3D打印技術(shù)在小學(xué)創(chuàng)客教育中的應(yīng)用

王敬曦

摘 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，3D打印技術(shù)進(jìn)入教育領(lǐng)域并逐漸地被人們所重視。現(xiàn)階段教育工作者已經(jīng)將3D打印技術(shù)與小學(xué)創(chuàng)客教育相互結(jié)合，形成一種新的教育模式，教育專家也通過詳細(xì)地講解這種新的教育模式，逐漸地讓教育工作者接受并進(jìn)行推廣發(fā)展。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);小學(xué);創(chuàng)客教育

3D打印技術(shù)經(jīng)過30年的發(fā)展，其技術(shù)已經(jīng)比較成熟并且為公眾所熟知，各行各業(yè)也已經(jīng)將其在實(shí)際工作中進(jìn)行了應(yīng)用，現(xiàn)在也開始應(yīng)用于創(chuàng)客教育中。通過3D打印技術(shù)，小學(xué)生可將所見到和想到的實(shí)物進(jìn)行立體建模，再用3D打印機(jī)進(jìn)行打印，把想象的物體變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)模型，這樣能直觀地將問題很好地進(jìn)行分析和解決。這一新的技術(shù)運(yùn)用于教育的過程中也開創(chuàng)了一種新的學(xué)習(xí)方式。

一、創(chuàng)客教育和3D打印技術(shù)概述

（一）創(chuàng)客教育概述

創(chuàng)客教育現(xiàn)階段還未有明確的概念表述，目前階段最為普遍的說法就是通過創(chuàng)客所具備的文化含義與國內(nèi)的教育相互融合，使學(xué)生產(chǎn)生好奇心理進(jìn)而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)生的創(chuàng)造力、動(dòng)手能力，將現(xiàn)實(shí)情境與學(xué)習(xí)方式進(jìn)行結(jié)合，以數(shù)字為基礎(chǔ)建立模型，使學(xué)生具備發(fā)現(xiàn)新問題的能力并對(duì)問題加以解決的一種新型教育方式[1]。

（二） 3D打印技術(shù)概述

3D打印技術(shù)專業(yè)化名稱為“快速成型技術(shù)”，是一種以數(shù)字為基礎(chǔ)并經(jīng)過運(yùn)算形成的模型，再使用專業(yè)的黏合性物質(zhì)，逐層進(jìn)行疊加打印形成的一種立體模型[2]。3D打印模型一般要經(jīng)過兩道工序才能呈現(xiàn)在我們面前，第一步為模型的建立，即運(yùn)用專業(yè)的畫圖軟件如常見的UG、CAD等三維軟件繪制形成最初的模型，然后在模型生成后轉(zhuǎn)化成為特定格式的文件，將文件導(dǎo)入3D打印機(jī)中，由3D打印機(jī)對(duì)文件進(jìn)行識(shí)別分析并轉(zhuǎn)化成為特定層次，然后按照既定的層次進(jìn)行打印，最終形成我們所繪制的模型。我國對(duì)3D打印技術(shù)發(fā)展也很重視，很多教育工作者通過自身不斷學(xué)習(xí)，將3D打印技術(shù)與小學(xué)教育相互的結(jié)合得比較緊密。

二、3D打印技術(shù)在小學(xué)創(chuàng)客教育中的應(yīng)用

（一）建立3D打印技術(shù)下的創(chuàng)客空間

3D打印技術(shù)在小學(xué)生創(chuàng)客教育中進(jìn)行應(yīng)用的過程中，硬件儲(chǔ)備很重要，這個(gè)硬件儲(chǔ)備的基礎(chǔ)便是創(chuàng)客空間，這個(gè)空間是一個(gè)教師與學(xué)生共用的平臺(tái)，參與的小學(xué)生在這個(gè)平臺(tái)內(nèi)進(jìn)行自主操作，在操作結(jié)束后積累經(jīng)驗(yàn)并進(jìn)行分享。在創(chuàng)客空間進(jìn)行建設(shè)的過程中，師生應(yīng)該設(shè)立一個(gè)清晰的目標(biāo)，要將學(xué)校的情況結(jié)合創(chuàng)客教育，創(chuàng)建適合學(xué)校長期發(fā)展的創(chuàng)客空間。這個(gè)空間所需要的設(shè)備包括3D打印機(jī)及打印所需要的材料、含有建模軟件的計(jì)算機(jī)以及相關(guān)的一些材料，這些材料是完成小學(xué)生建模的基礎(chǔ)條件。

