对于学生，无论吸收新知识的程度如何，最重要的是，许多学生喜欢动手制作，3D打印技术帮助他们愉快记忆，给予他们更多的想象空间，这种实实在在的感受让他们更愿意投入到设计、制作作品的过程中，获得成功的喜悦。

2. 培养学生创新思维

学生可以天马行空，任意发挥想象力和创造力，设计出这世上还没有的东西，然后用3D打印机做出来，这是一个从无到有的创造过程。在这个过程中，他们负责思考，体现人是高级动物的特点，3D打印机负责制造。格物致知源于事物创新，创新的思维源于他们对事物的分析和丰富经验，学生主动参与创新设计，分析打印的模块，充分发挥创造力，最后形成一个特色的打印作品。

3D打印技术的实现可以提高学生的三维空间想象力和动手实践能力，让他们了解3D 打印只是万里长征的第一步：开启学生的创造智慧，挖掘学生的创新潜能，激发学生的创业热情才是取得“中国创造”最后胜利的根本！

3. 优化学生学习方式

一是从平面思维转化到立体思维。3D打印通过模型建造，发展了学生的空间想象能力，形成学生思维主动的迁移改变，从不同角度、不同方式、不同途径去优化和解决问题。二是可以加强学生间的小组合作能力，在倡导学生主动学生、探究学习的同时，不断优化他们的协作能力，提高合作学习能力。三是拓宽学习方法。学生可以根据自己的想象打印出各类作品，他们自主学习简单的建模，努力从不同的角度设计自己的作品，创意层出不穷，当想象成为现实，新的思维又开始萌芽。

4. 提升学生解决问题的能力

培养学生应用能力的重要途径是提高学生解决问题的能力，3D打印通常利用有意义的设计理念去支撑问题解决。例如，在制作3D作品时，首先是根据所想的进行规划设计，分析模型的结构层次，制定相应的解决方案，再利用A4制作思维导图及设计草图。在这个过程中，学生通过自己设计问题、提出问题、分析问题、解决问题和小组间的合作、讨论、分析，最终一个有思想的3D作品就呈现在我们眼前。整个作品制作过程，既培养了学生解决问题的能力，也提高了他们的合作能力、协同能力以及创新能力。

三、3D打印技术在学生创新实践教学中的应用

3D打印技术为中小学综合实践教育和信息技术教学带来了时代性的变革。从想象到现实，从现实到创新。通过3D打印技术，教师和学生能够直接体验设计和工程加工。

1. 3D打印与学科教学的整合

学科间的整合是现今一个重要课题，各个学校不断地尝试加强学科间的沟通联系，整合各学科资源，尝试打破不同学科间的壁垒。3D打印技术的出现，正好与学校基础学科，如信息技术、科学、美术、数学等课程相结合，一节课可以由多个任课教师合作完成，有效整合各方面的资源。

考虑到3D打印和设计教学工具的投资，这些令人兴奋的教学技术面临限定教学范围的风险，相反，设计和制造工具（3D打印机）能够点燃学生学习的热情，包括科学、综合实践、美术、信息技术等。整合学科是教师共同探讨的方向，通过不断实践探索，在利用3D打印技术中实施跨学科整合证明是有效可行的。在未来的教育，通过探索设计有效的3D打印项目，能促进学科融入，形成整合样态，实现多元跨学科学习。

2. 3D打印与社团活动的整合

3D打印技术与学校各种特色社团活动整合，把课堂上的知识伸展到课外实践中，不断丰富学生的课余生活。利用3D打印技术的创新课程，大大激发了学生兴趣，本身就是很好的课程延伸。3D打印社团最终目的是让孩子们学习3D创意设计的动力能够持续，并且还能培养学生的团队合作能力、问题解决能力和沟通能力。巧妙地借助i3DOne社区等中小学在线教育工具，为学校社团提供全面的支持和帮助，让互联网帮助中小学3D打印社团更快落地，蓬勃发展。

3. 3D打印与创意生活的整合

人们认为，虚拟与现实、过去与未来之间往往是零距离。通过3D打印技术，我们可以把想象中的物品打印出来。尽管3D打印技术没有普及，但在我们生活中的应用也逐步显现出来，不仅可以将学生的想象力物品化，还有些创客工厂把学生的理念作品拿到工厂去批量生产。在日常生活中，学生需要养成理财和节俭的习惯，我们可以发动他们自己来设计一个精巧的存钱罐；学生需要表达对学校的热爱，我们可以组织一次设计校徽的活动，从中让他们感受到主人翁的意识；学生需要关心父母，我们可以鼓励他们为父母设计一款爱心小礼物。总之，原来认为只能停留在想象中的事物，通过3D打印都变成了现实。

3D打印技术是一种新的工业技术，为学生创建了新的想象创作空间，激发了学生的空间想象力，把学生的创意变为现实，实实在在的体验感受激发了学生的动手兴趣。这就是创新精神、创造能力培养的原动力，是现在创新型人才培养的有效途径，通过3D打印技术激发学生的美感和创作灵感，这正是3D打印的意义所在——为孩子们搭建梦想的平台。

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（编辑：杨 迪）