探索如何将3D打印和学科教学相融合

刘蓉

摘  要：3D打印即以数字化的模型或者是原件作为基本条件，充分应用粉末状的金属、塑料等具有粘黏性的材料，通过逐层打印的方法来将物体打造出来的方法。通过在课堂上充分利用3D打印技术，可以在较短的时间内打造出准确度高而且具有立体感的物体，便于小学生在对实体的观察和触摸过程中深入了解课堂内容，提高学生的上课注意力，丰富学生的想象力，本文将主要围绕探索如何将3D打印和学科教学相融合而展开。

关键词：3D打印;学科教学;融合

引言：

虽然3D打印能够为课堂提供充分的实体教学材料，但是在实际的教学开展过程中，3D打印的质量往往不是十分理想，受到机器零件性质和环境等多方面因素的影响，3D打印的成品率通常只能达到30%到50%左右，在产量低的情况下将会严重影响正常的教学进程的推进，耽误学习的宝贵时间。另外，不少学校因为受到资金周转状况的限制，仍然采用设备落后的传统打印机，这种打印机不仅存在着产品合格率低的问题，而且打印时间和最新研制出来的打印技术相比落后了十几倍，从这个层面上来说浪费了师资力量和教学时间。

一、打印形象具体的教学工具，提高学生的学习积极性

小学生在课堂中很容易出现走神、注意力不集中等问题，其主要原因是学生对教学内容和教师的授课方式已经习以为常，在没有好奇心的基础上调动不起来学习积极性，而多媒体作为具有信息数字化的教学工具，已经逐渐不能满足学生对教学用具具有多样化和趣味性的要求。3D打印技术，作为具有能够将实体打印出来的能力的工具，走进课堂和知识内容相结合是必然发展趋势。小学生在学习英语的过程中，很容易因为将英语单词混淆而出现错误，产生消极懈怠的不良情绪，因此，教师可以将单词和实体有机结合起来，帮助学生进一步提高学习兴趣。

例如，针对一些分辨度不高，学生不容易记忆的英文单词，像Tuesday 和 Thursday等，教师可以通过3D打印软件将这些英文单词建模，然后打印出来做成书包挂链、钥匙扣或者是打造成一些可爱的小动物的形状，组织班级内部的同学将自己的单词实体相互展示。教师也可以鼓励学生们充分发挥3D打印的想象力，以将英文单词打印成生活中的实际物体为主体，按照5人的形式设置小组，不同小组之间相互竞争，小组内部的工作从选定英文单词、创设实体形象到解决3D打印技术问题，需要成员之间加强沟通和联系，培养出小学生善于听取其他人意见的良好习惯，而且帮助小学生在提高想象力的过程中也加深了对英文单词的熟悉度。教师在小组活动过程中，需要通過在教室中来回走动的方式来提高对小组作业的观察力度，尽量及时引导学生攻克作业过程中遇到的问题和困惑。最终通过教师投票和学生之间彼此投票的方式来挑选出3D技术和英文单词结合最富有创意性的学习小组。

二、利用3D软件，创设学习情境

在传统的学习模式中，学生对空间几何方面的学习基本上是依靠将书面内容拼接起来并在脑中进行重构的能力，这样的学习方式需要学生具备较高的空间几何分析能力，而这对正处在学习阶段的小学生来说有很大的困难，最终导致学生摸不清解题思路甚至是在将题目做错的过程中产生消极懈怠的心理，不利于学生综合能力的提高，而3D技术就可以很好地帮助学生对几何问题有更好的理解，3D通过将实体打印出来的方式为学生提供了更为直观的观察视角，降低对学生空间想象力的要求，减少学生在初学阶段受到的阻碍。而且，3D可以为学生提供了更多掌握知识的方式，学生可以相对轻松地学到知识，这便使教师的权威性有所削弱，利于授课方式向民主方向发展，增进师生互动频率。

例如，五年级数学教材《探索图形》，涉及到将某个立体图形切割之后，三面都被涂色的共有多少的问题，教师可以在课前利用3D技术打印出来一个由9个小立方体结合起来的三阶正方体，为学生提出问题，“一面都没有涂色的小正方体在什么位置？”为学生提供大概1分钟的独立思考时间，然后通过学生自主举手的方式来随机制定某位学生到讲台上亲自将3D模式进行拆分，从中找到一面都没有涂色的小正方形，验证学生的思考结果。然后逐渐增加难度，学生随机从3D模型中在保证不会发生坍塌的情况下抽走一个小正方体，如“正前面左上角的一块”，按照前面的方式，通过学生自主思考然后亲自验证的方式来得到问题答案。

三、应用3D进行设计，提高学生的创新能力

在小学阶段，因为学生学习的内容有一定的局限性，因此限制了教师帮助学生利用有限的课内知识充分扩展到课外知识的能力，但是课外知识对于丰富学生的文化素养和提升学生的创新能力方面有着很重要的作用。学生在课堂上应用3D技术的过程中，一方面提高了动手制造能力，也有利于学生将课堂内容充分向外延伸。

例如，在学习《赵州桥》一文的过程中，文中涉及到很多描述赵州桥的段落，教师可以引导学生按照文中提到的内容、网上查阅的资料和自行想象弥补来进行3D技术创作，对于打印过程中需要学生掌握的建模软件如Auto CAD的操作，学生也可以逐渐熟悉起来。因为每个人的理解程度和创新能力有所差异，因此彼此之间的3D作品会存在不同，根据互评的方式挑选出最为优秀的作品，学生彼此之间进行交流讨论，从3D模型的构建和创意思路等方面进行交流，有利于学生增强对语文文字描述的理解能力，并且提升文字转化能力，学生在为其他同学讲解自己的3D作品的过程中，也是一个凝练创意思路的过程，学生们彼此之间的思路相互碰撞，再加上3D实体的帮助，更有助于学生突破传统的束缚，迸发出更多的创新来源。

结束语：

将3D技术和学科内容进行充分结合，一方面可以为学生提供符合课本图片要求实体，学生在视觉和触觉的双重感受下增加了对学科内容的理解程度，另一方面，教师借助3D教学模式，可以有效地增进和学生彼此之间的沟通，更容易了解到学生对知识的掌握程度，丰富学生的上课方式和途径，提升学生对创新能力的重视程度，进而提高学习效率。

参考文献：

[1] 李剑鸣，周竞超. 3D打印技术与学科融合中的应用与探索——以综合实践课《探秘青铜器》为例[J]. 课堂内外：教师版，2017（6）：76-77.

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[3] 吴敏飞，王洋，矫健航，张善勇，任鹏飞.（2019）. 3d打印椎间融合器在脊髓型颈椎病椎间盘摘除减压融合内固定术的应用效果. 中华骨与关节外科杂志（2），98-101.