【摘 要】随着3D技术的不断发展，3D打印技术在中小学教育领域中的应用也受到越来越多研究者的关注，“只有想不到，没有做不到”将不再是一句空话，在实际的教学中锻炼、提高学习者的创新创造能力及多学科间的相互融合显得愈加重要。当前具有代表性的3D打印技术鼓励学习者将多学科融合，这样可以锻炼学习者的动手实践能力和创新能力，从而推动STEAM教育和创客教育的深入发展。本文阐述了STEAM教育及3D技术的概念，分析了两者的理论基础，在此基础上，探讨了3D打印技术在基础教育领域中的价值体现。

【关键词】3D打印;STEAM教育;创客教育

【中图分类号】G642  【文献标识码】A  【文章编号】1671-8437（2019）28-0015-02

2017年9月25日，教育部印发了《中小学综合实践活动课程指导纲要》的通知，其附则中的《设计制作活动（劳动技术）推荐主题及其说明》向全国7～9年级的学习者做了一个有关于“3D设计与打印技术的初步应用”主题推荐，鼓励有条件的学校配备3D打印机设备与打印材料，并增设3D打印基础课程[1]。教育部在其发布的《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》中明确提到“有效利用信息技术推进‘众创空间’建设，探索STEAM教育、创客教育等新教育模式，使学习者具有较强的信息意识与创新意识”，而3D打印可以将学习者的STEAM创意想法转化为实物[2]。在创新教育的大背景下，显然STEAM教育是未来教育的重要发展方向，对中国的传统教育模式更有着革命性的意义。

1   3D打印技术与未来教育

1.1  核心概念的阐述

3D打印即快速成型，原理类似喷墨打印，所用耗材不是墨水，而是液体或粉末的金属、塑料、陶瓷等原材料。首先要以数字化的三维建模为依据，利用相关设计软件，将金属、塑料、陶瓷灯材料作为可塑材料，通过输出装置来“打造”立体化模型的技术[3]。3D打印教育是在三维教学环境下，通过教育模式的变革和空间、课程与技术的融合，形成集‘理论+实践+学习+娱乐’于一体的创新型学习知识体系，目的是帮助学习者完成对抽象理论知识的理解与吸收。

3D打印，这一概念实际上就是将一个物理的东西从无到有，通过这一技术可以拓宽学生的想象力、逻辑思维能力、动手实践力等综合素质能力。

1.2  STEAM教育

STEAM教育理念最早是美国政府提出的教育倡议，为加强美国K12关于科学、技术、工程、艺术以及数学的教育。其原身是STEM理念，即科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）和艺术（Arts）五门学科的简称，如图1所示。它强调多学科的交叉融合。鼓励学习者在这五个领域的发展和提高，培养学生的综合素质，从而提升其全球竞争力，在STEAM教育的号召下，3D打印技术、机器人教育逐步进入校园[4]。

1.3  理论基础

1.3.1  做中学

美国著名教育家杜威的“做中学”的基本教育原则是：“以学习者活动来架构课程，以直接经验的获得为核心旨趣，在情境化的教学场域中，通过学习者的各种‘做’——观察、实验、探究、动手、游戏等形式来完成知识的传授”。而3D打印技术，可以让学习者在3D打印这个“做”中完成知识、技能的“学”，并且在完成作品打印的过程中，还会整合多门学科知识，在相关的学习情境中培养学习者的问题解决、协作、沟通及创新能力。

1.3.2  基于项目的学习

项目学习（Project-based Learning，简称PBL）指的是一套能使教师指导儿童对真实世界主题进行深入研究的课程活动，具体表现为构想、验证、完善、制造出某种东西。在3D打印教育中，运用项目学习就是指以运用3D打印技术制作作品并将作品展示给他人为目的，在真实世界中借助多种资源开展探究活动，主动学习研究完成项目所需的多个学科领域的概念和原理，并在一定时间内解决一系列相互关联着的问题的一种新型的探究性学习模式。而STEAM课程模式也是基于问题探究的教学模式，提倡通过主题式或任务驱动式的故事情境设计，3D打印技术恰好可以为这种自主探究活动提供学习的机会，通过完成一项任务或项目来构建核心科学理论。

