第一篇：淺談3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用（寫寫幫整理）

淺談3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

[摘 要]3D打印是一種新興的學(xué)習(xí)輔助技術(shù)，教學(xué)領(lǐng)域?qū)⑹俏磥?lái)3D打印技術(shù)推廣應(yīng)用的重要市場(chǎng)。本文首先從3D打印的原理著手，剖析了3D打印技術(shù)在教學(xué)中的作用，并探討了3D打印技術(shù)在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用模式，以及為進(jìn)一步研究3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用提供參考。

[關(guān)鍵詞]3D打印技術(shù) 教育應(yīng)用 應(yīng)用模式

中圖分類號(hào)：D170 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）11-0382-01 1、3D打印的原理

對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，提到“打印”，首先想到的是能打印文稿或照片等平面內(nèi)容的普通打印機(jī)，事實(shí)上二維的噴墨打印和某些類型的3D打印在技術(shù)表現(xiàn)上確實(shí)比較相似，3D打印使用特制的設(shè)備將材料一層層地噴涂或熔結(jié)到三維空間中，從而讓打印的數(shù)字虛擬對(duì)象實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體化。3D打印機(jī)的精確度相當(dāng)高，可以打印出模型的大量細(xì)節(jié)，而且它比起鑄造、沖壓、蝕刻等傳統(tǒng)方法能更快速地創(chuàng)建原型，特別是傳統(tǒng)方法難以制作的特殊結(jié)構(gòu)模型。一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)3D打印獲得一件成品需要經(jīng)歷建模、分層、打印和后期處理四個(gè)主要階段：

（1）三維建模

通過(guò)GoScan之類的專業(yè)3D掃描儀或是Kinect之類的DIY掃描設(shè)備獲取對(duì)象的三維數(shù)據(jù)，并且以數(shù)字化方式生成三維模型。也可以使用3ds Max、Blender、AutoCAD、SketchUp等三維建模軟件從零開(kāi)始建立三維數(shù)字化模型，或是直接使用已做好的3D模型。

（2）分層切割

由于描述方式的差異，3D打印機(jī)并不能直接操作3D模型。當(dāng)3D模型輸入到計(jì)算機(jī)以后，需要通過(guò)打印機(jī)配備的專業(yè)軟件來(lái)進(jìn)一步處理。即將模型切分成一層層的薄片模塊，每個(gè)模塊的厚度由噴涂材料的屬性和打印機(jī)的規(guī)格決定。

（3）打印噴涂

由打印機(jī)將打印材料逐層噴涂或熔結(jié)到打印臺(tái)的三維空間中，根據(jù)工作原理的不同，有多種流程方式。較常規(guī)的是先噴一層膠水，然后在上面撒一層粉末。如此反復(fù)；或是通過(guò)高能激光融化合金材料，一層層地熔結(jié)成模型。整個(gè)過(guò)程根據(jù)模型大小、復(fù)雜程度、打印材質(zhì)和工藝流程耗時(shí)幾分鐘到數(shù)天不等。

（4）后期處理

由于3D打印機(jī)規(guī)格、打印材質(zhì)、打印精度的不同，可能出現(xiàn)成品截面粗糙或有毛刺的現(xiàn)象，這時(shí)就需要對(duì)打印出來(lái)的模型進(jìn)行必要的加工處理，如：表面打磨、剝離、上色、固化處理等。2、3D打印技術(shù)在教學(xué)中的作用

2.1 提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性

3D打印是以計(jì)算機(jī)軟件生成或通過(guò)實(shí)體掃描獲得的數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀的金屬或塑料等具有粘合性的材料，通過(guò)“積層造型法”逐層打印出實(shí)物的技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用于課堂上能夠激發(fā)學(xué)生濃厚的興趣。通過(guò)3D打印，課本上的二維知識(shí)能夠快速轉(zhuǎn)化為三維的實(shí)物，3D打印本身的功能特性和新穎性以及對(duì)教學(xué)過(guò)程的輔助作用都能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的積極性與主動(dòng)性。通過(guò)將3D打印技術(shù)引入課堂，學(xué)生可以將自己的想法與構(gòu)思實(shí)體呈現(xiàn)出來(lái)，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，還加深了對(duì)知識(shí)的理解與記憶，激發(fā)學(xué)生深入學(xué)習(xí)的熱情，積極地投入到再學(xué)習(xí)中，形成良性循環(huán)。

2.2 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力

3D打印技術(shù)為學(xué)生提供了一個(gè)自由發(fā)揮想象力的平臺(tái)，學(xué)生可以通過(guò)3D打印將許多課本中看不見(jiàn)摸不著的內(nèi)容變?yōu)閷?shí)物，能夠使學(xué)生捕捉知識(shí)要點(diǎn)并實(shí)體定格。在3D打印技術(shù)的支持下，學(xué)生可以將更多的時(shí)間與精力投入到設(shè)計(jì)與創(chuàng)新環(huán)節(jié)，通過(guò)自身的理解與想象，結(jié)合課本上的知識(shí)舉一反三，將記憶理論概念轉(zhuǎn)化為實(shí)物創(chuàng)作，在體驗(yàn)實(shí)踐中融會(huì)貫通進(jìn)而創(chuàng)新。可以說(shuō)3D打印技術(shù)引入學(xué)校教學(xué)中，極大地促進(jìn)了學(xué)生思維能力和創(chuàng)新能力的提高，學(xué)生可以參與創(chuàng)新設(shè)計(jì)，盡情發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力，將創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)貫穿于學(xué)習(xí)活動(dòng)之中，通過(guò)打印出具有個(gè)人特色的實(shí)體作品，體驗(yàn)課本外的知識(shí)實(shí)踐應(yīng)用。

2.3 幫助教師探索新的教學(xué)方法

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師只能通過(guò)口頭講述的方式來(lái)為學(xué)生講解知識(shí)，即使是多媒體技術(shù)和設(shè)備非常發(fā)達(dá)的今天，教師也只能通過(guò)音視頻使得教學(xué)相對(duì)生動(dòng)真實(shí)，由于大量學(xué)科仍是非實(shí)物化的教學(xué)方式，加上學(xué)生的閱歷有限，理解能力不足，使得他們對(duì)知識(shí)掌握的程度仍未教師理想。有了3D打印技術(shù)的支持后，教師就能夠?qū)⑷碌摹绑w驗(yàn)式教育”實(shí)施到課堂之中，將課本上以前那些難以觸摸，或是難以在課堂上具現(xiàn)化的內(nèi)容打印成三維實(shí)物，讓學(xué)生通過(guò)自己的親身觸碰和體驗(yàn)來(lái)加強(qiáng)學(xué)習(xí)理解。以學(xué)生為主導(dǎo)的教學(xué)方式，教師將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，幫助學(xué)生去感受最真實(shí)最具體的內(nèi)容，結(jié)合著理論概念與知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生更容易理解其中的內(nèi)涵與意義。3、3D打印技術(shù)在教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)用模式探究

3.1 3D打印技?g用于課堂情境教與學(xué)

以萊夫?yàn)榇淼那榫硨W(xué)習(xí)理論認(rèn)為，知識(shí)寓于情境之中，學(xué)習(xí)者通過(guò)具體活動(dòng)能更好地獲得知識(shí)，強(qiáng)調(diào)知與行的交互性。而我國(guó)教師在教學(xué)中普遍實(shí)施的是灌輸式教學(xué)法，教學(xué)模式僵化。3D打印技術(shù)對(duì)于教師和學(xué)習(xí)者的重要價(jià)值體現(xiàn)在：它能夠更加真實(shí)形象地呈現(xiàn)特定事物，并讓學(xué)習(xí)者獲得深刻的感知體驗(yàn)。利用3D打印機(jī)可將大多數(shù)有益于教學(xué)的模型實(shí)物打印出來(lái)并呈現(xiàn)在課堂上，借助實(shí)物教具教師可以更容易將抽象問(wèn)題進(jìn)行深刻解析，學(xué)習(xí)者也可通過(guò)其幫助對(duì)知識(shí)加深理解，實(shí)現(xiàn)教學(xué)雙方所共同期望的交互教學(xué)模式。

在桌面3D打印機(jī)巨頭MakerBot舉辦的數(shù)學(xué)工具模型大賽上，愛(ài)好者制作了各類創(chuàng)意教具，并用3D打印機(jī)將創(chuàng)意立體化為三維實(shí)物，大大提高了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。大量實(shí)踐證明，教學(xué)中采用生動(dòng)的、符合情境的教具，課堂氛圍更熱烈，教學(xué)過(guò)程更輕松，學(xué)習(xí)效果更顯著。（圖1）為教師自行設(shè)計(jì)并打印的球齒輪教學(xué)模型，3D打印教具的使用可促使學(xué)習(xí)者將已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)與實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行聯(lián)系，深化知識(shí)和內(nèi)涵；使教師從知識(shí)權(quán)威轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)者研學(xué)的促進(jìn)者，有利于引導(dǎo)學(xué)習(xí)者應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來(lái)解決“現(xiàn)實(shí)”問(wèn)題。

3.2 3D打印技術(shù)用于課外創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)

創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，提高自主創(chuàng)新能力、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家必須依靠創(chuàng)新型人才，而我國(guó)教育工作者針對(duì)如何培養(yǎng)人才創(chuàng)新能力難題一直在努力探索。許多學(xué)校創(chuàng)建了學(xué)生社團(tuán)以鼓勵(lì)創(chuàng)新，但往往一些創(chuàng)意思想都囿于現(xiàn)實(shí)而被迫終止。例如在模具設(shè)計(jì)中學(xué)生試圖將創(chuàng)意付諸實(shí)踐時(shí)發(fā)現(xiàn)，即使標(biāo)準(zhǔn)零部件仍需去市場(chǎng)上逐一甄選，過(guò)程繁雜，而非標(biāo)準(zhǔn)件則必須找代工廠進(jìn)行單件生產(chǎn)，加工周期長(zhǎng)且價(jià)格昂貴，這些困擾在很大程度上消減了學(xué)生創(chuàng)新的積極性。

3D打印的出現(xiàn)徹底改變了?@一現(xiàn)狀，任何創(chuàng)意設(shè)計(jì)都不再局限于傳統(tǒng)加工能力的局限，3D打印機(jī)可以快速打印出學(xué)生DIY過(guò)程所需的零件，學(xué)生幾乎可以足不出戶就能將創(chuàng)意變成成品。3D打印可激發(fā)學(xué)生對(duì)某些科學(xué)過(guò)程或現(xiàn)象進(jìn)行可視化展現(xiàn)，便于進(jìn)行科技發(fā)明或創(chuàng)新制作，為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)提供一種更加高效的途徑。

3.3 3D打印技術(shù)用于培養(yǎng)大學(xué)生的綜合技能

當(dāng)今社會(huì)對(duì)人才的知識(shí)體系要求發(fā)生劇烈變化，從傳統(tǒng)的單一知識(shí)形式轉(zhuǎn)變?yōu)槎囝I(lǐng)域知識(shí)融合形式。3D打印對(duì)于中小學(xué)生可簡(jiǎn)單定位為一種科普教育，而在高等教育理工學(xué)科中則應(yīng)是一種技能教育。因此，3D打印機(jī)對(duì)于大學(xué)生不僅僅是一種模型制作設(shè)備，更應(yīng)該通過(guò)對(duì)打印設(shè)備的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，深入掌握所涉及的各種技術(shù)知識(shí)。

如前所述，3D打印技術(shù)是一種集多領(lǐng)域知識(shí)于一體的技術(shù)形式，它要求學(xué)生綜合學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、材料科學(xué)等多種專業(yè)技術(shù)，這就必然促使大學(xué)生加強(qiáng)多領(lǐng)域知識(shí)的學(xué)習(xí)與融合，契合當(dāng)今社會(huì)對(duì)綜合型人才的需求。

