3D打印在青少年创客教育中的应用

马金伟　赵晓云

摘要：近年来我国推出众多支持3D打印产业发展的相关政策，这为其融入创客教育发展带来新的契机。3D打印成为开展创客教育的重要工具，正慢慢变化着青少年课程体系制度。如何合理的将3D打印与创客教育模式结合，推动教育创新发展，为国家人才培养贡献力量，这是一个值得教育工作者思考的问题

关键词：3D打印；创客教育；青少年创客

一、引言

在时代高速发展下，培育高素质创新应用型人才是当前国家教育事业发展的重要使命，培养必须从青少年时期着手。目前中国政府高度重视3D打印技术应用推广，陆续颁布众多政策力挺3D打印教育事业，使其发展达到了一个新的台阶，正处于机遇与挑战并存的局面。

二、3D打印技术原理及应用优势分析

3D打印（3DP）是快速成型工艺的一种，它以数字模型文件为根本，采取塑料（PLA、ABS等）或粉末状金属（合金、铝等金属质料粉末）等粘度质料，通过物料层层堆叠来实现物体创造的方法。理论上什么都可以实现的，不受产品的形状，结构的影响，能够达到“所思所想所得”的效果。

1.“创意”无边界

神话故事的神仙们可以根据自己的想法任意变幻出各种各样的东西，这对于普通人来说是一件非常难实现的事情。3D打印技术自发明推出以来，给了我们太多的惊喜，让我们完全可以相信通过它能实现这一切。创意想法能在短时间成形，实现了平面到实体的飞跃，将人们过去认为天方夜谭的事转变成现实。基于3D打印的优势，孕育了很多新颖的设计理念和设计方案，缩短研发时间。

2.“创造”无边界

3D打印属于增材制造技术，相对于传统的“减材”加工（车、铣等） 和“等材”制造 （铸造、冲压等） 不同，它通过物料堆叠，打印出实体，使得过去无法通过传统加工工艺加工出的非标零件变为可能。有效节省物料，提高利用率，可大规模同时生产大大降低成本。

三、3D打印在创客教育里的定位

1.何为创客教育

国家教育部在2016年提出《教育信息化“十三五”规划》， 明确指出各学校要积极探索先进技术在学生“众创空间”、“创客教育”等新的体制中的利用空间。“创客”在国内开始流行，各省各市也众多学校纷纷成立“创客空间”，推出了“创客教育”。

3D打印创客主要以课程为载体，3D打印机为辅，贯穿科学、数学、物化、艺术等多学科知识，重点将创意想法进行“实践创造”。提升青年学生的信息水平、创新意识和创造能力，养成跨学科解决问题习惯，促进学生的全面发展，为国家培养双创型人才打下坚实基础。

2. 两者之间的联系

从2015年开始，各省市教育单位、外界教育机构更是热衷于3D打印。众多学校、机构购置了3D打印机作为教学工具，成为建设信息化课堂的标配，受到廣大师生的欢迎与推崇。3D打印技术正慢慢成为高效率开展创客教育的重要教学工具。

3.3D打印融入创客学堂的优势

目前普遍的课堂教学以书本教材为核心、老师讲授为主、集中课堂学习的教学模式展开。此教学模式存在着一定的缺陷性，学生本应该作为课堂学习的主体然而却在实际学习过程中被动灌输知识，缺少学习主动性。这与当代社会对未来新一代人才培养不相径庭。

教师在授课时不在单一灌输知识，更充满着鼓励和支持，让学生享受过程、掌握本领、有所收获。在这个数据爆炸的时代，充分应用3d打印等先进技术，探索书本学习与实践创新相融合的课程体系，将会大大促进学生的知识掌握与运用能力、创新能力的养成。青年学生群体有着无穷的想象力，通过结合课本本上知识，外加3D打印这个必要教学工具，能促使学习环境发生巨大的变化。有效促进学生潜能的充分开发与个性的全面发展，为国家培养大批创新型人才做铺垫。

四、3D打印在创客教育里的应用

1.3D打印机应用

首先可以采用纯理论教学，向学生介绍3D打印机起源发展、主要特点及应用领域。让学生对3D打印机有初步的了解，结合自身兴趣进一步深入学习。3D打印机使用过程为建模、切片、打印大三步骤。

现在主流三维建模软件有UG、3DS Max、123D Design等软件。其中123D Design这款比较适合青少年初学者使用，它通过简单直观的操作界面以及丰富的操作命令，使得学生可以自由的建造模型。通过建模软件的学习，让青少年创客尽快通晓三维软件的基本操作，能够独立进行天马行空的个性化设计。

切片软件的设置（材料、速度、填充度、温度、支撑）直接影响了最终打印成果。通过这一阶段的探索学习，要求青少年创客们熟练掌握各个设置命令对模型打印的影响。

模型导入到后，学会操作使用3D打印机，等到一定时间后就能获得自己设计建模的产品。通过打印出的作品，学生们也能发现一些自己在制作过程中存在的问题，就可以在三维模型上修改，进一步完善自己的模型。

2.三维扫描仪应用

三维扫描仪的核心是三维光学扫描系统。目前普遍使用质检、制造、动漫创作等领域。

手持式三维扫描仪应到到课堂，让学生真实感受前沿科技。通过简单的操作命令与直观的触、视觉体验，使他们能通过三维角度认识世界。充分调动学生在扫描期间和后期调整处理时的积极性，使用熟练后通过三维扫描能快速生成复杂模型。

3.3D打印笔应用

“神笔马良”的故事深入人心，马良有着一支奇特的笔。通过这支笔，他能得到想象出的所有东西。3D打印笔与那支神奇的笔类似，它可以在桌上、空中书写，实现二维创意变三维实体。使用PLA、ABS作为原材料，只要通上电，立马可以开始奇神奇创作之旅。再者学生们从小拿笔写字，对笔有着一定依赖性，3D打印笔正是可以拿在手上使用，适用于6岁以上的学生，价格低廉且不受环境限制等因素限制。

五、结束语

随着科技进步、技术日益完善，3D打印必将更加智能化、高效化。将在中小学创客教育中起到重要的用途，真正的服务大众生活，为国家创新型人才培养打下坚实基础。

参考文献：

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[2]王萍. 3D打印及其教育应用初探[A]. 中国远程教育， 1009—458x（2013）08—0083—05

[3] 胡福文， 内容创新：3D 打印创新教育的关键[A].《中国教育信息化》， 1673-8454（2017）18-0085-05