郑志群　吴玉婷

摘要：该文通过文献调研和实地调查，阐述了国内外3D打印技术在教育领域的研究现状和在中小学教学中的应用现状，总结了3D打印技术在中小学教学中应注意的几个问题。为3D打印技术更有效在教学中应用提供参考与借鉴。

关键词：3D打印技术；中小学教学；应用

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）19-0226-03

1 问题的提出

1.1 背景和意义

国务院在2014年推出了“3D 打印创新教育播种”计划。2015 年国家工业和信息化部出台的《国家增材制造产业发展推进计划（2015—2016年）》，先是促进3D打印融入教学过程，最终达到产生创新教学方法的目的。社会和科技的不断进步，传统的教学模式难以满足学生的学习需求，将3D打印与教学结合，是响应国家政策的一项举措，是顺应信息时代发展需求的教学革新。

1.2 3D打印技术的概念和原理

3D 打印是利用塑料或树脂等可粘连的材料进行层层打印形成物件的增材建造技术，它的工作原理是将3D 打印机与计算机进行连接，由设计辅助软件进行数字建模，再把数字信息传输给打印机，利用打印机中的丝状、粉状或是液体状的材料以逐层堆叠的方式制作出产品。3D打印的基本流程如下（图1）：

2 3D打印技术在中小学教学中的研究现状

为了全面了解3D打印在国内外中小学教学方面的研究情况，笔者以中国知网数据库为基准，进行了资料的收集、汇总、分析，总结了以下结论。

2.1 国外研究现状

在中国知网外文文献数据库检索“主题”包含"3D printing"的文献共有9125篇。在教育领域，为更多的获取国外研究进展，将检索条件扩大为“主题”包含“3Dprinting”和“education”或“teaching”或“learning”或“curriculum”或“student”，检索出文献共299篇，其主要学科包括：计算机软件及计算机应用、外科学、医学教育与医学边缘学科、教育理论与教育管理、中等教育、互联网技术、物理学和外国语音文字等学科。

2013年美国制定并且实施MENTOR项目，将3D打印推广普及至高中教学中，在引起学生对工程设计类课程的兴趣的同时提升其综合知识与能力。

2014年7月，在布伦特（Balinski Brent）名为《3D打印技术未来的关键仍然是教育》的报告中表达了关于教育在三维打印未来的重要性。"同年，爱沙尼亚塔林理工大学以Vasilis为首的三位教育研究专家在名为《以开源3D打印作为一种学习手段：在希腊两家高中的教育实验》的报告中提到：在长达三个月的教育实验中，研究者试图将3D打印机作为一种学习辅助工具，帮助学生"从不同的角度思考和看待世界"，通过3D打印技术，学生与世界的连接增加了，同时也提高了他们的自尊心和自信心。

美国在《新媒体联盟地平线报告：2015基础教育版》（The NMC Horizon Report：2015 k-12 Editon）中提到，美国将大力开展3D打印课程。另外，其他发达国家也在大力推进3D打印与教学环节之间的合作。

国外对3D打印融于教学的研究思路很清晰，一直在研究如何更好地将3D 打印技术融于教学，并做了大量的实践研究，对国内应运而起的3D打印技术进入教学的研究有很大启示。

2.2 国内研究现状

在中国知网数据总库（包含期刊、学位论文、报纸、会议等）检索“主题”精确包含“3D打印”的文献共有8380篇，其中包含568篇博硕士论文。从时间发展来看，共有两个大的增长点，第一个是从2012年的123篇，到2013年的986篇；第二个是从2014年的993篇到2015年的1164篇（图2）。由此可见，从2013年起，3D打印正式成为我国的研究热点。

在教育领域，为了尽可能全面的获取现有研究成果进行分析，将检索条件定为“主题”精确包含“3D打印”以及"教育”或“教学”或“学习”或“课程”。检索结果为728篇，其中期刊文献有420篇，教育期刊有255篇，硕士论文有22篇，报纸14篇，国内会议相关文献13篇，学术辑刊3篇，国际会议相关文献1篇。文献主要研究领域包括：基础教育与中等职业教育、基础研究（社科）、高等研究、工程技术（社科）、行业指导（社科）、基础与应用基础研究（自科）等。其中中等教育类文献128篇、初等教育类文献66篇，包括《3D打印技术：中学物理实验教学优化新思路》和《3D打印技术在化学教具制作与教学中的尝试》等期刊文献及《3D打印技术在地理教学中的应用研究》和《地理教具的3D打印设计与实践研究》等硕士论文。

在所检索的硕士论文中，上海师范大学有4篇，分别为《PBL模式的3D打印课程教学设计研究》、《小学3D打印课程的学习适应性研究》、《小学“3D打印教育”课堂教学设计研究》和《小学3D打印课程的设计与开发研究》，占比18.2%，数量最多，其次为福建师范大学有2篇，分别为《地理教具的3D打印设计与实践研究》和《3D打印技术在高中校本课程的开发与实施》，占比9.1%，位居第二。 研究的领域分别为社会科学（15篇）、信息科技（6篇）、医药卫生科技（3篇）和经济管理科学（1篇）。

3 3D打印技术在中小学教学中的应用案例

3.1 国外应用案例

3.1.1 作为项目引进教学

英国中小学课堂引进 3D 打印技术项目，是在“学生可以在制造和分享过程中产生学习的效果”理念指导下展开的学科教学创新探索项目。这个理念的核心思想是“制造”和“分享”，强调得到知识的有效方式是在模拟的仿真环境中使用体验式学习与探究式学习进行学习。

STEM机构针对中高年级的小学生组织了一个关于数學与科学的项目。 在项目中学生先是学习相关知识，然后根据这些知识，利用3D打印技术的相关软件即CAD软件进行设计，在利用3D打印机将设计好的相关模型打印出来，并组合成火箭。最后测试火箭发射，并收集数据分析结果。通过此项目，既扩展了学生的知识，让学生了解了一个完整的规划设计项目的流程，又培养的学生团队合作能力，更锻炼了学生的动手操作能力。让学生可以将所学的知识运用在实践中，在实践过程中检验所学的知识是否正确，实践出真知。