（二）創(chuàng)客教育課堂運(yùn)行

只要教育用資金能夠按照要求準(zhǔn)時(shí)提供，創(chuàng)客空間便能夠建立完成。但是與之相對(duì)應(yīng)的創(chuàng)客教育課堂想要按時(shí)運(yùn)行并非那么容易，一個(gè)高素質(zhì)的教育者是3D打印技術(shù)所應(yīng)用的前提條件。首先，教師在前期的備課過程中，需要查閱大量的資料，這些資料可能包含有不同的學(xué)科、不同的專業(yè)知識(shí)。其次，要對(duì)授課的學(xué)時(shí)進(jìn)行綜合安排，保證學(xué)生在學(xué)習(xí)周期內(nèi)，有足夠的學(xué)習(xí)和討論的時(shí)間。在創(chuàng)客教育課堂實(shí)行的過程中，一個(gè)好的教育工作者，能將學(xué)生的想象力變成為現(xiàn)實(shí)并且打印出來。如常見的在學(xué)習(xí)一些地理文化的知識(shí)過程中，老師就可以利用網(wǎng)絡(luò)資源對(duì)地理知識(shí)進(jìn)行展示，讓學(xué)生根據(jù)自己的理解融入相應(yīng)的想法進(jìn)行三維模型建立并傳輸打印形成模型。教師作為一個(gè)參與者，要對(duì)各個(gè)同學(xué)的模型進(jìn)行鼓勵(lì)，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)作能力。

（三）三維設(shè)計(jì)與教育相互結(jié)合

創(chuàng)客教育以腳踏實(shí)地為基礎(chǔ)進(jìn)行變化創(chuàng)新，在以我國的基礎(chǔ)教育為前提的條件下使小學(xué)生具備更強(qiáng)的動(dòng)手能力，在小學(xué)生將提出的新想法付諸實(shí)踐的過程中，使小學(xué)生轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)態(tài)度，化被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)出擊，其主要的目標(biāo)是讓小學(xué)生在實(shí)際操作中通過親身體會(huì)感受來進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造。小學(xué)生在這個(gè)年紀(jì)，具備很強(qiáng)烈的好奇心，特別是對(duì)出現(xiàn)的新鮮事物會(huì)不由自主地觀看并提出各種各樣的問題，這樣的好處便是能夠激發(fā)發(fā)明創(chuàng)造的能力。在教學(xué)進(jìn)行過程中，僅僅使用3D打印不能滿足教育的實(shí)際需求，不能保證學(xué)生的參與感，反而會(huì)使學(xué)生出現(xiàn)積極性缺乏而產(chǎn)生厭煩情緒的情況。正是基于此項(xiàng)問題進(jìn)行綜合考量，三維軟件的設(shè)計(jì)建模技術(shù)必須參與其中，要將兩者做好結(jié)合?，F(xiàn)階段教育過程中最為廣泛使用的設(shè)備為3D掃描儀，這是創(chuàng)客教育中的重要輔助設(shè)備。

（四）為教師制作教具

3D打印技術(shù)與創(chuàng)客教育兩者的相互結(jié)合主要表現(xiàn)為兩個(gè)過程，首先是前期的三維模型的建立，其次是建立模型后到3D打印這一個(gè)過程。當(dāng)然3D打印需要相關(guān)聯(lián)的設(shè)備進(jìn)行輸出，這對(duì)一個(gè)小學(xué)生而言要求沒有那么高。創(chuàng)客教育中的關(guān)鍵點(diǎn)便是模型的設(shè)計(jì)建立，這是特別關(guān)鍵的步驟。在實(shí)際的教學(xué)進(jìn)程中，主要設(shè)施分別為三維建模的軟件和3D打印機(jī)兩種。任課教師要對(duì)三維設(shè)計(jì)軟件的基礎(chǔ)功能進(jìn)行講解，讓聽課的小學(xué)生能夠進(jìn)行一些簡單的設(shè)計(jì)，再在后期進(jìn)行打印成模型。教師通過對(duì)3D打印技術(shù)系統(tǒng)全面的講解，能使小學(xué)生對(duì)軟件有一個(gè)初步的掌握，具備基本的建模能力并完成后續(xù)的打印，通過加強(qiáng)練習(xí)后能夠熟練地進(jìn)行使用。小學(xué)階段所使用的教學(xué)用具總體而言比較簡單，結(jié)構(gòu)清晰，小學(xué)生進(jìn)行初步了解后，結(jié)合自己的想象進(jìn)行三維建模并進(jìn)行打印，這樣能夠很好地增加對(duì)設(shè)備使用的熟練程度，同時(shí)能夠?yàn)槠渌獙W(xué)習(xí)的科目帶來幫助。如打印常見的數(shù)學(xué)教育使用的三角尺、方尺等模型，同時(shí)，對(duì)生活中的一些著名建筑物進(jìn)行建?？s小，可以說，其對(duì)促進(jìn)小學(xué)生各種能力提高的作用是不言而喻的。

