中小學(xué)開設(shè)3D打印課程的意義

文 丁 焱

(丁焱，本科，小教高級(jí)，信息中心主任，江蘇省南京市馬府街小學(xué)， 210001)

一、什么是3D打印

3D打印，即快速成型技術(shù)的一種，它被喻為是第三次工業(yè)革命的核心技術(shù)之一，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用PAL、ABS或粉末、金屬、塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。

3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，常用于模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的模型制造，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，目前已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工、汽車、航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

3D打印技術(shù)在教育領(lǐng)域有多種應(yīng)用方式(如圖1所示)：

圖1

二、3D打印課程對(duì)學(xué)生的影響

首先3D打印技術(shù)可以給學(xué)生的“學(xué)習(xí)方式”帶來新的思考，讓抽象的教學(xué)概念更加容易理解，可以激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)、數(shù)學(xué)尤其是工程和設(shè)計(jì)創(chuàng)意的興趣，帶來實(shí)踐與理論、知識(shí)與思維、現(xiàn)實(shí)與未來三方面的相互結(jié)合。具體表現(xiàn)為：(1)通過3D打印，讓學(xué)生的想象更容易變成現(xiàn)實(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐。(2)學(xué)習(xí)運(yùn)用簡(jiǎn)易建模軟件，發(fā)展學(xué)生立體空間思維。(3)通過3D打印實(shí)體的觸覺過程，為學(xué)生建立一種新型的學(xué)習(xí)通道。(4)選擇貼近生活的建模主題，培養(yǎng)學(xué)生解決生活實(shí)際問題的能力。

三、3D打印與中小學(xué)教育的結(jié)合

美國總統(tǒng)奧巴馬在2013年國情咨文中多次強(qiáng)調(diào)3D打印技術(shù)的重要性，并稱將再投資三個(gè)制造業(yè)中心，以推動(dòng)這些新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。美國幾乎所有的大中小學(xué)都開設(shè)了3D打印課程，培養(yǎng)青少年的創(chuàng)新意識(shí)和應(yīng)用技能。

2013年8月，習(xí)近平同志在考察3D打印企業(yè)時(shí)指出，這個(gè)技術(shù)很重要，要抓緊產(chǎn)業(yè)化。

在香港，因?yàn)楸粚W(xué)校的“迷你版”3D打印機(jī)所吸引，陳南昌紀(jì)念中學(xué)師生利用網(wǎng)上軟件繪圖、構(gòu)思及設(shè)計(jì)各種“得意”立體圖形，整個(gè)制作過程為他們帶來無窮樂趣。學(xué)生季銘謙直言：“如果無3D打印機(jī)(制作產(chǎn)品)，我們不會(huì)開軟件繪圖?！?/p>

在南京，馬府街小學(xué)已經(jīng)開始了充滿創(chuàng)意的神奇課堂。學(xué)生們利用建模軟件設(shè)計(jì)飛機(jī)、課桌椅，再利用3D打印機(jī)打印出立體模型。秦淮區(qū)率先在南京開展3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用研究，成立研究團(tuán)隊(duì)，建立了秦淮區(qū)“3D打印數(shù)字坊”，研究基地設(shè)在馬府街小學(xué)。

在青島，3D打印機(jī)進(jìn)校園推廣培訓(xùn)在李滄區(qū)啟動(dòng)，按照計(jì)劃，島城每個(gè)區(qū)市都將建立中小學(xué)3D打印實(shí)踐中心。為培養(yǎng)中小學(xué)生的創(chuàng)新能力，青島將分三個(gè)階段推進(jìn)3D打印進(jìn)校園活動(dòng)，每個(gè)打印實(shí)踐中心將配備20臺(tái)3D打印機(jī)，每半年舉行一次優(yōu)秀學(xué)生作品評(píng)選及拍賣活動(dòng)。

在上海，2013年9月，項(xiàng)目組進(jìn)入和田路小學(xué)，與一線教師共同開發(fā)3D打印課程，并在四年級(jí)、五年級(jí)實(shí)施了一個(gè)學(xué)期。學(xué)生們展現(xiàn)出非凡的創(chuàng)造能力，正在打通想象—虛擬—實(shí)體三者之間的鴻溝，正在感知和擁有未來工業(yè)革命的關(guān)鍵因素。