3.4 3D打印技術(shù)用于提高大學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力

近年來(lái)我國(guó)大學(xué)生就業(yè)問(wèn)題日益突出，其根源在于人才培養(yǎng)與社會(huì)需求脫節(jié)，存在“兩張皮”現(xiàn)象。部分專業(yè)的課程設(shè)置和課程內(nèi)容不能與時(shí)俱進(jìn)，與社會(huì)崗位對(duì)專業(yè)人才的要求不相符合。2014年9月，人力資源咨詢機(jī)構(gòu)WANTED Analytics發(fā)布報(bào)告表示，近四年來(lái)市場(chǎng)上對(duì)具備3D打印與增材制造相關(guān)技能的人員需求量持續(xù)上升；2014年8月，3D打印行業(yè)的招聘廣告數(shù)量比去年同期增長(zhǎng)103%，且相關(guān)崗位的人員招聘難度系數(shù)最高達(dá)到60%，企業(yè)很難招聘到具有此項(xiàng)專門技術(shù)的人才，人才缺口十分巨大。

目前，我國(guó)還沒(méi)有設(shè)置3D打印專業(yè)，僅出現(xiàn)小規(guī)模具有高校背景的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)對(duì)3D打印人才的需求，所以亟待將3D打印技術(shù)融入課堂教學(xué)，將人才培養(yǎng)與社會(huì)需求結(jié)合起來(lái)，可以大大提高學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

3.5 3D打印技術(shù)用于開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目

技術(shù)作為連接知識(shí)與生產(chǎn)的橋梁，不僅是知識(shí)的應(yīng)用與物化，要進(jìn)行構(gòu)思設(shè)計(jì)，還要直接作用于生產(chǎn)過(guò)程，進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與制造。因此，積極開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目合作是把握技術(shù)的理論性與實(shí)踐性之間發(fā)展規(guī)律的重要環(huán)節(jié)。

3D打印技術(shù)用于開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目有利于培養(yǎng)學(xué)生科研能力，增強(qiáng)科研轉(zhuǎn)化能力。對(duì)于高校，一方面可對(duì)3D打印技術(shù)進(jìn)行深入科學(xué)研究，另一方面應(yīng)向企業(yè)提供共享服務(wù)。如青島高新區(qū)引進(jìn)西安交通大學(xué)快速制造國(guó)家工程研究中心盧秉恒院士團(tuán)隊(duì)，幫助其打造完整的3D打印產(chǎn)業(yè)鏈；與中科院自動(dòng)化所共建青島智能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，建設(shè)3D打印社會(huì)資源平臺(tái)等，形成雙贏的局面。

4、結(jié)束語(yǔ)

目前，3D打印技術(shù)受到了各個(gè)領(lǐng)域的高度重視。雖然3D打印引入教學(xué)中還存在著很多困難，但其帶來(lái)的效果是不可估量的。3D打印技術(shù)的運(yùn)用，需要學(xué)校與師生的支持，使其充分發(fā)揮作用，為我國(guó)教育事業(yè)的發(fā)展提供動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)

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[3] 楊潔.3D打印在教育中的創(chuàng)新應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2014

第二篇：3D打印技術(shù)在小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

3D打印技術(shù)在小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

1986年美國(guó)科學(xué)家查爾斯?胡爾發(fā)明出世界上第一臺(tái)3D打印機(jī)。隨后胡爾成立了世界上第一家3D打印設(shè)備公司。然而，這一技術(shù)卻由于價(jià)格昂貴、不夠成熟等原因并沒(méi)有引起業(yè)界的重視。經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，3D打印技術(shù)已逐步走向成熟，且價(jià)格有所降低，開(kāi)始風(fēng)靡全球。2013年《地平線報(bào)告》的基礎(chǔ)教育版，首次將3D打印的教育應(yīng)用列入了“待普及”的新技術(shù)清單。3D打印技術(shù)越來(lái)越受到教育界的關(guān)注。

一、小學(xué)階段開(kāi)設(shè)相關(guān)課程的價(jià)值與意義

素質(zhì)拓展課程是傳統(tǒng)課堂教學(xué)的必要補(bǔ)充，是全面推進(jìn)素質(zhì)教育的有效途徑，它注重個(gè)性塑造和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，旨在開(kāi)拓學(xué)生視野和提升學(xué)生設(shè)計(jì)和動(dòng)手的能力。隨著各地教育教學(xué)水平和科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，越來(lái)越多“新鮮”課程走進(jìn)中小學(xué)素質(zhì)拓展課堂。

小學(xué)階段的學(xué)習(xí)是學(xué)生成長(zhǎng)和成才的基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)生今后的發(fā)展方向起到引領(lǐng)作用。3D打印作為二十一世紀(jì)的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，理應(yīng)在人群中推廣。“3D打印教育”由高等教育特定領(lǐng)域向基礎(chǔ)教育普通課堂過(guò)渡，逐漸推向中小學(xué)課堂是其發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)3D打印技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用處于起步階段，還需不斷摸索。可以明確的是，3D打印可以把新技術(shù)和創(chuàng)造性學(xué)習(xí)聯(lián)系到一起，讓學(xué)生體驗(yàn)新技術(shù)帶來(lái)的巨大能量的同時(shí)，在項(xiàng)目探究中體會(huì)創(chuàng)新的樂(lè)趣。

二、3D打印技術(shù)在小學(xué)的教學(xué)內(nèi)容

1.3D打印的定義

3D打印是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的快速成型技術(shù)，它是一種增材制造技術(shù)。

2.3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域

與傳統(tǒng)的減材制造相比，3D打印技術(shù)擺脫了模型復(fù)雜程度的束縛，實(shí)現(xiàn)了完全數(shù)字化，降低了制造的難度，提高了制造的速度。近年來(lái)，3D打印被越來(lái)越多地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如創(chuàng)業(yè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域、制造業(yè)領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域、文物保護(hù)領(lǐng)域、醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域等。

3.3D打印機(jī)

在小學(xué)教學(xué)中，我們主要使用了HOFI-X1 3D打印機(jī)。HOFI-X1 3D打印機(jī)是基于熔絲沉積制造（FDM）原理的3D打印設(shè)備，它與臺(tái)式電腦或筆記本電腦通過(guò)USB電纜連接就可以打印出三維實(shí)體模型。3D打印的方式是逐層打印，每一個(gè)層都在上一層上堆積而成，上一層起到支撐的作用。隨著打印時(shí)長(zhǎng)的推移，3D打印作品逐步完成。學(xué)生可以清晰地看到打印的整個(gè)過(guò)程。這種設(shè)備結(jié)構(gòu)一目了然，機(jī)器堅(jiān)固耐用，性能穩(wěn)定十分適用于小學(xué)教學(xué)。

4.制圖軟件介紹

Sketchup使用簡(jiǎn)便，學(xué)生可以快速上手，是一個(gè)極受歡迎的三維設(shè)計(jì)軟件，它就像“鉛筆”一樣，可以畫出理想的圖形。TinkerCAD是一個(gè)基于瀏覽器的3D建模平臺(tái)，沒(méi)有軟件安裝條件的學(xué)生可以選擇這個(gè)繪圖方式。UG NX可以用于繪制二維和三維圖形，是一款專業(yè)級(jí)的制圖軟件，多用于工程制圖，功能強(qiáng)大，學(xué)生學(xué)習(xí)基本操作也不難上手。AutoCAD是一款計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，同樣可以用于二維制圖和基本三維設(shè)計(jì)，使用無(wú)需懂得程序設(shè)計(jì)，即可自動(dòng)制圖，因此它可以用于土木建筑、裝飾裝潢、工業(yè)制圖、工程制圖、電子工業(yè)、服裝加工等多個(gè)領(lǐng)域。

5.三維掃描儀

三維掃描儀可以掃描出靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)物體，由于三維掃描儀的掃描范圍有限，因此需要變換掃描儀與物體的相對(duì)位置或?qū)⑽矬w放置于電動(dòng)轉(zhuǎn)盤上，在光線充足的條件下經(jīng)過(guò)多次掃描以拼湊物體的完整模型。三維掃描出的模型可以直接導(dǎo)入到3D打印機(jī)，并打印出來(lái)。

6.沙盤制作

學(xué)習(xí)了三維制圖和打印機(jī)的使用后，學(xué)生已經(jīng)具備自己設(shè)計(jì)制作簡(jiǎn)單模型的能力，他們不再滿足于制作個(gè)人的小物品。給學(xué)生分組，以團(tuán)隊(duì)的形式分工合作制作沙盤，讓他們?cè)诤献髦姓嬲龑?shí)現(xiàn)自主創(chuàng)意、自主管理、自主學(xué)習(xí)，通力合作。學(xué)生自主創(chuàng)意的作品有頗具天津特色的天塔湖公園等。

三、結(jié)語(yǔ)

3D打印技術(shù)的原理、電腦制圖是本課程的難點(diǎn)。小學(xué)生學(xué)起來(lái)還是需要一定時(shí)間，需要教師耐心教授。創(chuàng)意設(shè)計(jì)和模型制作是本課程的重點(diǎn)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生，并隨時(shí)對(duì)他們提出的問(wèn)題給予指點(diǎn)和反饋。3D打印技術(shù)在小學(xué)是一門全新的課程，教學(xué)沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可循，教師可通過(guò)總結(jié)歸納的方式，把學(xué)生提問(wèn)的知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

素質(zhì)拓展課程是激發(fā)學(xué)生興趣和培養(yǎng)小學(xué)生動(dòng)手能力的重要途徑，這一階段的學(xué)習(xí)對(duì)其終身發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，值得重視。如今，3D打印的風(fēng)暴已經(jīng)波及全球，讓學(xué)生接觸并學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)對(duì)于我國(guó)的科技發(fā)展具有戰(zhàn)略性意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]兀旦暉，趙晨飛.3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].教學(xué)信息，2013.[2]童宇陽(yáng).3D打印技術(shù)在中小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2013.

第三篇：3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用與探索

3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用與探索

摘要：隨著3D打印技術(shù)的日益成熟，以及其在各行業(yè)和領(lǐng)域極具潛力的革命性應(yīng)用，如何普及3D打印并為社會(huì)培養(yǎng)專業(yè)的3D打印人才是當(dāng)前學(xué)校教育的一個(gè)重要課題之一。本文分析了3D打印分別在不同教學(xué)階段的受眾特點(diǎn)，針對(duì)大、中、小學(xué)總結(jié)出不同的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)方法，提出了一個(gè)全過(guò)程的3D打印教學(xué)體系和培養(yǎng)方針。通過(guò)具體案例，本文指出可以將3D打印融入主流課程的教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中，服務(wù)和提升已有課程的教學(xué)水平。最后，本文總結(jié)了3D打印在教學(xué)實(shí)踐中可能面臨的問(wèn)題和解決方案，為有效開(kāi)展3D打印在各階段的教學(xué)提供了理論指導(dǎo)和實(shí)際建議。

Abstract： With the increasingly mature of 3D printing technology，as well as its application in various industries，how to popularize 3D printing and cultivate professional 3D printing talents for the society is an important task of the current school education.This paper analyzes 3D printing audience characteristics in different stages of teaching，sums up different teaching goals and teaching methods respectively for college，middle school and primary school，and puts forward a whole process of 3D printing teaching system and cultivation guidelines.Through the specific case，this paper points out that 3D printing could be included in the mainstream curriculum teaching practice to serve and enhance the level of existing teaching.Finally，this paper summarizes the problems and solutions of 3D printing teaching practice，provides theoretical guidance and practical advice for effectively carrying out 3D printing in every stage of the teaching.關(guān)鍵詞：3D打印；技術(shù)創(chuàng)新；教學(xué)方法；人才培養(yǎng)

Key words： 3D printing；technological innovation；teaching methods；cultivation of talents

中圖分類號(hào)：G40-057 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2015）32-0178-04

