3D打印技术在小学教学中的应用

刘若淼

1986年美国科学家查尔斯·胡尔发明出世界上第一台3D打印机。随后胡尔成立了世界上第一家3D打印设备公司。然而，这一技术却由于价格昂贵、不够成熟等原因并没有引起业界的重视。经过近30年的发展，3D打印技术已逐步走向成熟，且价格有所降低，开始风靡全球。2013年《地平线报告》的基础教育版，首次将3D打印的教育应用列入了“待普及”的新技术清单。3D打印技术越来越受到教育界的关注。

一、小学阶段开设相关课程的价值与意义

素质拓展课程是传统课堂教学的必要补充，是全面推进素质教育的有效途径，它注重个性塑造和创新能力的培养，旨在开拓学生视野和提升学生设计和动手的能力。随着各地教育教学水平和科学技术水平的发展，越来越多“新鲜”课程走进中小学素质拓展课堂。

小学阶段的学习是学生成长和成才的基础，对学生今后的发展方向起到引领作用。3D打印作为二十一世纪的朝阳产业，理应在人群中推广。“3D打印教育”由高等教育特定领域向基础教育普通课堂过渡，逐渐推向中小学课堂是其发展的必然趋势。目前，国内外对3D打印技术的教学应用处于起步阶段，还需不断摸索。可以明确的是，3D打印可以把新技术和创造性学习联系到一起，让学生体验新技术带来的巨大能量的同时，在项目探究中体会创新的乐趣。

二、3D打印技术在小学的教学内容

1. 3D打印的定义

3D打印是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的快速成型技术，它是一种增材制造技术。

2. 3D打印的应用领域

与传统的减材制造相比，3D打印技术摆脱了模型复杂程度的束缚，实现了完全数字化，降低了制造的难度，提高了制造的速度。近年来，3D打印被越来越多地应用于各个领域，如创业产业领域、制造业领域、航空航天领域、文物保护领域、医疗卫生领域等。

3. 3D打印机

在小学教学中，我们主要使用了HOFI-X1 3D打印机。HOFI-X1 3D打印机是基于熔丝沉积制造（FDM）原理的3D打印设备，它与台式电脑或笔记本电脑通过USB电缆连接就可以打印出三维实体模型。3D打印的方式是逐层打印，每一个层都在上一层上堆积而成，上一层起到支撑的作用。随着打印时长的推移，3D打印作品逐步完成。学生可以清晰地看到打印的整个过程。这种设备结构一目了然，机器坚固耐用，性能稳定十分适用于小学教学。

4.制图软件介绍

Sketchup使用简便，学生可以快速上手，是一个极受欢迎的三维设计软件，它就像“铅笔”一样，可以画出理想的图形。TinkerCAD是一个基于浏览器的3D建模平台，没有软件安装条件的学生可以选择这个绘图方式。UG NX可以用于绘制二维和三维图形，是一款专业级的制图软件，多用于工程制图，功能强大，学生学习基本操作也不难上手。AutoCAD是一款计算机辅助设计软件，同样可以用于二维制图和基本三维设计，使用无需懂得程序设计，即可自动制图，因此它可以用于土木建筑、装饰装潢、工业制图、工程制图、电子工业、服装加工等多个领域。

5.三维扫描仪

三维扫描仪可以扫描出静态或者动态物体，由于三维扫描仪的扫描范围有限，因此需要变换扫描仪与物体的相对位置或将物体放置于电动转盘上，在光线充足的条件下经过多次扫描以拼凑物体的完整模型。三维扫描出的模型可以直接导入到3D打印机，并打印出来。

6.沙盘制作

学习了三维制图和打印机的使用后，学生已经具备自己设计制作简单模型的能力，他们不再满足于制作个人的小物品。给学生分组，以团队的形式分工合作制作沙盘，让他们在合作中真正实现自主创意、自主管理、自主学习，通力合作。学生自主创意的作品有颇具天津特色的天塔湖公园等。

三、结语

3D打印技术的原理、电脑制图是本课程的难点。小学生学起来还是需要一定时间，需要教师耐心教授。创意设计和模型制作是本课程的重点，教师应引导学生，并随时对他们提出的问题给予指点和反馈。3D打印技术在小学是一门全新的课程，教学没有经验可循，教师可通过总结归纳的方式，把学生提问的知识点转化为系统的知识结构。

素质拓展课程是激发学生兴趣和培养小学生动手能力的重要途径，这一阶段的学习对其终身发展起着至关重要的作用，值得重视。如今，3D打印的风暴已经波及全球，让学生接触并学习3D打印技术对于我国的科技发展具有战略性意义。

参考文献：

[1]兀旦晖，赵晨飞.3D打印技术在教学中的应用研究[J].教学信息，2013.

[2]童宇阳.3D打印技术在中小学教学中的应用研究[J].现代教育技术，2013.