（五）與開源硬件相互結(jié)合創(chuàng)新開發(fā)新產(chǎn)品

創(chuàng)客教育與3D打印技術(shù)運(yùn)用的前提是小學(xué)生應(yīng)具備敏銳的觀察能力，能自己動(dòng)手獨(dú)立操作，進(jìn)而自己設(shè)計(jì)出好的作品。在小學(xué)生進(jìn)行作品設(shè)計(jì)的過程中，老師應(yīng)該全程進(jìn)行指導(dǎo)教育，對(duì)小學(xué)生的各方面素質(zhì)進(jìn)行提高幫助。與傳統(tǒng)的模型制造行業(yè)對(duì)比來看，3D打印技術(shù)整體優(yōu)勢(shì)明顯，特別是制作材料節(jié)省、用料簡單，而傳統(tǒng)批量化模型的生產(chǎn)需要與之相對(duì)應(yīng)的模具。在創(chuàng)新應(yīng)用方面，教師也可以與學(xué)生組成一個(gè)小的團(tuán)隊(duì)，發(fā)揮每個(gè)學(xué)生的自身優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行個(gè)性化的產(chǎn)品模型建立。在創(chuàng)客教育進(jìn)行的過程中，可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行原始化的設(shè)計(jì)并且進(jìn)行功能開發(fā)，利用開源硬件的功能，對(duì)新開發(fā)的模型的產(chǎn)品功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。這樣做帶來的好處就是增加學(xué)生的創(chuàng)新能力，在對(duì)一個(gè)新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、討論的過程中，學(xué)生能夠發(fā)揮自己的想象力，對(duì)設(shè)計(jì)過程中不合理的地方進(jìn)行優(yōu)化整改，從而使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品更加合理，更具備實(shí)用性。小學(xué)生在3D技術(shù)的使用過程中，想象力會(huì)被不斷激發(fā)，各項(xiàng)能力得以提高。

綜上所述，3D打印技術(shù)與創(chuàng)客教育兩者完美地結(jié)合，對(duì)小學(xué)生的創(chuàng)作能力、想象能力、綜合素質(zhì)的提高具有很大的幫助，能夠促進(jìn)小學(xué)生的德智體美全面發(fā)展。雖然3D打印技術(shù)能夠帶來這么多的好處，但本身也存在技術(shù)上的短板，如我們常見的打印周期較長、耗時(shí)較多、打印材料成本無法降低、打印出來的模型質(zhì)量低下等一系列問題。這些問題在創(chuàng)客教育與3D打印技術(shù)相互結(jié)合的過程中均應(yīng)被重點(diǎn)考慮。授課教師要以身作則，對(duì)小學(xué)生進(jìn)行全面的指導(dǎo)，減少不必要的打印時(shí)間，提高打印效率，對(duì)打印使用的材料進(jìn)行嚴(yán)格限制，切實(shí)減少打印材料的浪費(fèi)現(xiàn)象。同時(shí)要考慮打印過程中可能出現(xiàn)對(duì)打印效果產(chǎn)生影響的因素，選擇相對(duì)穩(wěn)定的打印環(huán)境進(jìn)行模型的打印。

參考文獻(xiàn)

[1]張方蓁.3D打印技術(shù)在小學(xué)創(chuàng)客教育中的應(yīng)用與實(shí)踐[J].好家長，2019（31）：53-54.

[2]鄒梅，尚亞麗，陳文云.3D打印在中小學(xué)創(chuàng)客教育課堂中的應(yīng)用[J].長春師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，38（1）：198-200.