在武漢，武漢市第四十九中學(xué)擁有全市第一個(gè)3D打印實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室旨在為學(xué)校創(chuàng)新興趣小組的學(xué)生們提供學(xué)習(xí)、動(dòng)手的平臺(tái)，讓他們了解最新的3D打印科研技術(shù)。

在寧波，泰河中學(xué)為了進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造發(fā)明的熱情，開設(shè)了基于3D打印的“設(shè)計(jì)大師”課程。該課程的開設(shè)將為學(xué)生今后步入高校學(xué)習(xí)工業(yè)設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用類專業(yè)做好鋪墊。目前這門課程已入選第三批寧波市普通高中精品選修課程。

在南通，江蘇省海安高級(jí)中學(xué)引進(jìn)了著名的桌面3D打印機(jī)Makerbot Replicator 2，在?？茖W(xué)社團(tuán)開展3D打印技術(shù)科普教育，學(xué)生熱情高漲、驚奇不已。隨著社團(tuán)活動(dòng)的不斷深入，優(yōu)秀的學(xué)生設(shè)計(jì)作品不斷呈現(xiàn)。

在淄博，臨淄區(qū)太公小學(xué)的科技課上，學(xué)生們用3D打印機(jī)打印出了立體花瓶。目前，臨淄區(qū)正在推廣“3D進(jìn)課堂”，已確定首批13所特色學(xué)校試點(diǎn)，編制完成了相關(guān)教材，并對(duì)全區(qū)科技輔導(dǎo)員進(jìn)行了培訓(xùn)，助推這項(xiàng)新技術(shù)在全市中小學(xué)的推廣普及。

四、馬府街小學(xué)3D打印研究掠影

目前在我校的信息技術(shù)課堂上，教師用生動(dòng)通俗的語言介紹3D打印技術(shù)，讓全體學(xué)生了解新技術(shù)，參與新實(shí)踐。學(xué)校在五、六年級(jí)開設(shè)了3D打印與建模課程，教學(xué)生一些簡(jiǎn)單建模軟件的操作。一開始讓學(xué)生臨摹一些東西，然后學(xué)生可以通過自己的創(chuàng)意，結(jié)合這個(gè)軟件，創(chuàng)造出自己想要的作品。在每周三下午都會(huì)組織學(xué)生參加3D打印社團(tuán)活動(dòng)，幫助學(xué)生們將創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，學(xué)生的創(chuàng)意思維得到發(fā)展，動(dòng)手動(dòng)腦能力也得到提高。學(xué)校還經(jīng)常對(duì)外展示3D打印與建模研究課程，并定期給市區(qū)其他中小學(xué)教師做培訓(xùn)與講座，傳授3D打印建模軟件的技術(shù)，交流學(xué)科整合的經(jīng)驗(yàn)。

圖2 3D打印與各學(xué)科(音樂、科學(xué)等)課程的整合

在以信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)普及3D技術(shù)的基礎(chǔ)上，以校本特色航模為主題開展實(shí)際操作，成為我校系統(tǒng)開展3D研究的第二個(gè)重要環(huán)節(jié)。學(xué)生們先自己在圖紙上設(shè)計(jì)出不同的飛機(jī)機(jī)翼和框架結(jié)構(gòu)，再用3D建模軟件建模并打印出來，安裝在飛機(jī)上進(jìn)行飛行對(duì)比測(cè)試，大大提高了科學(xué)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和對(duì)比性，同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

圖3 3D打印與校本航模特色活動(dòng)整合

五、馬府街小學(xué)部分3D打印創(chuàng)意作品

圖4 學(xué)生設(shè)計(jì)的手機(jī)架和iPad架

圖5 學(xué)生設(shè)計(jì)的小房子

圖6 學(xué)生在科學(xué)課上設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)古時(shí)代各類恐龍骨架

六、結(jié)束語

3D打印對(duì)中小學(xué)生的影響并不僅僅在于讓學(xué)生學(xué)習(xí)建模軟件從而變成一個(gè)制造工，就3D打印機(jī)和建模來說，那只是一臺(tái)機(jī)器或是一個(gè)工具軟件。我們更想把學(xué)生培養(yǎng)成有思想、有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)者與思考者，讓學(xué)生完成一個(gè)探索、思考和操作實(shí)現(xiàn)的完整過程，為學(xué)生開辟一種全新的思維通道。