0 引言

發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始探索3D打印技術(shù)對(duì)教育的影響，并成立了相關(guān)的項(xiàng)目用以促進(jìn)3D打印技術(shù)與教育的融合，從而培養(yǎng)出適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)、制造潮流的人才，從而提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力。新媒體聯(lián)盟（New Media Consortium，NMC）在2013年地平線報(bào)告中提出，3D打印是未來(lái)四到五年內(nèi)值得關(guān)注的新技術(shù)，它將帶來(lái)教學(xué)、學(xué)習(xí)和研究領(lǐng)域的創(chuàng)新[1]。英國(guó)教育部已經(jīng)選取多所小學(xué)作為試點(diǎn)學(xué)校，設(shè)立相關(guān)的基金，為學(xué)校購(gòu)買3D打印機(jī)，并對(duì)教師進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)，此外，還開(kāi)設(shè)3D打印的相關(guān)課程作為學(xué)生的手工課。學(xué)生可以通過(guò)電腦建模，打印自己所喜歡的模型[2]。歐洲的一些國(guó)家也進(jìn)行了3D打印的相關(guān)教學(xué)調(diào)研，如“未來(lái)教育與學(xué)習(xí)”（LIFE）項(xiàng)目，對(duì)歐洲7國(guó)的師生進(jìn)行調(diào)研，以獲得3D教學(xué)對(duì)學(xué)生課堂的專心度和學(xué)習(xí)成績(jī)的影響[3]。希臘在兩所高校開(kāi)始初步試驗(yàn)將3D打印作為學(xué)習(xí)手段的教學(xué)方法[4]。美國(guó)STEM教育中的STARBASE Minnesota是對(duì)學(xué)生提供STEM訓(xùn)練的教育項(xiàng)目。該項(xiàng)目通過(guò)引入3D打印的支持，使學(xué)生能通過(guò)CAD軟件自行設(shè)計(jì)相應(yīng)課程的模型，并進(jìn)行實(shí)際的測(cè)試和分析。該課程項(xiàng)目能極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，使枯燥的數(shù)學(xué)分析亦能激發(fā)學(xué)生的興趣[1]。此外，還有一些職業(yè)學(xué)校的項(xiàng)目，如PlayMaker。該項(xiàng)目圍繞著3D打印技術(shù)這一核心的課程，學(xué)生可以設(shè)計(jì)、打印和驗(yàn)證模型的物理理論。

較之國(guó)外而言，國(guó)內(nèi)3D打印的普及和教育仍處于起步的階段。國(guó)家當(dāng)前十分重視3D打印技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，例如我國(guó)科技部已將3D打印技術(shù)納入國(guó)家863計(jì)劃，各地學(xué)校也開(kāi)始進(jìn)行有關(guān)3D打印課程的試點(diǎn)。3D打印發(fā)展現(xiàn)狀以及學(xué)校教育的可行性

目前3D打印機(jī)的成本及其打印材料、質(zhì)量、時(shí)間等都是制約3D 打印在學(xué)校教育中普及的因素。解決好這些瓶頸能更好地促進(jìn)教學(xué)和研究的發(fā)展，為探索教學(xué)新方向提供有效的方法。

1.1 3D打印機(jī)成本 3D打印機(jī)的成本一直是制約3D打印發(fā)展的瓶頸。3D打印機(jī)的售價(jià)從幾千元到幾十萬(wàn)元不等。為了降低3D打印機(jī)的成本，許多公司已經(jīng)著手相對(duì)廉價(jià)的3D打印機(jī)的研發(fā)。據(jù)報(bào)道，有些公司已經(jīng)開(kāi)始搶占教育行業(yè)的市場(chǎng)，推銷千元以下的3D打印機(jī)。隨著3D打印機(jī)的成本進(jìn)一步降低，其普及將不再是難題。

1.2 3D打印的材料 另一個(gè)制約3D打印普及的瓶頸是耗材。目前的3D打印可以支持多種打印材料，如熱塑性塑料、尼龍、合金、金屬粉末、石膏、陶瓷、可食用材料、光敏樹脂等。雖然3D打印支持多種類型的材料，但不同的材料需要相應(yīng)打印設(shè)備的支持，此外打印材料的價(jià)格也并不便宜。目前的教學(xué)研究中使用較為普遍的是PLA（生物降解塑料聚乳酸，Polylactic Acid）材料和ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，Acrylonitrile Butadiene Styrene Acrylonitrile Butadiene Styrene）。一千克的PLA或ABS耗材的市場(chǎng)價(jià)格為60元左右。隨著材料的進(jìn)一步改進(jìn)和研發(fā)，生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)廠商的增加，普通耗材的價(jià)格將慢慢降至教學(xué)可接受的范圍內(nèi)。

1.3 3D打印的質(zhì)量 在打印模型的過(guò)程中，有時(shí)會(huì)由于機(jī)器本身或環(huán)境的問(wèn)題，導(dǎo)致打印的質(zhì)量并不理想，成品率一般在30%-50%左右，甚至更低。其中廉價(jià)的3D打印機(jī)也是使成品率降低的原因。種種原因?qū)⒉焕诮虒W(xué)實(shí)踐和教學(xué)研究的使用。隨著3D打印技術(shù)將不斷改良和創(chuàng)新，打印質(zhì)量會(huì)隨之而提高。

1.4 打印時(shí)間 打印時(shí)間長(zhǎng)也是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題，現(xiàn)在的3D打印時(shí)間普遍偏長(zhǎng)，阻礙了教學(xué)實(shí)踐以及教學(xué)研究的發(fā)展。據(jù)報(bào)道，現(xiàn)下最新研究的3D打印技術(shù)CLIP（Continuous Liquid Interface Production）的打印速度是舊式打印的幾十倍以上，其打印出的物體表面也十分光滑，完整。這項(xiàng)技術(shù)若能普及，將彌補(bǔ)3D打印時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。3D打印在不同教育群體中的教學(xué)分析與探討

在3D打印的教學(xué)上，學(xué)校應(yīng)該在3D打印的課程進(jìn)行細(xì)致、深入地規(guī)劃，推行多方向、多環(huán)節(jié)的主題學(xué)習(xí)。學(xué)生通過(guò)探索、想象、實(shí)踐等環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)后，將激發(fā)想象力以及提高學(xué)習(xí)效率與興趣。結(jié)合不同時(shí)期學(xué)生的學(xué)習(xí)方向，學(xué)生在各階段的進(jìn)程和方向上都有所側(cè)重，進(jìn)程如圖1所示。

2.1 小學(xué)教學(xué) 以“感性認(rèn)識(shí)”與“培養(yǎng)想象力”作為小學(xué)教學(xué)的方向。這一階段的學(xué)生，發(fā)散思維力強(qiáng)，想象力豐富，活潑好動(dòng)，接受新鮮事物的能力強(qiáng)。

結(jié)合以上的特點(diǎn)，每個(gè)小學(xué)單位至少配備一臺(tái)以上的3D打印機(jī)。設(shè)置的3D打印課程應(yīng)該“淺入淺出”。所謂的“淺入”，就是用生動(dòng)活潑、淺顯易懂的語(yǔ)言對(duì)3D打印的原理和3D打印機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，讓學(xué)生在感性上對(duì)3D打印有初步的認(rèn)識(shí)，對(duì)打印原理、設(shè)備以及應(yīng)用范圍有個(gè)大致的了解。“淺出”就是通過(guò)做些有趣味性、引發(fā)聯(lián)想、充分結(jié)合課程的簡(jiǎn)單小實(shí)驗(yàn)、小制作來(lái)加深學(xué)生對(duì)3D打印的認(rèn)識(shí)和理解。此外，學(xué)校不能一味地使用強(qiáng)制性的考試、規(guī)范化的實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行應(yīng)試教育，而應(yīng)使用更自由、輕松的教學(xué)方式以提高學(xué)生的興趣，使學(xué)生產(chǎn)生成就感，形成教學(xué)的良性循環(huán)[5]。3D打印課程的目的是將3D打印作為學(xué)生通往興趣愛(ài)好的一座“橋梁”，而非僅作為一門來(lái)自于課堂又終結(jié)于課堂的課程。

在教學(xué)上，可以根據(jù)學(xué)校自身的特點(diǎn)、專家的研究等設(shè)計(jì)小實(shí)驗(yàn)、小制作。課程的核心必須是以拓展學(xué)生的思維、引導(dǎo)想象力為主，目的是要激發(fā)學(xué)生的想象力和興趣、培養(yǎng)其思維能力。

2.2 中學(xué)教學(xué) 以“想象力和實(shí)踐相結(jié)合”作為中學(xué)教學(xué)的方向。這一階段的學(xué)生，發(fā)散性思維的能力與接受新鮮事物的能力依然很強(qiáng)，有一定的知識(shí)基礎(chǔ)和邏輯思維能力。在小學(xué)階段，學(xué)生有異想天開(kāi)、天馬行空的想法，在中學(xué)階段，開(kāi)設(shè)的3D打印課程應(yīng)該有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生的想象力，將想象力與實(shí)踐結(jié)合。在數(shù)學(xué)、地理、生物等科目可以結(jié)合3D打印課程進(jìn)行科目的交叉與融合。應(yīng)該讓學(xué)生在已有的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，加深對(duì)三維空間的理解，并且能簡(jiǎn)單地掌握建模軟件如Auto CAD的操作，能進(jìn)行簡(jiǎn)單或者相對(duì)復(fù)雜的建模。

在中學(xué)教學(xué)中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)到地理、物理、生物、化學(xué)等學(xué)科。在現(xiàn)階段的中學(xué)教學(xué)中，教學(xué)道具仍然匱乏，尤其在經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的地區(qū)，更是如此。教師基本無(wú)法使用道具進(jìn)行演示，只能利用課件、播動(dòng)畫和視頻來(lái)替代。學(xué)習(xí)知識(shí)不應(yīng)該和活動(dòng)情景分離而獨(dú)立抽象存在[5]，在情境中學(xué)習(xí)，與社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)結(jié)合起來(lái)的學(xué)習(xí)將有利于學(xué)習(xí)的橫向拓展和縱向深入。3D打印不受圖形限制，可以打印出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的教學(xué)模型，教師將內(nèi)部認(rèn)知結(jié)構(gòu)可視化，化抽象為具體，化復(fù)雜為簡(jiǎn)單[6]。理工科的課程中，實(shí)體化、可拆卸與裝配、可運(yùn)動(dòng)的教學(xué)道具更能激發(fā)學(xué)生的興趣和想象力。在制作個(gè)性化、非大批量的教學(xué)道具中，可以很好地利用3D打印的打印能力。

2.2.1 3D打印在地理課程中的應(yīng)用 在地理課程的學(xué)習(xí)中，應(yīng)用到大量的實(shí)體模型。實(shí)體模型能培養(yǎng)學(xué)生視空間能力，如教師可以打印出可運(yùn)動(dòng)的太陽(yáng)系模型（其中包含可拆卸的太陽(yáng)、水星、金星和地球等模型），在不同節(jié)氣改變地球的位置；可以打印出不同時(shí)間段物體或現(xiàn)象的標(biāo)志性狀態(tài)的模型；也可以打印出可拆卸的房屋模型，用以演示地震對(duì)房屋的破壞；或者打印天氣現(xiàn)象的運(yùn)動(dòng)模型，用以表現(xiàn)氣旋、冷鋒、暖鋒等天氣現(xiàn)象的運(yùn)動(dòng)；再比如使用模型層層分離的展示方式，展示不同地帶的地形地貌、山岳的形狀等。

通過(guò)打印圖2的恒星系統(tǒng)，如太陽(yáng)系（組件均來(lái)自3D打印）。教師可以結(jié)合課本介紹太陽(yáng)系，并且移動(dòng)地球等行星，以及對(duì)節(jié)氣等知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行介紹。還可以從系統(tǒng)中拆卸地球模型，取出內(nèi)部的每一層結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致地講解，讓學(xué)生從宏觀到局部系統(tǒng)地了解太陽(yáng)系的結(jié)構(gòu)。通過(guò)實(shí)物化的可運(yùn)動(dòng)太陽(yáng)系系統(tǒng)，可以使知識(shí)生動(dòng)形象，加深學(xué)生的認(rèn)識(shí)。

