中小学开设3D打印课程的意义

文 丁 焱

(丁焱，本科，小教高级，信息中心主任，江苏省南京市马府街小学， 210001)

一、什么是3D打印

3D打印，即快速成型技术的一种，它被喻为是第三次工业革命的核心技术之一，是一种以数字模型文件为基础，运用PAL、ABS或粉末、金属、塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的，常用于模具制造、工业设计等领域的模型制造，后逐渐用于一些产品的直接制造，目前已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工、汽车、航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

3D打印技术在教育领域有多种应用方式(如图1所示)：

图1

二、3D打印课程对学生的影响

首先3D打印技术可以给学生的“学习方式”带来新的思考，让抽象的教学概念更加容易理解，可以激发学生对科学、数学尤其是工程和设计创意的兴趣，带来实践与理论、知识与思维、现实与未来三方面的相互结合。具体表现为：(1)通过3D打印，让学生的想象更容易变成现实，培养学生的创新意识，鼓励学生的创新实践。(2)学习运用简易建模软件，发展学生立体空间思维。(3)通过3D打印实体的触觉过程，为学生建立一种新型的学习通道。(4)选择贴近生活的建模主题，培养学生解决生活实际问题的能力。

三、3D打印与中小学教育的结合

美国总统奥巴马在2013年国情咨文中多次强调3D打印技术的重要性，并称将再投资三个制造业中心，以推动这些新技术产业的发展。美国几乎所有的大中小学都开设了3D打印课程，培养青少年的创新意识和应用技能。

2013年8月，习近平同志在考察3D打印企业时指出，这个技术很重要，要抓紧产业化。

在香港，因为被学校的“迷你版”3D打印机所吸引，陈南昌纪念中学师生利用网上软件绘图、构思及设计各种“得意”立体图形，整个制作过程为他们带来无穷乐趣。学生季铭谦直言：“如果无3D打印机(制作产品)，我们不会开软件绘图。”

在南京，马府街小学已经开始了充满创意的神奇课堂。学生们利用建模软件设计飞机、课桌椅，再利用3D打印机打印出立体模型。秦淮区率先在南京开展3D打印技术在教学中的应用研究，成立研究团队，建立了秦淮区“3D打印数字坊”，研究基地设在马府街小学。

在青岛，3D打印机进校园推广培训在李沧区启动，按照计划，岛城每个区市都将建立中小学3D打印实践中心。为培养中小学生的创新能力，青岛将分三个阶段推进3D打印进校园活动，每个打印实践中心将配备20台3D打印机，每半年举行一次优秀学生作品评选及拍卖活动。

在上海，2013年9月，项目组进入和田路小学，与一线教师共同开发3D打印课程，并在四年级、五年级实施了一个学期。学生们展现出非凡的创造能力，正在打通想象—虚拟—实体三者之间的鸿沟，正在感知和拥有未来工业革命的关键因素。

在武汉，武汉市第四十九中学拥有全市第一个3D打印实验室。实验室旨在为学校创新兴趣小组的学生们提供学习、动手的平台，让他们了解最新的3D打印科研技术。

在宁波，泰河中学为了进一步激发学生创造发明的热情，开设了基于3D打印的“设计大师”课程。该课程的开设将为学生今后步入高校学习工业设计和计算机应用类专业做好铺垫。目前这门课程已入选第三批宁波市普通高中精品选修课程。

在南通，江苏省海安高级中学引进了著名的桌面3D打印机Makerbot Replicator 2，在校科学社团开展3D打印技术科普教育，学生热情高涨、惊奇不已。随着社团活动的不断深入，优秀的学生设计作品不断呈现。

在淄博，临淄区太公小学的科技课上，学生们用3D打印机打印出了立体花瓶。目前，临淄区正在推广“3D进课堂”，已确定首批13所特色学校试点，编制完成了相关教材，并对全区科技辅导员进行了培训，助推这项新技术在全市中小学的推广普及。

四、马府街小学3D打印研究掠影

目前在我校的信息技术课堂上，教师用生动通俗的语言介绍3D打印技术，让全体学生了解新技术，参与新实践。学校在五、六年级开设了3D打印与建模课程，教学生一些简单建模软件的操作。一开始让学生临摹一些东西，然后学生可以通过自己的创意，结合这个软件，创造出自己想要的作品。在每周三下午都会组织学生参加3D打印社团活动，帮助学生们将创意变为现实，学生的创意思维得到发展，动手动脑能力也得到提高。学校还经常对外展示3D打印与建模研究课程，并定期给市区其他中小学教师做培训与讲座，传授3D打印建模软件的技术，交流学科整合的经验。

图2 3D打印与各学科(音乐、科学等)课程的整合

在以信息技术学科教学普及3D技术的基础上，以校本特色航模为主题开展实际操作，成为我校系统开展3D研究的第二个重要环节。学生们先自己在图纸上设计出不同的飞机机翼和框架结构，再用3D建模软件建模并打印出来，安装在飞机上进行飞行对比测试，大大提高了科学数据的准确性和对比性，同时也激发了学生的创新思维能力。

图3 3D打印与校本航模特色活动整合

五、马府街小学部分3D打印创意作品

图4 学生设计的手机架和iPad架

图5 学生设计的小房子

图6 学生在科学课上设计的远古时代各类恐龙骨架

六、结束语

3D打印对中小学生的影响并不仅仅在于让学生学习建模软件从而变成一个制造工，就3D打印机和建模来说，那只是一台机器或是一个工具软件。我们更想把学生培养成有思想、有创意的设计者与思考者，让学生完成一个探索、思考和操作实现的完整过程，为学生开辟一种全新的思维通道。