浅谈3D打印笔在中学学科教学中的应用

2017-12-28 07:04陈利王佑汉房娜艳��
考试周刊 2017年51期
关键词:打印机立体经验

陈利+王佑汉+房娜艳��

摘要:3D打印技术已经在工业、医学、建筑、军事等诸多领域得到了广泛利用,但在教育领域,特别是基础教育领域应用还不多见。本文在介绍3D打印笔的基础上,以“经验之塔”理论和“教学做合一”理论为指导思想,探讨了3D打印笔在数学、化学、地理学科教学中的应用。

关键词:3D打印笔;学科教学;中学

一、 3D打印笔简介

3D打印笔的外形就像一支大号钢笔,其工作原理是通过挤压出特定的耗材,然后在三维空间依次分层涂抹形成三维物体。现如今的3D打印笔绝大多数为熔融挤出式3D打印笔,其内部结构十分简单,主要就是由挤出头(负责将打印材料挤出)、控制马达(调整出料转速),还有温控(负责将材料融化)组成。熔融挤出式3D打印笔是将ABS或者PLA塑料线材在笔内加热融化后再挤出,依靠空气自然冷却固化成型。但熔融挤出式3D打印笔的笔尖温度很高,有被烫伤的风险;光固化式3D打印笔则是使用光敏树脂液体作为原料,在常温下就可直接挤出,利用笔头上的LED灯发出蓝光或紫外光进行固化成型。

二、 3D打印笔与3D打印机的比较优势

1. 3D打印机技术原理

3D打印机又称三维打印机,其制作过程可以划分为设计和打印两个阶段。在设计阶段,主要使用三维建模软件或扫描设备进行设计;在打印阶段,是将3D模型数据按照某一坐标轴进行逐层分切,通过读取文件中的横截面信息,对分切的每一层进行构建,然后逐层打印,再粘合起来形成一个实体的立体模型。

2. 3D打印笔与3D打印机的比较优势

3D打印笔与3D打印机相比,在推广利用上具有明显的优势:第一,3D打印笔结构简单、体积小巧,便于携带;第二,3D打印笔价格低廉,常见的3D打印笔两三百左右就能购买,使用的原料也比较便宜,比3D打印机的门槛更低;第三,3D打印笔操作系统简单易懂,且无需电脑和软件支持;第四,3D打印笔在塑形和创作上拥有更多的可能性,任何人都可以随意的去打印任何东西。随着3D打印笔的不断优化,产品会做得越来越精致、安全、稳定和高效。未来3D打印笔也必将成为最先普及的民用化3D打印技术产品。

三、 3D打印笔教学应用理论依据

1. “经验之塔”理论

1946年,美国视听教育专家埃德加·戴尔(Edgar Dale)在其所著的《教学中的视听方法》一书中提出了“经验之塔”理论。“经验之塔”将人们获得的经验分为三大类:做的经验、观察的经验和抽象的经验。将3D打印笔应用于教学过程中,可以让学生自己使用3D打印筆构想、打印物体以获得有目的的直接经验和设计经验,也可以是教师将抽象的知识通过3D打印笔进行可视化演示展现,以帮助学生将“做的经验”、“观察的经验”和“抽象的经验”三者有机结合,既拓展了学生的感觉和知觉,又使学生的思维能力得到进一步发展。

2. “教学做合一”理论

“教学做合一”是我国教育学家陶行知教育思想的精髓,强调在“做”上下功夫,在做中教,做中学,他提倡“做中学”、反对“坐中学”。将3D打印笔应用于学科教学过程中,教师可以在做中教,学生也可以在做中学,在加强了师生互动的同时,也解放了学生的双手,让他们动手操作、亲身体验。

四、 3D打印笔在教育领域的应用案例

1. 3D打印笔在中学数学教育中的应用

中学数学可以分为代数和几何,而几何当中的立体几何要求学生要有较强的空间抽象思维,这对大部分学生来说都是难点。在这部分教学内容上,以往教师多采用平面斜二测画法来画出立体几何的平面直观图,或者用架小棒、削萝卜、捏橡胶模型等方式自制一些简单的教具来帮助学生理解。但平面直观图难以让学生凭空构想出三维几何体,教具的准备又需要教师花费大量的时间和精力,且如何保证这些教具不变形、不变质也是个难题,学生在整个学习过程中的参与性也较低。往往是费力不讨好,并不能达到理想的教学效果。而使用3D打印笔时,教师只需寥寥几笔就能在空气中直接画出一个三维立体的几何图,并且可以随意的更改或添加辅助线,也可以用不同颜色来表示截面,学生一看便知长方体、圆柱体等被横切、斜切、竖切后的截面是一个什么图像。通过3D打印笔可以将数学问题形象化、可视化,不仅培养了学生的空间思维和抽象思维,也激发了学生的学习兴趣,提高了教学效率。

2. 3D打印笔在中学化学教育中的应用

在中学化学教学中,涉及了分子、原子等的结构和形状时,一般采用平面图或者实物模型来开展教学。然而平面图在反映分子等的空间结构和立体形状上效果不佳,而实物模型价格又比较贵,只能少量配备,不能完全满足教学需求。而使用3D打印笔则可以随教学需要,实时的将分子结构按比例放大并呈现出来,立体形象而直观,且单位价格便宜。

3. 3D打印笔在中学地理教育中的应用

中学地理中也有很多知识点可以利用到3D打印笔帮助教学。例如,“气压带和风带的形成”是高中地理必修一的教学重点和难点之一,课标要求学生能“绘制全球气压带、风带分布示意图,”但由于缺乏空间想象力,学生往往只能死记硬背,并不能很好地理解并绘制出示意图。利用3D打印笔,可以直接在传统的地球仪绘制三维立体的三圈环流图,而且能直观地看到高空和近地面风向的偏转,便于学生知识的掌握和空间能力的培养。

参考文献:

[1]技术宅.便携式3D解密3D打印笔[J].电脑爱好者,2015(03).

[2]沈德超,郑艳,沈家韦等.浅谈3D打印笔在建筑设计领域的应用[J].科技经济导刊,2016(32).

[3]王萍.3D打印及其教育应用初探[J].中国远程教育,2013(08).

[4]埃德加·戴尔,章伟民.经验之塔(上)[J].外语电化教学,1985(1):30-32.

[5]陶行知.陶行知全集[M].四川教育出版社,2005.endprint

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