郭建才

摘要：3D打印技术是近年来受到广泛关注的一种新型技术，如何将3D打印技术应用到教学中，已经成为众多教育工作者所关注的问题。本文通过一些具体案例，探讨了3D打印在学科课堂教学、自制教学模型、学生科技活动、毕业设计、教学模型共享、教学方法改革等方面的应用。

关键词：3D打印；教学应用；教学模型；三维建模

中图分类号：G420 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2016）08-0063-02

随着3D打印技术的快速发展，其已应用于工业制造、生物医学、建筑工程、文化创意、航空航天、教育、汽车、消费品和日用品等众多领域。在美国，3D打印已广泛应用于教育领域，美国的大多数大中小学已经开设了3D打印课程。在我国，3D打印也逐步在教育领域得到应用，因此如何在教学中应用3D打印技术，已经成为众多教育工作者所关注的问题。

3D打印在学科课堂教学中的应用

3D打印出的教学模型具有具体、直观、形象的特点。教师利用3D打印出的教学模型在课堂上进行讲解，使教学内容直观、生动、形象，有利于学生理解复杂抽象的教学内容，从而突破教学的重点、难点。

例如，基因控制蛋白质的合成这部分知识，是生物教学的重点和难点，将碱基序列转化成氨基酸序列是遗传信息表达过程，复杂且抽象，学生往往难以理解和掌握。但利用3D打印出“基因表达模型”，教师利用“基因表达模型”边演示边讲解，能把遗传信息的转录和翻译结合在一起的过程直观地展示出来，将复杂、抽象的问题简单化、直观化，使学生很快就理解了基因表达的过程。

3D打印在自制教学模型中的应用

过去，教师在自制教学模型时，尽管有很好的灵感和设计方案，但由于材料及制作工艺的限制，自制的教学模型往往比较简陋，甚至有时因为材料难找或者造型加工困难而不得不放弃，3D打印技术的出现，使得这一问题迎刃而解。利用3D打印，不仅可以快速打印教学模型，还可以对教学模型进行修改。

目前，学校使用的教学模型存在更新周期慢，不能满足教学的个性化需求等不足。有了3D打印，可以很好地解决这方面的问题，教师可以根据教学需要，自己设计制作个性化的教学模型，可以对教学模型进行修改，而且教师、学生也可以一起设计、制作教学模型。师生共同制作教学模型，不仅能够帮助学生加深对重难点知识的理解和掌握，还可以提高学生的学习兴趣。

3D打印在学生科技活动中的应用

3D打印机可制造传统方法难以加工甚至无法加工的复杂构体，打破了传统制造的局限性。学生只要能把“想象”转化成三维数据模型，就可以通过3D打印机打印出实物成品，从而缩短了设计“想象”与“实物成品”之间的距离。因此，可以将3D打印机、电脑、各种测试仪器等组建成创客实验室，在实验室里，学生可以将自己的“想法”打印出来，使其变为现实。

例如，在设计制作火箭机翼的科技活动时，学生首先通过上网查找、搜集火箭机翼设计的相关资料，学习相关知识，然后自行设计火箭的机翼，用3D打印出机翼等零件后，进行空气动力学的风动测试，最后对设计的机翼进行修改，直到机翼设计达到预定目标。3D打印极大地拓展了学生的创新思维空间。

3D打印在毕业设计中的应用

3D打印的快速打印功能，可以快速将毕业设计变成实物，极大地方便了毕业设计的效果检测及修改，提高了设计的效率。过去，由于制造材料、工艺技术的限制，学生的毕业设计转化成为实物时间很长，修改设计也需要花很长的时间，非常麻烦，现在，我们有了3D打印，就可以快速将设计转化成为实物，方便了后期对实物产品进行试验检测，及时发现问题并对设计进行修改。

例如，在做桥梁设计时，学生利用3D打印机打印出桥梁部件后，通过实物组建桥梁，不仅可以观察到设计的实际效果，还可以分析检测桥梁的受力情况，如果发现达不到设计要求，可以及时对设计方案进行修改，直到达到设计要求。

3D打印在教学模型资源库使用及共享中的应用

3D打印的基础是建立三维建模，有了三维模型，才可以打印实物。因此，教师在教学应用中，可以分门别类地建立各学科的3D教学模型资源库，如物理教学模型资源库、生物教学模型资源库等，供各学科师生使用。在教学中，教师可以根据教学需要，从教学模型资源库调取所需的教学模型进行打印，也可以对教学模型资源库中的教学模型进行修改后打印，还可以将自己设计的新教学模型添加到教学模型资源库中，供其他教师共享使用。

例如，机械制图专业可以建立机械制图的3D模型素材库，在进行机械设计时，师生可以从3D模型素材库中调取所需的零件模型，也可以将师生设计的新零件模型添加到模型库中，供大家共享使用，这样设计效率大大提高了。另外，对医学解剖、文物古迹等难以获取的模型，也可以通过3D扫描仪进行扫描，添加到3D模型资源库中，供师生共享使用，这样特殊的、难以获取的模型也可以在课堂呈现。

3D打印在教学方法改革中的应用

3D打印为教学方法改革提供了良好的条件。将3D打印融合到课程教学中，有利于探究式教学法、任务驱动教学法、项目教学法的实施，有利于学生体会到“做中学”的乐趣，有利于激发学生的学习积极性和创新思维。

例如，在学生学习潜水艇的原理之后，教师可提出“设计制作简易潜水艇”这一任务。学生根据所学过的知识，分小组上网查找潜水艇的相关资料，设计出制作潜水艇的方案，对设计好的潜水艇方案进行三维建模，利用3D打印机将设计好的潜水艇各个部件打印出来，组装成潜水艇模型。然后，教师要求学生现场演示、测试潜水艇模型的性能，师生一起对制作的潜水艇模型进行评价，提出修改意见。“制作潜水艇”这一探究式教学实践，不但激发了学生的学习积极性和创新思维，提高了学生的动手能力，而且促进了教学方法的改革。

结束语

尽管目前3D打印技术还面临着材料、成本以及三维建模等方面的问题，但随着3D打印机成本的降低以及学校师生三维建模能力的提高，相信3D打印将会逐渐走进课堂，在培养学生创新能力、提高学生动手能力、促进教学改革等方面发挥重要的作用。

参考文献：

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