2.2.2 3D打印在物理課程的應(yīng)用 在物理的課程學(xué)習(xí)中，物理的許多電路、定律皆可由3D打印模型演示。如對(duì)自由落體、胡可、彈性碰撞等定律進(jìn)行驗(yàn)證，或是合力的箭頭模型、同步衛(wèi)星模型、地球模型、實(shí)驗(yàn)電路模型的演示以及電阻、電容、電感等模型的類比演示等。同時(shí)，制作的3D模型可以與電子電路相結(jié)合，使模型能夠完成相應(yīng)的演示功能，如模型的LED發(fā)光、自行水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)等。

通過(guò)打印如圖3設(shè)備（含打印的無(wú)蓋盒子、機(jī)械結(jié)構(gòu)、排液管等，除了電壓表、電源以及導(dǎo)線外，其他結(jié)構(gòu)均由3D打印而成）的零件，可以引導(dǎo)學(xué)生在宏觀上對(duì)電容有一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)。在盒子里倒入導(dǎo)電液體，與電源、電壓表連成閉合電路后，旋轉(zhuǎn)可移動(dòng)間距的旋鈕，調(diào)整盒子的間距，或者調(diào)整排液旋鈕，排出一定量液體，觀察電壓表的電壓示數(shù)變化。隨后教師可以通過(guò)聯(lián)系所學(xué)知識(shí)，解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。學(xué)生能調(diào)整盒子間距、導(dǎo)電液體的量、以及更換“電容”介質(zhì)等進(jìn)一步加深對(duì)電容的重要公式及相關(guān)知識(shí)的理解。3D打印類似的實(shí)驗(yàn)裝置可以很好地應(yīng)用于教學(xué)，不僅可以驗(yàn)證理論的正確性，還能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，激發(fā)他們的想象力和興趣。只要有3D模型就能隨時(shí)打印并組裝，快捷且方便。

2.2.3 3D打印在生物課程中的應(yīng)用

在生物課程的學(xué)習(xí)中，能應(yīng)用到大量的實(shí)體模型。使用3D打印的技術(shù)，可以打印出可拆卸的細(xì)胞、細(xì)菌、病毒的結(jié)構(gòu)模型、可拆卸的多肽鏈、多糖、蛋白質(zhì)、核酸等大分子的化學(xué)球形結(jié)構(gòu)模型或者可運(yùn)動(dòng)的細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型。打印理解難度較大的細(xì)胞有絲和無(wú)絲分裂等模型可以很好地解決學(xué)生的理解問(wèn)題。

通過(guò)打印出細(xì)胞模型，如圖4所示的半截面的植物細(xì)胞模型。3D打印出層1（細(xì)胞壁）、層2（細(xì)胞液）外殼以及各種不同的細(xì)胞器（使用不同顏色材料的打印，以增加細(xì)胞器的區(qū)分度）后，再組合起來(lái)。因?yàn)榇蛴〉碾y度不大，整體耗材少，所以可以打印出整班的數(shù)量。教師進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的講解前，可以把打印好的模型分發(fā)給所有的學(xué)生。學(xué)生除了能在課堂上結(jié)合老師的講解和課本的介紹，利用細(xì)胞的立體模型對(duì)植物細(xì)胞的知識(shí)進(jìn)行深入了解外，課下還可以用模型做進(jìn)一步的對(duì)照復(fù)習(xí)。通過(guò)拆卸細(xì)胞模型，可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的視覺(jué)、觸覺(jué)等感官，加深其對(duì)知識(shí)的理解。

在中學(xué)階段，除了在課堂教學(xué)上使用結(jié)合3D打印的教學(xué)用具外，可以適度舉行涉及3D打印的競(jìng)賽，競(jìng)賽可以采用外觀設(shè)計(jì)、組合結(jié)構(gòu)、教學(xué)用具創(chuàng)新等形式。考慮到中學(xué)生的3D設(shè)計(jì)能力并沒(méi)有良好的基礎(chǔ)，因此學(xué)校或比賽舉辦方可以提供相關(guān)的模型給學(xué)生參考。如在機(jī)器人DIY競(jìng)賽中，比賽舉辦方提供種類繁多的3D模型包，學(xué)生可以自行設(shè)計(jì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)圖，并從模型包中取出相應(yīng)的3D模型并打印，最后根據(jù)結(jié)構(gòu)圖組裝起來(lái)。

2.3 大學(xué)教學(xué) 在目前的大學(xué)教學(xué)中，3D打印技術(shù)使用比較廣泛。涉及到實(shí)物的外觀、結(jié)構(gòu)、機(jī)械、電路等的課程，皆可使用3D打印技術(shù)。除了在高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、機(jī)械原理與設(shè)計(jì)、材料力學(xué)等基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課程的教學(xué)中使用3D打印的教學(xué)模型外，也能在實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)中使用3D打印。

隨著各專業(yè)學(xué)科的交叉與融合，以及3D打印技術(shù)的日益成熟，它與各相關(guān)學(xué)科的結(jié)合會(huì)越加緊密，其作為“橋梁”性質(zhì)的實(shí)現(xiàn)方式會(huì)越來(lái)越重要。各高校的專業(yè)設(shè)置雖涉及到3D打印，但并沒(méi)有開(kāi)設(shè)3D打印技術(shù)的相關(guān)課程，因此學(xué)生建模水平不高，設(shè)計(jì)出的成品與實(shí)際需求相距甚遠(yuǎn)。

3D打印本科專業(yè)建設(shè)的核心是“創(chuàng)新、設(shè)計(jì)、建模”。由于3D打印的接口面廣，因此專業(yè)課設(shè)置要在不同方向上有所側(cè)重。要學(xué)習(xí)的課程分為公共基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課以及課程設(shè)計(jì)。公共基礎(chǔ)課包括高等數(shù)學(xué)、大學(xué)英語(yǔ)、大學(xué)物理、工程制圖、線性代數(shù)、機(jī)械原理及設(shè)計(jì)、電工電子技術(shù)等。鑒于目前缺少適用于大學(xué)教學(xué)的3D打印教材，在此僅提供基礎(chǔ)專業(yè)課的教學(xué)課程有：3D打印導(dǎo)論、3D打印原理、常規(guī)3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)及組裝、3D打印基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、3D建模基礎(chǔ)與提高（使用目前流行的3DMAX、MAYA、Rhino等軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)與應(yīng)用）等。

學(xué)生自行選擇不同行業(yè)方向的專業(yè)課，如動(dòng)漫、機(jī)械、建筑、汽車、首飾等。以首飾專業(yè)課為例，它涉及到首飾設(shè)計(jì)、加工工藝、創(chuàng)意設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)美學(xué)等課程。在選擇相應(yīng)的方向后，應(yīng)增加該行業(yè)的相關(guān)知識(shí)的課程，以提高學(xué)生的基礎(chǔ)。公共基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課作為學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，專業(yè)課則作為所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用。課程由淺至深，逐層遞進(jìn)和深入，最終促使學(xué)生掌握創(chuàng)新、應(yīng)用的技能。教師在教授專業(yè)課時(shí)應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、發(fā)散思維能力，在實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)上應(yīng)設(shè)計(jì)彈性大的題目。

至此，可以通過(guò)表1總結(jié)出小、中、大學(xué)不同學(xué)習(xí)階段學(xué)生特點(diǎn)、教學(xué)基礎(chǔ)、教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)實(shí)踐中的問(wèn)題與建議

3D打印在本質(zhì)上是多媒體技術(shù)的延伸，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的延伸，它拓展了人的感覺(jué)和知覺(jué)，促進(jìn)了人的思維能力的進(jìn)一步發(fā)展，它與教學(xué)的融合勢(shì)在必行[7]。

目前，3D打印在教學(xué)實(shí)踐中存在諸多問(wèn)題或空白，拓寬教學(xué)實(shí)踐的各環(huán)節(jié)將促使3D打印與教學(xué)實(shí)踐進(jìn)一步的融合與發(fā)展。以下提出相關(guān)的建議。

3.1 學(xué)校安裝相關(guān)配套的3D打印機(jī) 目前大多數(shù)學(xué)校沒(méi)有配備相關(guān)配套的3D打印機(jī)，而3D打印機(jī)是進(jìn)行教學(xué)、研究的基礎(chǔ)設(shè)備。如果教學(xué)條件允許，還可以配備相關(guān)的外圍設(shè)備，如3D Camega、KinectDIY等專業(yè)3D掃描儀。此外政府可以出臺(tái)相關(guān)的政策，為大中小學(xué)配備3D打印機(jī)及相關(guān)設(shè)備。據(jù)了解，我國(guó)政府計(jì)劃將在兩年內(nèi)為全國(guó)四十萬(wàn)所小學(xué)安裝3D打印機(jī)，用于學(xué)校的教學(xué)和研究。未來(lái)可能會(huì)在大、中學(xué)推行進(jìn)一步的相關(guān)政策。

3.2 編撰規(guī)范化的教材 3D打印技術(shù)雖然不是一門新興的技術(shù)，發(fā)展的時(shí)間也相應(yīng)的比較長(zhǎng)，但目前的教學(xué)中仍然缺少內(nèi)容豐富、案例經(jīng)典的教材作為教學(xué)的參考。因此可編寫適合大中小學(xué)使用的3D打印技術(shù)的書籍作為教學(xué)的材料。但不強(qiáng)制要求各學(xué)校必須采用，學(xué)校也可以自行編寫符合自身教學(xué)要求的教材。規(guī)范化教材編寫的主要出發(fā)點(diǎn)是用于規(guī)范化的教學(xué)。

3.3 對(duì)教師進(jìn)行培訓(xùn) 3D打印教師應(yīng)該在技術(shù)和教學(xué)設(shè)計(jì)等層面進(jìn)行學(xué)習(xí)和提高，做好領(lǐng)路人的角色。課程設(shè)計(jì)應(yīng)該圍繞“切合實(shí)際、拓展思維和激發(fā)想象力”的目的。在中小學(xué)教師的培訓(xùn)上，培訓(xùn)人員除了教授相應(yīng)的3D打印原理、機(jī)械結(jié)構(gòu)、耗材等知識(shí)外，應(yīng)該將重點(diǎn)放在培訓(xùn)教師對(duì)學(xué)生的思維與想象力進(jìn)行引導(dǎo)的方法和技巧上。培訓(xùn)大學(xué)和職校教師，應(yīng)該使其“各習(xí)所長(zhǎng)”，即在他們的專業(yè)方面，針對(duì)性地教授不同專業(yè)的結(jié)構(gòu)、建模、耗材、支撐等方面的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，輔以典例為佳。

3.4 相關(guān)競(jìng)賽設(shè)計(jì) 在各類大中小學(xué)競(jìng)賽中，學(xué)生往往只能使用舉辦方所提供的配套組件進(jìn)行組裝和二次開(kāi)發(fā)，這在很大的程度上阻礙和限制了學(xué)生想法的表達(dá)，不利于學(xué)生在實(shí)踐中自由發(fā)揮和拓展。3D打印能很好地提供解決方案，學(xué)生可以根據(jù)自己的想法設(shè)計(jì)并打印出相應(yīng)的模型，并組裝在自己的參賽作品中。此外，為了使3D打印能更好地與教學(xué)、實(shí)踐等融合，可以舉行不同主題的比賽。競(jìng)技類型，如機(jī)器人足球、機(jī)器人籃球、機(jī)器人搏擊比賽、競(jìng)速、花樣飛行、搶奪比賽等；解決任務(wù)型，如智能輔助；開(kāi)拓思維型，如組合聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)。也可以舉行開(kāi)拓參賽團(tuán)隊(duì)思維的比賽，設(shè)計(jì)并打印出新穎、獨(dú)特、具有創(chuàng)造性的機(jī)器人零部件、外殼、骨架等。鼓勵(lì)比賽優(yōu)秀的作品進(jìn)行進(jìn)一步的研發(fā)。這樣的比賽除了能促進(jìn)3D打印的技術(shù)更新和發(fā)展外，還能拓展學(xué)生對(duì)控制芯片的編程、機(jī)械結(jié)構(gòu)、模擬電路的認(rèn)識(shí)。