2   3D打印技术在教育领域的价值体现

2.1  变革传统教育方式，培养学习者创新思维能力

目前的传统教育课程理论性太强，内容和方式枯燥乏味，这也导致了部分学习者失去了学习兴趣，对一些知识点也是死记硬背，即便通过考试，但很快就会被遗忘，并且传统教育课程很难发生学习迁移，从而出现“学了不知用”的局面[5]。而3D打印技术改变了传统学校的课程体系，它可以把学习者书本上一些比较抽象的知识转化成立体可见的实际物体，使学习者在学习的过程中，通过对立体空间的认识来达到提高学习兴趣的目的，教师用3D打印课程教会学习者基本的设计与创新能力，教师在教的过程中也会更加生动形象。此时，教师传授的不仅是单一的学科知识，而是更加重视多学科的融合，这也充分体现了STEAM教育理念。即让学习者亲自动手完成他们感兴趣的、和他们生活相关的项目，从过程中学习各种学科及跨学科的知识，促进学习者不斷地思索和创新。

2.2  变革传统的教育理念，促进多学科融合

在传统的应试教育中，各个学科之间的联系较少，较难培养学生的综合思维，也不能很好地培养学生的问题解决能力、创新精神及批判性思维[6]。而3D打印课程可以将多学科有效融合，学习者可以边学边做，学习者通过3D打印可将抽象虚拟的想法转变成可以看得见摸得着的实物，这样有助于他们更好的理解概念，加强各个学科的联系，使各学科的知识得到合理衔接，提高知识迁移能力，提高学生的认知水平。

2.3  变革传统学习方式，锻炼学习者的协作探究能力

3D打印教育，这种方式强调的是以学习者为中心以及小组合作学习，要求学习者对现实生活中的真实性问题进行探究，通过3D打印作品来回答对问题的探究结果，真正体现了“做中学”的理念及“教”“学”“做”三者的统一[7]。

3   3D打印技术在未来教育中的发展趋势及遇到的问题

调查发现，目前3D打印技术在教育中的应用主要有以下四类：校内开设选修课程;3D打印在创客空间的应用;图书馆、科技馆开设3D打印体验室;社会培训机构开展体验课程。大部分3D打印项目是结合现有学科教学，把3D打印作品作为教具提高教学效果，激发学生的学习积极性。

目前3D打印在教育领域中的应用还存在一些问题：①3D打印技术目前处于发展阶段，虽然有些学校配备了3D打印设备，但缺乏相应的技术支持，教育领域相关人才较少，因此造成该课程的师资力量紧张;②目前国内针对中小学的教材不够完善，而且教育方案不够系统化，配套设备及耗材比较昂贵，导致不能被广泛使用;③3D打印技术在建模等软件操作方面有一定的技术壁垒，对任教老师的技术要求比较高，并且对中小学学习者的学习有一定的难度。

4   结语

综上所述，将3D打印技术引入教育领域的核心工作还是培养人才，可以说3D打印对学习者来说是一座连接虚拟与现实的桥梁。寻找3D打印技术和基础教育的契合点，首先应找到3D打印技术在学校教育过程中的定位，进而利用智慧教育技术促进教育变革和创新，最终实现学生的全面发展。

【参考文献】

[1]胡迪·利普森，梅尔芭·库曼，HodLipson，等.3D打印：从想象到现实[J].中国对外贸易，2013（10）.

[2]王梦洁.英国小学课堂引进3D打印技术项目[J].世界教育信息，2013（22）.

[3]蘭兵德.浅析3D打印技术在汽车制造业中的应用前景[J].

2017（8）.

[4]杨高云.小学“3D打印”教育课堂教学设计应用研究[D].上海师范大学，2014.

[5]王萍.3D打印及其教育应用初探[J].中国远程教育，2013（8）.

[6]邱望洁，李昊阳.3D打印技术在教育行业的应用发展前景研究[J].中国教育信息化，2017（5）.

[7]张晶.用3D打印手段培养创造性思维的教学设计研究[D].沈阳师范大学，2016.

【作者简介】

王芮，女，汉族，山东省枣庄人，学历：硕士研究生，研究方向：教育信息化、信息技术与课程整合、教学设计。