3D打印技术助力中学生创新教育工作
时间：2021-07-17 00:05:14 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要 3D打印在我国教育教学领域的应用尚处于起步阶段，有效地运用3D打印技术培养和提高中学生的创新能力，具有重要的战略意义。通过文献调研结合实际教学案例的方式，归纳3D打印在创新教育中的主要贡献及未来发展趋势，以期为3D打印创新实验室的未来发展方向提供参考。
关键词 3D打印；创新教育；创新实验室；创客教育；3DOne
中图分类号：G633.67 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2017）23-0028-03
1 前言
随着世界经济的持续发展，工业转型升级是势在必行的历史发展趋势，而这种转变必将促进社会对创新型人才和技术型人才的大量需求。为此，教育部曾在发布的《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020）》中指出：全面提高普通高中学生综合素质，促进学生全面而又个性地发展，提高学生的学习能力、实践能力、创新能力，加强学生对社会的适应性[1]。
习近平总书记在2016年5月30日召开的全国科技创新大会上对加强科技创新工作进行了部署，强调创新始终是推进一個国家、一个民族向前发展的重要力量。培养创新型人才是提高自主创新能力的关键。创新型人才的培养和教育工作是不可能一蹴而就的，而是需要在夯实的基础上循序渐进。因此，在当前高中创新教学过程中，如何通过有效的教学模式激发学生的主观能动性，积极参与实践活动，提升学习体验，使学生以愉悦的心情获得良好的学习效果，促进学生全面发展，为中学创新教育提出更高的要求和标准。
20世纪90年代中期，3D打印技术横空出世并迅速在全球范围内得以推广应用，涉及领域涵盖了生物、建筑、军事、医学以及教育等[2]。3D打印技术又被称为增材制造技术，是将计算机模型直接转化为三维实体的一项技术[3]。随着社会的进步，人们对该技术认可度的增加，会有越来越多的科技精英利用3D打印技术进行科技革新。因此，中国教育行业应抓住这一契机，将3D打印机引入中学课堂，提升学生对新技术的认识，拓展学生的视野，开发学生的创新思维[4]。
2 3D打印在培养中学生创新意识中的应用
在教育教学过程中，在保障学生理论知识和实践技能学习的基础上，如何培养学生的创新意识是值得关注的问题。针对这一问题，3D打印提供了一个可以无限拓展的平台，其主要作用可归纳为以下三点。
培养学生的设计意识 3D打印成品的流程为：设计—打印—拼装—调试等。其中，设计是最能体现出一个人创新意识的环节。设计并不简单隶属于某一学科，而是要求设计者具有多元化的知识储备，将经济、历史、数学、物理、生物、美术、工程等诸多要素糅合在一起，形成一种具体的、带有个人思想的产品构图，并通过一些3D软件将其呈现出来，进而利用3D打印成型获得可展示的实物（图1）。
设计在促进科技发展、提高生活品质及优化商业运营等诸多方面发挥着至关重要的作用。学生利用3D打印机获得自主设计的各种模型的过程中，一方面可以拓展设计方面的创新思维，另一方面可以感受创作的乐趣，提高在设计创新方面的主观能动性。
乌兰浩特第一中学创新实践中心在引入3D打印机后，学生在利用3D打印技术学习设计的过程中受益良多，给出一致好评。其中一些学生自主设计的3D打印作品还被选送参加全国中小学电脑制作活动大赛“3D创意设计（未来智造设计）竞赛”。实践表明，3D打印不但可以提高学生的设计创新能力，而且可以通过设计竞赛等活动，加强不同文化背景和不同区域的学生之间的交流与互动。
培养学生的社会责任 中学生是国家及社会发展的储备力量，肩负建设祖国的历史重任。因此可以说，学生社会责任感势必影响一个国家及民族的发展。然而，我国在中学教育阶段的德育课程标准中并未明确提及培养学生的社会责任感，导致重智轻德成为当前中学教育中普遍存在的问题。随着信息技术的飞速发展，加之中学生理解能力的提升，他们已具备一定的抽象思维能力，同时会主动关注社会问题，因此，这一时期是培养学生社会责任感的关键时期。如何有效引导学生提升其社会责任感是需要解决的问题，3D打印走进中学课堂不失为一种有效的途径。
Kostakis等人在希腊约阿尼纳的两所高中开展了一项为期三个月的研究，33名学生参与了该项目。他们利用开源式的3D打印设计软件和3D打印机进行作品创作，且大多数作品中成功融入了盲文信息[5]。该举措不仅可以通过这种媒介互动的方式来帮助人们更好地在精神层面加以沟通和交流，还可以培养学生的社会责任感。
培养学生的创客意识 伴随着“3D打印”“传感器”“机器人”等新技术掀起的科技狂潮，“创客运动”在国内外发展得如火如荼。“创客”们勇于开拓、创新、尝试，经过不懈努力实现其自身价值的精神无一不影响着传统的教育理念、技术、模式和方法。因此，时代赋予教育新的使命，即“创客教育”，也可以说它是创客与教育“激情碰撞”的产物[6]。基于创客理念的3D打印教学，应更注重将“创新、实践、分享”的意识融入课堂教学中，实现全面提升学生个人素养的教学目的。
乌兰浩特第一中学在基于3D打印技术的创客教育中选择3DOne建模软件及FDM桌面型3D打印机相结合的模式，鼓励学生在3DOne青少年三维创意社区上分享和展示个人的创意设计，并利用在线互动模式，加强教师与学生之间的交流，有助于学生更好地完善自己的作品。由于科技的不断发展，新技术也势必会层出不穷，在培养中学生创客意识过程中也应当注重学生基础知识的学习，只有这样才能始终跟紧科技发展的步伐。
3 利用3D打印进行创新教育的方法
3D打印在中学生创新教育中的多元化作用，必将促进相关教学方法和教育理念的革新。从图2可以看出，教师所布置的学习任务具有灵活多变的属性。简单来说，教师可以根据不同学习对象制定不同的学习任务。例如：针对初涉3D打印学习的学生，教师可选择一个易于学生学习和掌握的作品，通过教学与实践，使学生能够快速掌握这项技术的核心内容；而针对已有一定基础的学生，教师可以提出一些具有挑战性的学习任务来调动学生学习的积极性，锻炼学生的创新意识。