3.5 成立相關(guān)委員會(huì) 目前的3D打印并沒(méi)有很好地納入規(guī)范化的組織和管理中，成立相關(guān)的委員會(huì)是行之有效的方法。通過(guò)成立相關(guān)委員會(huì)，創(chuàng)立評(píng)選制度，可以支持大中小學(xué)的學(xué)生對(duì)感興趣的方向進(jìn)行創(chuàng)新。可以通過(guò)評(píng)選項(xiàng)目提供必要的資金，并配給相應(yīng)的指導(dǎo)老師。再者，如果學(xué)生能夠靠自身的能力切實(shí)改進(jìn)了3D打印的技術(shù)，并有相應(yīng)的展示方式，通過(guò)委員會(huì)的審核后，可報(bào)銷其費(fèi)用，并給予相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)。

3.6 其他 授課老師引領(lǐng)學(xué)生發(fā)揮想象力，記錄下他們對(duì)3D打印的想法（學(xué)習(xí)方法、技術(shù)的改進(jìn)）等，將想法在大中小學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)共享平臺(tái)上進(jìn)行匯總，讓不同的想法互相“碰撞”。也可以邀請(qǐng)相關(guān)方面的專家來(lái)校演講，或是組織學(xué)生到政府、公司等開(kāi)設(shè)的3D打印展區(qū)進(jìn)行參觀，使學(xué)生能接觸到3D打印行業(yè)的新方向，了解3D打印的最新進(jìn)展。總結(jié)

重視3D打印，就是要發(fā)揮一切積極的因素，使3D打印的課程和實(shí)踐在學(xué)校教學(xué)中進(jìn)行交叉與融合，不斷循環(huán)發(fā)展。在3D打印教學(xué)的創(chuàng)新中，可以結(jié)合現(xiàn)在的在線教育、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，不斷挖掘3D打印在課程教學(xué)的潛能和優(yōu)勢(shì)。在建設(shè)3D打印課程的體系中，需要多方協(xié)調(diào)和政策的支持，才能形成良好的教學(xué)和研究的氛圍。

未來(lái)3D打印在教學(xué)、研究、設(shè)計(jì)、制造等方向的應(yīng)用和實(shí)踐將會(huì)進(jìn)一步的深入和發(fā)展，它將以其獨(dú)特的方式影響著人們生活的方方面面。

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第四篇：3D打印技術(shù)在中小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

3D打印技術(shù)在中小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

——以英國(guó)中小學(xué)課堂引進(jìn)3D打印技術(shù)項(xiàng)目為例

作者簡(jiǎn)介：李柯影，東北師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)楝F(xiàn)代遠(yuǎn)程教育，Email:liky086＠nenu.edu.com；鄭燕林，東北師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院（吉林 長(zhǎng)春 130117）。

內(nèi)容提要：3D打印技術(shù)基于“設(shè)計(jì)即生產(chǎn)”的基本理念，通過(guò)支持學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的深度體驗(yàn)與參與發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維和跨學(xué)科思維，同時(shí)也有助于提升學(xué)生的實(shí)踐能力。該文主要分析英國(guó)中小學(xué)在學(xué)科教學(xué)中引入3D打印技術(shù)的目標(biāo)指向、應(yīng)用方式，并分析影響3D打印技術(shù)在學(xué)科教學(xué)中有效應(yīng)用的相關(guān)因素，為探索教師在學(xué)科教學(xué)中適當(dāng)應(yīng)用3D打印技術(shù)提供參考。

關(guān) 鍵 詞：英國(guó) 3D打印技術(shù) 學(xué)科教學(xué) 創(chuàng)新設(shè)計(jì) 體驗(yàn)式學(xué)習(xí)

3D打印技術(shù)以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件生成的或通過(guò)實(shí)體掃描設(shè)備掃描實(shí)物所獲得的數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)“積層造型法”逐層打印材料層創(chuàng)建物體，主要用于原型設(shè)計(jì)以及組件或產(chǎn)品的制造[1][2]。3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“設(shè)計(jì)即生產(chǎn)”的創(chuàng)想，具有快速生成的特點(diǎn)，不但能夠?qū)崿F(xiàn)從零件設(shè)計(jì)到整體設(shè)計(jì)的跨越，而且所“打印”的產(chǎn)品，較之傳統(tǒng)方法所生產(chǎn)的產(chǎn)品具有更強(qiáng)的穩(wěn)固性、更精密的結(jié)構(gòu)，支持更有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)與生成，因此近年來(lái)在機(jī)械制造、生物醫(yī)藥、建筑設(shè)計(jì)、藝術(shù)創(chuàng)造等多個(gè)領(lǐng)域受到越來(lái)越多的關(guān)注[3]。

雖然3D打印技術(shù)在上述多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用受到關(guān)注，但目前針對(duì)3D打印技術(shù)在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域深入應(yīng)用的系統(tǒng)研究相對(duì)較少。英國(guó)教育部及相關(guān)組織機(jī)構(gòu)于2012-2013年實(shí)施了為期一年的探究3D打印技術(shù)在學(xué)科教學(xué)創(chuàng)新中的應(yīng)用，該項(xiàng)目不僅取得了實(shí)質(zhì)性教學(xué)應(yīng)用成果，而且推動(dòng)了3D打印技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用，為更多學(xué)校引進(jìn)3D打印技術(shù)，變革教與學(xué)的模式起到示范與引領(lǐng)作用。本文結(jié)合英國(guó)3D打印技術(shù)教學(xué)應(yīng)用案例，深入分析3D打印技術(shù)在英國(guó)中小學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的目標(biāo)指向、應(yīng)用效果及影響因素，探究3D打印技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用推廣時(shí)需要注意的問(wèn)題，希望為學(xué)校教育引入3D打印技術(shù)提供一定的參考。

一、3D打印技術(shù)在英國(guó)中小學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的目標(biāo)指向

1.指向提升學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維

基于對(duì)3D打印技術(shù)本身特性的把握，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可以作為動(dòng)力激發(fā)工具和支持創(chuàng)新設(shè)計(jì)的技術(shù)工具應(yīng)用到教學(xué)活動(dòng)中，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性的提高和學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

一方面，3D打印技術(shù)本身的功能特性以及對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)的支持作用決定了其作為技術(shù)支持工具對(duì)提升學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性有積極影響。首先，3D打印技術(shù)作為一種新型技術(shù)，其新穎性更加容易引起學(xué)生參與基于該技術(shù)的學(xué)習(xí)活動(dòng)的好奇心和興趣，激發(fā)他們主動(dòng)參與學(xué)習(xí)活動(dòng)的動(dòng)機(jī)。其次，3D打印技術(shù)的獨(dú)特功能——快速打印模型或?qū)嵨铮С植⒓?lì)學(xué)生主動(dòng)參與打印活動(dòng)。學(xué)生可以利用3D打印機(jī)將自己的創(chuàng)新設(shè)計(jì)或想法以可視化方式呈現(xiàn)給教師和其他學(xué)習(xí)者，由此獲得的成就感，不僅會(huì)促使學(xué)生更加積極主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，而且會(huì)激勵(lì)他們主動(dòng)參與創(chuàng)新設(shè)計(jì)。第三，3D打印技術(shù)支持的學(xué)習(xí)活動(dòng)有助于體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)活動(dòng)主體主動(dòng)參與學(xué)習(xí)的重要性和價(jià)值，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)活動(dòng)。基于3D打印技術(shù)的學(xué)習(xí)任務(wù)，需要學(xué)生主動(dòng)分析打印任務(wù)、參與計(jì)劃與決策、參與創(chuàng)新設(shè)計(jì)原型，這種主體意識(shí)和被需要的感覺(jué)讓學(xué)生意識(shí)到自己在學(xué)習(xí)過(guò)程中的重要性和價(jià)值，促使學(xué)生更加主動(dòng)地參與到打印活動(dòng)中。

另一方面，為保證學(xué)生主動(dòng)參與并有效進(jìn)行學(xué)習(xí)活動(dòng)，英國(guó)教育研究者認(rèn)為在3D打印技術(shù)快速打印實(shí)物功能的支持下，學(xué)生可以將時(shí)間和精力集中在創(chuàng)新設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，有助于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。創(chuàng)新啟于格物致知，創(chuàng)新思維啟于透徹地分析打印任務(wù)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，是進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)、打印出創(chuàng)新性個(gè)性化作品的基礎(chǔ)和源泉。學(xué)生通過(guò)主動(dòng)參與創(chuàng)新設(shè)計(jì)、全面細(xì)致地分析打印任務(wù)，充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，最終打印出個(gè)性化的作品。

2.指向探索新的教學(xué)方法

英國(guó)3D打印技術(shù)在學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用項(xiàng)目是在“人類可以通過(guò)制造和分享過(guò)程產(chǎn)生學(xué)習(xí)”理念指導(dǎo)下開(kāi)展的學(xué)科教學(xué)創(chuàng)新探索項(xiàng)目[4]。該理念的核心是“制造”和“分享”，強(qiáng)調(diào)在真實(shí)情境中通過(guò)體驗(yàn)式學(xué)習(xí)與探究式學(xué)習(xí)是獲得知識(shí)并實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用的有效方式。所以，教師借助3D打印技術(shù)可以為學(xué)生創(chuàng)建“體驗(yàn)式學(xué)習(xí)中心”，這同時(shí)也是一個(gè)知識(shí)運(yùn)用空間，學(xué)生需要主動(dòng)參與到真實(shí)的實(shí)踐活動(dòng)中，并通過(guò)親自動(dòng)手操作獲得直接的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提高解決問(wèn)題的知識(shí)與技能水平。在3D打印技術(shù)支持下的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)中心從學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式上都有所突破。

“體驗(yàn)式學(xué)習(xí)中心”的學(xué)習(xí)內(nèi)容可以是一個(gè)專題的探究學(xué)習(xí)，也可以是單一知識(shí)或問(wèn)題的學(xué)習(xí)與探究，還可以僅是一個(gè)創(chuàng)意的實(shí)現(xiàn)，甚至是這三者的交叉融合。在專題探究學(xué)習(xí)活動(dòng)中，教師需要給學(xué)生提供一個(gè)主題及其設(shè)計(jì)綱要，并期望學(xué)生能對(duì)該設(shè)計(jì)做出自己的選擇，主動(dòng)地進(jìn)行學(xué)習(xí)和探究。學(xué)生在專注于研究主題的同時(shí)，會(huì)自然地將3D打印機(jī)作為學(xué)習(xí)或探究?jī)?nèi)容的一部分。針對(duì)后兩種學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生可以利用3D打印機(jī)將一個(gè)想法變成現(xiàn)實(shí)，將一個(gè)知識(shí)或問(wèn)題以可視的打印作品呈現(xiàn)，有助于個(gè)性化和創(chuàng)新思維的發(fā)展。例如，沃特福德男子文法學(xué)校(Watford Grammar School for Boys)的學(xué)生打印出各種代數(shù)方程的3D圖形[5]。

“體驗(yàn)式學(xué)習(xí)中心”的學(xué)習(xí)方式可以是協(xié)作學(xué)習(xí)，也可以是自主學(xué)習(xí)，前者是實(shí)現(xiàn)“共享”理念的有效方式，而后者在實(shí)踐中已經(jīng)證實(shí)了3D打印技術(shù)對(duì)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)起著重要的支持作用。在2012-2013年英國(guó)3D打印技術(shù)走進(jìn)校園項(xiàng)目研究中發(fā)現(xiàn)：基于3D打印技術(shù)的自主學(xué)習(xí)能改善學(xué)習(xí)效果并伴隨產(chǎn)生其他更廣泛的利益。例如在物理和數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)中，教師非常希望能成功地使用打印機(jī)來(lái)促進(jìn)學(xué)生思考、推理和理解學(xué)科教學(xué)知識(shí)，并且開(kāi)展學(xué)生為主導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)。這種自主學(xué)習(xí)方式更大程度地將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交付學(xué)生，讓學(xué)生在3D打印技術(shù)支持下進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，將知識(shí)學(xué)以致用。這種突破性的新教學(xué)方法，不僅有利于學(xué)生個(gè)性化發(fā)展，而且有助于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

