技术是驱动教育创新的引擎

徐德亮

3D打印技术能为教育带来什么？以往教学中，孩子们有什么想法，只能说，或者用纸画，但是现在设计出来的图形都能通过3D打印技术打印成实物，能够大大调动孩子们的创新积极性和动手能力。3D打印进校园使得学生在创新能力和动手实践能力上得到培养，使学生的创意、想象变为现实，变课堂上的被动记忆为课内外的主动探索，从而实现学校培养方式的变革。3D打印技术引导学生观察生活，培养学生发现和解决实际问题的能力，成为创新的一代。

3D打印技术是智慧课堂多媒体技术的延伸。目前在基础教育领域，3D打印技术的应用还是一个崭新的领域。教师应在平时关注教育的发展和新技术的研究兴趣引导，要让学生在求知欲望和创造热情最旺盛的时候，站在科技发展的前沿，立意超前，起点要高，追求新发展。一方面，致力于3D打印技术与教学融合的探索与实践，其中包括学生创新意识和实践能力的培养，发展学生立体空间思维；另一方面，课程教学分析结合课程实践经验、简易建模软件的学习，在培养孩子创造力上不可小觑。

探究学习为课堂增添活力，让学生脑洞大开

3D打印技术应用于教育，为教师的“教”与学生的“学”提供了新思想，是智慧与科技相融合最佳路径。对孩子们来说，只有他们感兴趣的东西他们才会关注。比如在数学课堂上，教师可以利用3D打印机轻松简单地构建立体几何体并打印出实体，将数学定理的推理演示过程更加直接地呈现给学生。促进学生从形象的实物、过程演示及推理中理解并掌握数学抽象概念和知识，提升学生的立体空间感。例如，七年级数学上册《几何图形》，以往教师通过画图形、看视频等方法让学生完成对概念的理解和相互转化，效果往往不理想。3D打印技术可以将抽象复杂的立体图形实物化、教具化，分发到各组学生当中，学生置身于有趣的学习氛围中，通过3D打印实体的接触，让枯燥的课程变得生动起来，它是一种同时拥有视觉和触觉的学习方式，具有很强的诱惑力。

引领课堂教学重要趋势，提升学生的学习主动性

英国著名教师戴夫怀特说过：如果你能抓住学生的想象力，你就抓住了他们的注意力。3D打印是小学生能看懂、能设计、能实践的技术，教师们更是有信心开展更多的学科课程教学尝试。

1. 美术学科

利用建模软件如“草图大师”“3D”等进行建模设计，掌握基本的方法就可以带孩子们上课了。好奇心和求知欲让课堂学习变得生动、有趣，孩子们的心灵与视野更加开阔。3D打印是电脑绘画的延伸，例如，在小学五年级美术教学《元宵节里挂彩灯》一课中，这样的美术课和常规的笔纸上课不同，教师不是在一个平面上画灯笼，而是辅导学生在软件中制作灯笼模型。学生通过操作软件，用3D打印机打印出来模型，再用颜料上色。这样课堂的趣味性加大了，同时学生的动手动脑能力也得到了锻炼，学生的审美与视野更开阔。

2. 语文学科

基于对3D打印技术功能特性与语文学科教学目标、特点及难点的关联与分析，我发现3D打印技术可以通过演示和协同构建两种方式帮助突破学科教学难点，促进教学目标的实现。例如，在教学小学四年级语文《长城》一课时，以往的教学主要靠图片的解释来导入课堂，或利用相关视频帮助学生理解长城的结构和功能。有了3D打印机，就能利用建模软件在电脑上把一段长城设计并打印出来。教师还可以带学生利用丙烯或油画颜料将打印成型的“长城”涂上颜色，学生通过参与该环节加深了对长城构造的直观认识。

3. 科学学科

小学科学学科可根据课堂设计，将电脑中虚拟的立体图形打印成实物。比如《地球的公转和自转》等天文知识，通过3D打印机打印出太阳、地球、月球、星星模型，并模拟实验研究变化。不同课堂上，创意来源孩子们的奇思妙想3D打印机嘴里吐出恐龙、化石、机器人“大白”等不同造型。这样带有创想的青少年从小就开始追梦，孩子们领略到3D打印的科技魅力。