通過(guò)身臨其境地制造和分享所產(chǎn)生的學(xué)習(xí)行為，對(duì)學(xué)習(xí)或知識(shí)獲得具有實(shí)際效益，而且3D打印技術(shù)是為教師和學(xué)生提供體驗(yàn)式學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)、為學(xué)生創(chuàng)建知識(shí)運(yùn)用空間的重要支撐技術(shù)。體驗(yàn)式學(xué)習(xí)讓學(xué)生更容易理解知識(shí)的內(nèi)涵，在實(shí)踐中有效應(yīng)用知識(shí)是強(qiáng)化知識(shí)、體現(xiàn)知識(shí)的價(jià)值。這種新的教學(xué)方法，有利于促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)與探究活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作意識(shí)以及發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維和自主學(xué)習(xí)能力。、3D打印技術(shù)在英國(guó)中小學(xué)不同學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用

3D打印技術(shù)在英國(guó)中小學(xué)不同學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用，多角度展示3D打印技術(shù)在促進(jìn)學(xué)科教與學(xué)的功能的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用方式，為優(yōu)化技術(shù)與學(xué)科知識(shí)的整合提供可借鑒的觀點(diǎn)與方法，為實(shí)現(xiàn)學(xué)科教學(xué)目標(biāo)以及突破學(xué)科教學(xué)難點(diǎn)提供策略。筆者基于對(duì)3D打印技術(shù)功能性特點(diǎn)和學(xué)科教學(xué)目標(biāo)、特點(diǎn)等的考慮，總結(jié)出3D打印技術(shù)在學(xué)科教學(xué)中應(yīng)用的分析框架(如圖1所示)。

1.在“科學(xué)”學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用

“科學(xué)”學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容涉及生物、化學(xué)和物理三方面的知識(shí)，其教學(xué)目標(biāo)是通過(guò)學(xué)習(xí)與探索生物、化學(xué)和物理的基礎(chǔ)知識(shí)，發(fā)展學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)、過(guò)程和方法的理解力，并通過(guò)不同形式的科學(xué)調(diào)查，幫助他們回答現(xiàn)實(shí)生活中的科學(xué)問(wèn)題，提高科學(xué)素養(yǎng)[6]。

基于對(duì)3D打印技術(shù)功能特性與“科學(xué)”學(xué)科教學(xué)目標(biāo)及特點(diǎn)的關(guān)聯(lián)與分析，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可以觀摩和協(xié)助探究?jī)煞N方式促進(jìn)學(xué)科教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。首先，3D打印技術(shù)支持學(xué)生通過(guò)觀摩教師利用3D打印機(jī)打印的模型來(lái)獲得相關(guān)知識(shí)內(nèi)容，有助于發(fā)展他們的觀察能力、分析能力以及理解力。比如“科學(xué)”學(xué)科教師可以利用3D打印機(jī)打印眼球模型，幫助學(xué)生理解有關(guān)眼球構(gòu)造、功能等知識(shí)。其次，3D打印技術(shù)支持學(xué)生在教師協(xié)助下主動(dòng)構(gòu)建3D模型，并對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，提升他們探究事物本質(zhì)、規(guī)律的能力。如“科學(xué)”學(xué)科教師可以組織學(xué)生在3D打印技術(shù)環(huán)境下討論塑料的性能，也可以利用3D打印機(jī)協(xié)助學(xué)生構(gòu)建分子、細(xì)胞甚至正弦波等模型[7]，學(xué)生在構(gòu)建過(guò)程中可以通過(guò)研究這些數(shù)字模型文件的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行深度學(xué)習(xí)與探究，最終獲得相關(guān)知識(shí)。當(dāng)然，在項(xiàng)目中該學(xué)科的打印活動(dòng)大部分依靠如Thingiverse等提供設(shè)計(jì)文件網(wǎng)站所共享的3D模型源數(shù)字文件。

3D打印技術(shù)通過(guò)提供觀摩與協(xié)助構(gòu)建這兩種技術(shù)使用方式，為學(xué)生在“科學(xué)”學(xué)科學(xué)習(xí)中營(yíng)造體驗(yàn)式的學(xué)習(xí)空間，促使學(xué)生獲得更加直接的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。學(xué)生通過(guò)主動(dòng)進(jìn)入該學(xué)習(xí)空間，獲取空間中所展示和隱藏的知識(shí)，探究事物本質(zhì)、過(guò)程和變化規(guī)律等，提高科學(xué)理解力、探究能力以及科學(xué)素養(yǎng)。觀摩與協(xié)助構(gòu)建體現(xiàn)了3D打印技術(shù)作為教學(xué)工具與學(xué)習(xí)工具應(yīng)用到“科學(xué)”學(xué)科教學(xué)中的功能優(yōu)勢(shì)，對(duì)拓展教學(xué)工具的廣度、挖掘教學(xué)工具深層內(nèi)涵有重要意義。

2.在“數(shù)學(xué)”學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用

中小學(xué)“數(shù)學(xué)”學(xué)科的培養(yǎng)目標(biāo)是通過(guò)頻繁的計(jì)算、推理、演示等教學(xué)活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)基本概念和原理的理解和應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生推理能力和問(wèn)題解決能力[8]。“數(shù)學(xué)”學(xué)科的教學(xué)難點(diǎn)是將抽象的數(shù)學(xué)概念或規(guī)律以簡(jiǎn)單可視化方式呈現(xiàn)給學(xué)生，促進(jìn)學(xué)生理解和掌握。

基于對(duì)3D打印技術(shù)功能特性與“數(shù)學(xué)”學(xué)科教學(xué)目標(biāo)、特點(diǎn)及難點(diǎn)的關(guān)聯(lián)與分析，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可以通過(guò)演示和協(xié)同構(gòu)建兩種方式幫助突破數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)難點(diǎn)，促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。一方面，3D打印技術(shù)為教師演示數(shù)學(xué)抽象概念或規(guī)律形成過(guò)程提供技術(shù)支持。比如立體幾何中關(guān)于畢達(dá)哥拉斯定理(勾股定理)和三角法的教學(xué)，一般停留在平面演示、想象、計(jì)算、推理的層面，但在3D打印技術(shù)支持下，教師可以利用3D打印機(jī)輕松簡(jiǎn)單地構(gòu)建立體幾何體，使該定理的推理演示過(guò)程更加直接地呈現(xiàn)給學(xué)生，促進(jìn)學(xué)生從形象的實(shí)物和過(guò)程演示、推理中理解并掌握數(shù)學(xué)抽象概念和知識(shí)，而且有助于提升學(xué)生的立體空間感。另一方面，3D打印技術(shù)支持學(xué)生協(xié)同構(gòu)建或探究數(shù)學(xué)規(guī)律。例如，沃特福德男子文法學(xué)校(Watford Grammar School for Boys)六年級(jí)組教師和學(xué)生協(xié)同研究與拋射體速度、高度和距離相關(guān)的微積分[9]。首先，他們利用3D打印機(jī)產(chǎn)生一個(gè)支持內(nèi)部彈射器的聯(lián)結(jié)，然后再利用3D打印機(jī)為這個(gè)項(xiàng)目生產(chǎn)一系列的拋射體。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以通過(guò)立體多角度的觀察物體運(yùn)動(dòng)與變化規(guī)律，促進(jìn)他們對(duì)微積分知識(shí)的深度理解和掌握。此外，該校學(xué)生還打印出各種代數(shù)方程的3D圖形，幫助理解代數(shù)方程的內(nèi)涵。

3D打印技術(shù)通過(guò)演示和協(xié)同構(gòu)建兩種技術(shù)使用方式，為學(xué)生理解和掌握數(shù)學(xué)抽象概念，探究數(shù)學(xué)規(guī)律提供了可靠的技術(shù)支持。同樣，教師可以借助3D打印機(jī)以立體簡(jiǎn)易化方式呈現(xiàn)數(shù)學(xué)概念或規(guī)律，有助于提升學(xué)生對(duì)抽象知識(shí)的理解度和掌握度。演示與協(xié)同構(gòu)建體現(xiàn)了3D打印技術(shù)在“數(shù)學(xué)”學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用對(duì)拓展教學(xué)工具深度的意義。第一，在知識(shí)展示方面。以往的學(xué)習(xí)內(nèi)容大多基于二維平面進(jìn)行展示，除非一些需要學(xué)生親自操作的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，否則都是依靠想象、理解或死記硬背的方式來(lái)獲取知識(shí)。利用3D打印技術(shù)可以將概念和知識(shí)立體化、具體化、可視化，幫助學(xué)生擺脫對(duì)抽象概念和知識(shí)的空想，促進(jìn)他們?nèi)胬斫庵R(shí)并激發(fā)他們的求知欲。第二，在知識(shí)實(shí)踐方面，3D打印技術(shù)支持學(xué)生的創(chuàng)造活動(dòng)，并能快速物化設(shè)計(jì)，既促進(jìn)了學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，也有助于學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)踐相聯(lián)系。

3.在“設(shè)計(jì)與技術(shù)”學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用

“設(shè)計(jì)與技術(shù)”學(xué)科是一門具有啟發(fā)性、嚴(yán)謹(jǐn)性和實(shí)用性特點(diǎn)的學(xué)科，更是一門綜合性學(xué)科。該學(xué)科的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)是通過(guò)組織和引導(dǎo)學(xué)生使用創(chuàng)造力和想象力設(shè)計(jì)并制造出能夠解決各種情境下的現(xiàn)實(shí)及相關(guān)問(wèn)題的產(chǎn)品，同時(shí)也考慮產(chǎn)品使用者的需求、愿望以及價(jià)值觀；通過(guò)支持學(xué)生獨(dú)立完成簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)與制造工作，提升其參與“設(shè)計(jì)與技術(shù)”學(xué)習(xí)活動(dòng)的自信心，促進(jìn)創(chuàng)造性專業(yè)技能的獲得；通過(guò)批判、評(píng)估和測(cè)試他們的想法或產(chǎn)品，理解和應(yīng)用相關(guān)項(xiàng)目學(xué)習(xí)事項(xiàng)、技能和流程[10]。

基于對(duì)3D打印技術(shù)功能特性和“設(shè)計(jì)與技術(shù)”學(xué)科教學(xué)目標(biāo)和特點(diǎn)的關(guān)聯(lián)與分析，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可以通過(guò)創(chuàng)造與設(shè)計(jì)促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)以及跨學(xué)科知識(shí)的融會(huì)貫通。第一，3D打印技術(shù)為教師和學(xué)生發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力等創(chuàng)造性活動(dòng)提供便捷性的技術(shù)支持。師生利用CAD等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件充分發(fā)揮想象、聯(lián)想能力設(shè)計(jì)出3D立體數(shù)字模型，再使用3D打印機(jī)將模型實(shí)體化。第二，該技術(shù)為師生制造實(shí)用性產(chǎn)品提供技術(shù)保證。由于該學(xué)科特別注重產(chǎn)品的實(shí)用性，所以3D打印技術(shù)支持的教學(xué)活動(dòng)不僅需要學(xué)生系統(tǒng)地考慮、細(xì)致地分析打印任務(wù)，并通過(guò)迭代完善工作創(chuàng)造出實(shí)用性強(qiáng)且質(zhì)優(yōu)的產(chǎn)品，而且要盡量節(jié)省生產(chǎn)原材料、保證高精度和高堅(jiān)固性，為實(shí)際實(shí)施提供質(zhì)量保障。比如在橋梁工程學(xué)教學(xué)中，學(xué)生可以利用3D打印機(jī)打印出橋梁模型，通過(guò)力學(xué)測(cè)試來(lái)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)橋梁穩(wěn)固性、規(guī)模等問(wèn)題，為實(shí)際施工做足準(zhǔn)備。第三，該技術(shù)為跨學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用提供橋梁。例如在Cramlington學(xué)習(xí)村莊[11]，學(xué)生在學(xué)習(xí)工程課程時(shí)，除了需要學(xué)習(xí)生產(chǎn)技能相關(guān)知識(shí)外，還包括物理、數(shù)學(xué)等方面的知識(shí)。比如學(xué)生在創(chuàng)造和生產(chǎn)椅子的過(guò)程中，首先需要考慮椅子的平衡性，防止打印過(guò)程中出現(xiàn)斜倒、扭曲的狀況；其次要考慮椅子的承重力，防止先打印出來(lái)的部分被后打印的部分壓擠變形；最后還需通過(guò)成本評(píng)估確保物有所值。可以看出這個(gè)過(guò)程不僅涉及有關(guān)生產(chǎn)過(guò)程的技術(shù)知識(shí)，而且涉及有關(guān)于椅子的穩(wěn)定性、承受力以及平衡性等物理知識(shí)，還涉及用三角法來(lái)計(jì)算椅子的后視角、用軟件繪制坐標(biāo)等數(shù)學(xué)和軟件操作知識(shí)。

3D打印技術(shù)通過(guò)創(chuàng)造與設(shè)計(jì)這兩種技術(shù)使用方式為學(xué)生獲得并應(yīng)用知識(shí)提供可靠、便捷的技術(shù)支持，實(shí)踐了“設(shè)計(jì)是重點(diǎn)，生產(chǎn)不是問(wèn)題”的新思想，在提升學(xué)生分析、設(shè)計(jì)、評(píng)估、實(shí)踐和創(chuàng)造能力,促進(jìn)學(xué)生的分析性思維與創(chuàng)新性思維以及系統(tǒng)思維發(fā)展,提高現(xiàn)實(shí)中建造高質(zhì)量的工程提供保障,并切實(shí)地實(shí)現(xiàn)了利用技術(shù)輔助工程設(shè)計(jì)等方面有重要實(shí)際意義。而且就如溫莎男子學(xué)校(The Windsor Boys' School)的DT負(fù)責(zé)人[12]認(rèn)為，熟悉3D打印設(shè)計(jì)流程(計(jì)劃、設(shè)計(jì)、制造和評(píng)估)的學(xué)生能夠利用3D打印機(jī)來(lái)縮短“制造”階段的時(shí)間，使打印機(jī)在“打印”產(chǎn)品時(shí)更快。這意味著學(xué)生可以將更多的時(shí)間和精力分配到產(chǎn)品的“設(shè)計(jì)”上，發(fā)展他們的創(chuàng)新思維。此外，目標(biāo)指向中提到的“體驗(yàn)式學(xué)習(xí)中心”，更多地發(fā)生在“設(shè)計(jì)與技術(shù)”學(xué)科教學(xué)過(guò)程中。

三、影響3D打印技術(shù)在英國(guó)中小學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的因素分析

通過(guò)對(duì)2012-2013年英國(guó)開(kāi)展的3D打印技術(shù)進(jìn)入學(xué)科教學(xué)項(xiàng)目的分析，總結(jié)出成功背后的影響因素有以下幾個(gè)：

1.教師對(duì)3D打印技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用持積極的態(tài)度

正如許多參與項(xiàng)目的老師說(shuō)，他們只花幾個(gè)月的時(shí)間就能足夠熟練地使用打印機(jī)和相關(guān)軟件，并且能在教學(xué)中成功而自信地使用。在實(shí)踐教學(xué)中表明，自信的教師在使用3D打印技術(shù)時(shí)要比那些相對(duì)孤立且不能堅(jiān)持解決委托或獲得持續(xù)支持的教師更得心應(yīng)手，因?yàn)樗麄冇兄鴮?duì)主題探究的熱情和敢于實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新的膽量。正所謂“心之所向，身之所往”。當(dāng)教師憧憬并相信3D打印技術(shù)具有促進(jìn)教與學(xué)的潛能，便會(huì)致力于技術(shù)與教學(xué)的有效整合，探究創(chuàng)新教學(xué)方法，最終獲得成功的經(jīng)驗(yàn)和有效的技術(shù)應(yīng)用策略。

2.教師與教學(xué)支持人員的通力協(xié)作

英國(guó)3D打印技術(shù)在中小學(xué)學(xué)科教學(xué)中應(yīng)用項(xiàng)目，是由教育部、物理學(xué)會(huì)、全國(guó)數(shù)學(xué)教師理事會(huì)(NCETM)、3D打印機(jī)廠商、學(xué)校等合作進(jìn)行的。其合作的目的有三個(gè)：一是確保教學(xué)中所選擇的軟件是適合跨學(xué)校、跨科目的；二是提高各種資源的有效利用率，包括各學(xué)校的教師資源、技術(shù)資源；三是促進(jìn)交流與共享技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。技術(shù)與教學(xué)整合需要投入大量的時(shí)間、精力和人力。例如參與項(xiàng)目的Highworth女子文法學(xué)校有成功的案例，該校的DT老師和物理技術(shù)人員密切合作，共同設(shè)計(jì)一組可以通過(guò)金箔模擬阿爾法粒子的散射的設(shè)備。所以，教師與教學(xué)支持人員，包括專業(yè)技術(shù)人員、3D打印機(jī)廠商、同一學(xué)科或不同學(xué)科的教師之間的通力協(xié)作是推動(dòng)探索技術(shù)促進(jìn)學(xué)科教學(xué)的持續(xù)動(dòng)力。

3.必要的軟硬件環(huán)境建設(shè)

(1)軟件

項(xiàng)目組織者和支持者為教師和學(xué)生提供使用設(shè)計(jì)軟件的專門培訓(xùn)，而且盡可能選擇容易上手且免費(fèi)的設(shè)計(jì)軟件，比如很多學(xué)校選擇使用的免費(fèi)Sketchup(草圖大師)。基于該類設(shè)計(jì)軟件的數(shù)字設(shè)計(jì)模型是3D打印機(jī)打印產(chǎn)品的源文件。該文件在打印輸出時(shí)，通常是一個(gè).stl文件，然后送入第二層軟件并生成打印機(jī)指令(G code)，該指令唯一指向于一個(gè)特定的打印機(jī)。.s3g文件格式的G代碼通過(guò)SD卡輸入打印機(jī)。打印項(xiàng)目中Makerware和復(fù)制因子G計(jì)劃通常被用于生成G代碼[13]。數(shù)字設(shè)計(jì)模型可以從如Thingiverse等免費(fèi)網(wǎng)站下載，這有助于入門打印機(jī)操作的學(xué)習(xí)。

(2)3D打印機(jī)

從英國(guó)3D打印技術(shù)應(yīng)用到學(xué)科教學(xué)的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)分享中可以看出，3D打印機(jī)的選擇關(guān)系著能否有效使用打印機(jī)并將其優(yōu)勢(shì)功能發(fā)揮到最大化。需要從以下幾點(diǎn)考慮：第一，要考慮3D打印機(jī)的使用者和使用目的。若是教師使用3D打印機(jī)打印教學(xué)模具，優(yōu)先考慮打印機(jī)的速度和質(zhì)量；若是學(xué)生利用該技術(shù)制作模型，則還需要考慮其易用性、耗材和成本。第二，要考慮打印機(jī)本身的一些因素，比如打印速度、打印機(jī)文件傳輸接口、與學(xué)校操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的兼容性以及質(zhì)量和售后支持等。第三，要重視打印機(jī)所置放位置和環(huán)境，防止拖拉或移動(dòng)，避免要打印出來(lái)的物體出現(xiàn)干燥和翹曲等問(wèn)題。所以，學(xué)校或者教師在選擇和使用3D打印機(jī)時(shí)需要全面且慎重考慮。

4.對(duì)應(yīng)用過(guò)程提供系統(tǒng)的支持

(1)來(lái)自學(xué)校管理層的支持

參與項(xiàng)目的大多數(shù)學(xué)校里的領(lǐng)導(dǎo)教師都是具備專業(yè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)能力的設(shè)計(jì)與技術(shù)專家，他們通過(guò)“低干涉”管理讓學(xué)科教師更專注于技術(shù)使用方法和教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)途徑，這不僅為學(xué)校師生提供財(cái)政支持以及他們創(chuàng)新使用3D打印機(jī)的視角，而且在鼓勵(lì)和支持教師使用新的、不熟悉的技術(shù)，組織并建立強(qiáng)大的人才團(tuán)隊(duì)以及給學(xué)生傳授他們的技術(shù)知識(shí)等方面也起著積極作用。

(2)對(duì)應(yīng)用3D打印技術(shù)的教師團(tuán)隊(duì)進(jìn)行專門的培訓(xùn)

學(xué)校管理者與相關(guān)技術(shù)專家在學(xué)校引入3D打印技術(shù)后需要對(duì)校內(nèi)擬在教育教學(xué)中的應(yīng)用3D打印技術(shù)的教師進(jìn)行專門的、系統(tǒng)的培訓(xùn)。培訓(xùn)初始期間，3D打印技術(shù)的使用輕松實(shí)現(xiàn)教師、技術(shù)工作人員和學(xué)生的一些大膽創(chuàng)新性想法，進(jìn)而激發(fā)他們對(duì)技術(shù)持續(xù)探索的熱情。而且，跨部門在使用相關(guān)軟件時(shí)證明專門的培訓(xùn)和持續(xù)的支持對(duì)技術(shù)使用與推廣起著至關(guān)重要的作用，因?yàn)闆](méi)有經(jīng)驗(yàn)的教師必須花一段時(shí)間來(lái)提高使用打印機(jī)和應(yīng)用設(shè)計(jì)軟件的能力。

培訓(xùn)課程一般包含為教師提供3D打印機(jī)項(xiàng)目基礎(chǔ)內(nèi)容和實(shí)踐機(jī)會(huì)，組織討論會(huì)分享使用3D打印機(jī)的經(jīng)驗(yàn)想法等活動(dòng)。此外，教師需要花費(fèi)正常教學(xué)以外的時(shí)間和精力來(lái)鞏固編程技術(shù)和CAD專業(yè)技術(shù)，以保證熟練使用3D打印機(jī)并充分發(fā)揮3D打印機(jī)的功能。

四、結(jié)束語(yǔ)

2014年地平線報(bào)告中將3D打印技術(shù)應(yīng)用劃為2-3年的中期計(jì)劃，報(bào)告中指出3D打印技術(shù)對(duì)教學(xué)和學(xué)習(xí)有很大的潛在價(jià)值[14]。3D打印技術(shù)將無(wú)形的思想與設(shè)計(jì)有形化，通過(guò)提供觀摩與探究、演示與構(gòu)建、創(chuàng)造與制造等技術(shù)支持，為學(xué)生搭建一個(gè)知識(shí)運(yùn)用空間，創(chuàng)造一個(gè)體驗(yàn)式學(xué)習(xí)中心，充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)活動(dòng)主體性的原則，有助于培養(yǎng)并發(fā)展學(xué)生的成功智力，即分析性智力、實(shí)踐性智力和創(chuàng)新性智力。

3D打印技術(shù)在英國(guó)中小學(xué)學(xué)科教學(xué)中取得比較明顯的應(yīng)用成果，并且由此總結(jié)了相應(yīng)的學(xué)科教學(xué)應(yīng)用模式，不僅開(kāi)啟3D打印技術(shù)促進(jìn)教與學(xué)的探索，而且有望為其他國(guó)家或地區(qū)的學(xué)校引入該技術(shù)提供成功的案例和有價(jià)值的指引。但從項(xiàng)目試點(diǎn)學(xué)校反饋中可以發(fā)現(xiàn)在實(shí)踐過(guò)程中存在一些問(wèn)題，比如打印復(fù)雜模型時(shí)耗時(shí)、耗力的問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)軟件與打印機(jī)接口契合的問(wèn)題，教師和學(xué)生熟練使用3D打印機(jī)的問(wèn)題等。如何將3D打印技術(shù)恰當(dāng)有效地應(yīng)用到學(xué)科教育中以優(yōu)化教與學(xué)活動(dòng)過(guò)程，提升教學(xué)質(zhì)量，仍然是教育研究者值得探索的問(wèn)題。