4. 生物、化学等学科

在生物课上，教师可以打印出细胞、器官、生物样本，比单一图片或视频更直观。化学课上打印出分子模型，有利于学生理解化学反应过程。历史、地理、物理等课程涉及的一些还原历史的文物、器具、模型，都可以打印出来，让学生比较直观地了解。动手做和动脑思考才是重要途径，学生以完成模型构建为目标，主动学习相关知识技能，从设计原型、展示参与多个环节融入学习活动中，创作分享调动孩子的学习主动性。利用3D打印技术，教师可以设计出更多学科主题学习活动，采用游戏、竞赛等能够激发学生学习积极性的手段，促进学生主动学习与探究。

技术融入教师教育 未来课堂与技术在一起

再完美的课程设计也需要教师去落实。从“传授者”到“学习者”，教师的角色也正在发生改变。3D打印技术人才稀缺在教育培训领域进一步凸显。3D打印机是一种教具，用于开拓青少年思维，而不是玩具。如何让3D打印技术真正进课堂并落地？在我看来，学校应把教师数字化素养作为必要的职业标准，教师不仅是学生学习的促进者和帮助者，也是新型科学技术的吸收者。

1. 软件基础

尽量选择容易上手的建模软件，比如免费的Sketchhup（草图大师）。有一定基础后，建议尝试用中文版3D或MAYA建模软件，在设计出复杂的和精度上更理想的模型。该类文件在打印输出时导出.stl格式，然后在导入第二层软件进行切片联机打印，通常3D打印机支撑生成.G格式。

2. 自适应学习技术

如今以教师为主体的单一灌输方式已经不适应我国基础教育领域新一轮课程改革推行与实施的需要，现在亟需从“以学科为中心”向“以学习者为中心”转变。学校推出“3D打印实验班”，选出有计算机和设计特长的教师，通过集中培训、脱产研修等形式，让他们尽快胜任项目辅导和培训，并成为该项目的“带头人”。通过学科渗透和开展创新课程等活动推行，如小组合作学习、探讨式教学、互动式教学，带动一批教师成长。

3. 借助网络平台建立模型资源库

基于设计的课堂活动，可以在学生学习内容的同时开展技术学习，通过设计、项目探究、创造、分享等手段，充分运用网络免费的教学平台参与学习。很多网络提供模型资源免费下载，可直接用于切片打印，这有助于入门打印操作学习。教育工作者同时要尊重每位学生的需求，尤其是在他们最有创造力的时候，让他们去实践、经历、思考。

构建跨领域链接，让学生持续学习

为帮助中小学尽快引入科技教育领域的新知识，真正做到目标实现与解决方案的融合，这就需要我们将实际生活中的实例引入课堂，进行打印课程的实验性应用。3D打印机之所以能够打印出各种立体作品，首先还得看设计，软硬件都要给力。教学生一些软件的操作知识，从最初的设计建模，到装料、操作打印，直至后面的打印成型、上色，可以考虑让学生临摹一些东西，逐渐形成老师引导辅助工作，设计完全出自孩子之手，然后小组内展示交流。学生可以通过自己的创意，组成社团、实训队，涉足这一高科技领域。

美国麻省理工学院土木与环境工程系副教授Pedro Reis说，无论是个人独立还是全体合作，3D打印技术在开启人类创造力上的优势是不可小觑的。在教学中为了弥补模仿训练不足，教师除采用学生感兴趣的方法，还要方便学生迁移应用，促进学生自主学习。基于对3D打印技术本身特性的把握，我发现该技术可以作为动力激发工具和支持创新设计的技术工具，应用到课堂教学活动中，培养跨学科的知识综合应用能力。师生们对加快创新能力的培养显得十分迫切。随着3D打印技术迅速发展和大规模进入中小学课堂，中小学3D新科技时代将全面开启。3D打印技术与教育的结合，关系着科技创新以及综合性教育。希望3D打印技术引入课堂能给学生带来创造的成就感，架起孩子们现在和未来的桥梁。

（作者单位：黑龙江克山教育局信息中心）

参考文献

李青，王青.3D打印：一种新兴的学习技术[J].远程教育杂志，2013.

信息化2013地平线报告（高等教育版）[J].北京广播电视大学学报，2013（2）：7-29.