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第五篇：FLASH 3D技術(shù)在高中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

【摘 要】概述flash 3d技術(shù)，闡述flash 3d技術(shù)在高中化學(xué)教學(xué)中的六點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：擁有更加完美的三維表現(xiàn)能力；擁有更強(qiáng)的交互能力；運(yùn)用flash 3d進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)可以彌補(bǔ)學(xué)校教學(xué)硬件設(shè)施的不足；構(gòu)建較為完善的知識(shí)體系，提升化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)效果；動(dòng)畫虛擬模型構(gòu)建化學(xué)內(nèi)部世界，使得化學(xué)知識(shí)更加形象、生動(dòng)；細(xì)化化學(xué)教學(xué)過(guò)程，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

【關(guān)鍵詞】高中化學(xué) flash技術(shù) 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

【中圖分類號(hào)】g 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】a

【文章編號(hào)】0450-9889（2016）05b-0145-02

隨著flash技術(shù)的快速發(fā)展，其情境性、流動(dòng)性和綜合性方面的優(yōu)勢(shì)也逐漸滲透到各行各業(yè)中，研制出了適應(yīng)不同行業(yè)發(fā)展環(huán)境的應(yīng)用平臺(tái)，而教育教學(xué)領(lǐng)域無(wú)疑成為其重要的應(yīng)用方向之一。在教育教學(xué)領(lǐng)域中，flash技術(shù)可以將多樣化的知識(shí)轉(zhuǎn)化成為立體、形象、豐富的學(xué)習(xí)資源，從而形成具體化、形象化的教學(xué)單元；也可以結(jié)合多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬技術(shù)等構(gòu)建一個(gè)十分生動(dòng)、形象、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、積極性和主動(dòng)性，提升學(xué)習(xí)效能。在高中教育教學(xué)體系中，化學(xué)課程教學(xué)扮演著十分重要的角色，對(duì)學(xué)生綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)、綜合能力的提升和化學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)等方面發(fā)揮著十分積極的作用。然而，目前的高中化學(xué)教學(xué)的價(jià)值與意義并沒(méi)有充分地得到發(fā)揮出來(lái)。由于化學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)缺乏必要的情境、思想指導(dǎo)、教學(xué)輔助，使得學(xué)生對(duì)這一學(xué)科的關(guān)注度和注意力較低。為了更徹底地改變這一教學(xué)現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)高中化學(xué)教學(xué)效能的全面提升，筆者試圖引入更為先進(jìn)的有個(gè)性化和多樣的教學(xué)技術(shù)手段，把它與高中化學(xué)教學(xué)資源進(jìn)行有效融合，形成動(dòng)態(tài)化的教學(xué)資源平臺(tái)，使得高中化學(xué)可以更好地走入高中學(xué)生的內(nèi)心深處。

一、flash 3d技術(shù)概述

flash 3d是一種可以運(yùn)用flash player播放器進(jìn)行視頻播放并可以應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)三維技術(shù)，在最近幾年發(fā)展特別迅速。flash 3d技術(shù)融合了3d技術(shù)與flash平臺(tái)，也繼承了這兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。最早進(jìn)行flash 3d技術(shù)探索的是德國(guó)andre.michelle，他被稱為flash圖形大師，他的研究對(duì)象是虛擬實(shí)境，將三維虛擬實(shí)景技術(shù)應(yīng)用于flash中，由此使得flash的發(fā)展跨上了一個(gè)新的臺(tái)階，同時(shí)對(duì)三維技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用起到了很大的促進(jìn)作用。

相關(guān)調(diào)查表明，全球計(jì)算機(jī)用戶中有超過(guò)80%的用戶在其瀏覽器中安裝了flash player插件。從這一調(diào)查中可以看出，flash player的受眾非常廣泛。flash player在進(jìn)行三維動(dòng)畫播放時(shí)并不需要安裝插件，這增強(qiáng)了使用的便利性。flash和三維技術(shù)相比各有各的優(yōu)勢(shì)，如三維動(dòng)畫具有非常強(qiáng)大的媒體表現(xiàn)力，而flash具備了非常強(qiáng)大的圖形處理能力、動(dòng)畫處理能力、交互能力。為了將flash技術(shù)和三維技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)完美地融合在一起，很多動(dòng)畫愛(ài)好者開(kāi)始研究將三維技術(shù)應(yīng)用于flash。

二、高中化學(xué)教學(xué)中flash技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（一）擁有更加完美的三維表現(xiàn)能力

應(yīng)用flash 3d技術(shù)進(jìn)行化學(xué)教學(xué)可以對(duì)事物的本質(zhì)和規(guī)律進(jìn)行更加形象的展示，可以讓學(xué)生更好地對(duì)極具抽象性的概念及理論進(jìn)行理解和掌握。如在化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)現(xiàn)象的教學(xué)中，很多內(nèi)容都是無(wú)法用語(yǔ)言準(zhǔn)確表達(dá)的，運(yùn)用傳統(tǒng)的多媒體技術(shù)也無(wú)法展示，但是如果運(yùn)用flash 3d技術(shù)進(jìn)行教學(xué)課件的制作，運(yùn)用動(dòng)畫及三維結(jié)構(gòu)就可以很形象地將這些知識(shí)展現(xiàn)出來(lái)。因此flash 3d在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用不但可以解決教學(xué)中的很多難題，而且能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，對(duì)于教學(xué)效果的提升具有非常重要的作用和意義。

（二）擁有更強(qiáng)的交互能力

falsh 3d技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)不是很難掌握，學(xué)生可以比較快地學(xué)會(huì)運(yùn)用這種技術(shù)。因此可以讓學(xué)生參與到基于falsh 3d的化學(xué)教學(xué)課件制作中，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握，激發(fā)學(xué)生的求知欲，讓學(xué)生更加樂(lè)于學(xué)習(xí)，提高教學(xué)效果，同時(shí)對(duì)學(xué)生操作能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也有很大的幫助。

（三）運(yùn)用flash 3d進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)可以彌補(bǔ)學(xué)校教學(xué)硬件設(shè)施的不足

目前學(xué)校普遍存在教學(xué)資源不足的問(wèn)題，學(xué)校的教學(xué)設(shè)施和實(shí)驗(yàn)設(shè)備短缺比較嚴(yán)重，這就使得在化學(xué)教學(xué)因?yàn)樵O(shè)備的缺乏而無(wú)法進(jìn)行教學(xué)演示。運(yùn)用flash 3d技術(shù)可以模擬出很多的化學(xué)實(shí)踐應(yīng)用場(chǎng)景，在沒(méi)有化學(xué)實(shí)踐應(yīng)用設(shè)備的情況下，教師可以通過(guò)電腦進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，學(xué)生也可以通過(guò)電腦進(jìn)行模擬試驗(yàn)，掌握實(shí)驗(yàn)步驟、注意事項(xiàng)，取得實(shí)驗(yàn)結(jié)果等知識(shí)。

（四）構(gòu)建較為完善的知識(shí)體系，提升化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)效果

基礎(chǔ)知識(shí)體系教學(xué)模塊中的內(nèi)容都是“化學(xué)基礎(chǔ)”中的重點(diǎn)，這一模塊主要使用圖片展示和文字?jǐn)⑹龅姆椒ㄟM(jìn)行教學(xué)。但是也有一些抽象性的概念以及高難度的化學(xué)知識(shí)，會(huì)給學(xué)生的理解和掌握增加了難度，如果單純使用文字和圖片進(jìn)行教學(xué)很難獲得良好的效果。因此可以運(yùn)用flash 3d將這個(gè)模塊的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，構(gòu)建虛擬模型教學(xué)模塊，更直觀地為學(xué)生展示較為完善的知識(shí)體系。但需要注意的是，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要遵循一定的設(shè)計(jì)原則，導(dǎo)航要清晰，主題要鮮明。也就是說(shuō)，在基礎(chǔ)知識(shí)體系教學(xué)模塊設(shè)計(jì)中，要充分利用人的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，處理好各部分內(nèi)容的層級(jí)關(guān)系，合理安排各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)順序。當(dāng)上到這些課時(shí)，教師就可以向?qū)W生提供交互按鈕，讓學(xué)生通過(guò)按鈕進(jìn)入動(dòng)畫及虛擬模型教學(xué)模塊進(jìn)行學(xué)習(xí)。這個(gè)虛擬模塊內(nèi)的動(dòng)畫及虛擬模型直觀地向?qū)W生展示抽象性的概念以及化學(xué)結(jié)構(gòu)，更好地幫助學(xué)生理解，提升化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)效果。

（五）動(dòng)畫虛擬模型構(gòu)建化學(xué)內(nèi)部世界，使得化學(xué)知識(shí)更加形象、生動(dòng)

動(dòng)畫及虛擬模型教學(xué)是運(yùn)用三維結(jié)構(gòu)模型來(lái)展示化學(xué)結(jié)構(gòu)，利用這個(gè)技術(shù)開(kāi)發(fā)教學(xué)資源，建立動(dòng)畫及虛擬模型教學(xué)模塊。這個(gè)模塊主要用于那些難以用語(yǔ)言或者其他傳統(tǒng)媒體進(jìn)行教學(xué)的部分，如裂變反應(yīng)、化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)、還原反應(yīng)等。學(xué)生可以用鼠標(biāo)對(duì)模塊中的虛擬模型進(jìn)行操作實(shí)現(xiàn)全方位的學(xué)習(xí)，也可以通過(guò)反復(fù)播放虛擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程來(lái)加強(qiáng)記憶，還可以通過(guò)拖拽化學(xué)要素并結(jié)合相關(guān)的化學(xué)架構(gòu)來(lái)加深對(duì)化學(xué)構(gòu)成、組成的理解。動(dòng)畫及虛擬模型教學(xué)模塊可以應(yīng)用于課堂教學(xué)，也可以用于自主學(xué)習(xí)。

（六）細(xì)化化學(xué)教學(xué)過(guò)程，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率

在教學(xué)實(shí)踐中可以發(fā)現(xiàn)，很多化學(xué)實(shí)驗(yàn)十分復(fù)雜、難度較大，教師往往要經(jīng)過(guò)多次的演示和講解才能讓學(xué)生掌握。教師可采用視頻或者圖片的方式將化學(xué)實(shí)驗(yàn)素材選擇與組裝制作成課件，配以詳細(xì)的講解，通過(guò)反復(fù)播放課件進(jìn)行教學(xué)。但是這種方法存在一定的不足，如視頻課件播放較慢，圖片課件展示不夠連貫，同時(shí)也沒(méi)有講解配音等。但如果利用flash 3d技術(shù)制作成動(dòng)畫實(shí)驗(yàn)就可以彌補(bǔ)這些不足，動(dòng)畫實(shí)驗(yàn)播放要比視頻課件快，同時(shí)也更直觀地展示化學(xué)知識(shí)，對(duì)學(xué)生更具有吸引力，更好地提升教學(xué)效率。動(dòng)畫實(shí)驗(yàn)最大的作用不是對(duì)實(shí)驗(yàn)氛圍的優(yōu)化，其主要作用是對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)展示，對(duì)學(xué)生掌握形象化的化學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)具有非常重要的作用。

可見(jiàn)，高中化學(xué)教學(xué)中的flash技術(shù)應(yīng)用是一個(gè)系統(tǒng)化的教學(xué)過(guò)程，進(jìn)行信息技術(shù)與高中化學(xué)教育整合的實(shí)踐嘗試，可拓展高中生化學(xué)學(xué)習(xí)視野，提供豐富信息化的化學(xué)資源，改變教學(xué)方式，提升教學(xué)效能。由于flash 3d技術(shù)具有更多的教學(xué)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用范圍，在當(dāng)前教育教學(xué)實(shí)際和教育信息化的背景下，其與化學(xué)教學(xué)實(shí)踐的融合是極具現(xiàn)實(shí)意義的。