3D打印技术在教育领域的应用研究

方艳艳 刘华锐

[摘要]据相部门统计，3D打印业务在国外的发展势头十分迅猛。尽管国内3D打印技术起步晚，发展存在一定的局限性，但自3D概念一出立即受到了热捧，且3D打印技术近年来在国内日趋升温。3D打印技术具有广阔的应用空间，已从工业制造逐渐扩展至国防军事、航空航天、医疗卫生等多个领域。它必将逐渐走进教室、迈入课堂，从而对教学乃至整个教育领域产生深远的影响。

3D打印技术（简称3D打印）是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将塑料、金属粉末、陶瓷粉末、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积粘结，最终叠加成型，制造出实体产品的技术。

3D打印这种新兴的科学技术，具有广阔的应用空间，已从工业制造逐渐扩展至国防军事、航空航天、医疗卫生等多个领域。我国也紧跟3D打印技术的发展趋势，不断加大研发力度。随着3D打印设备体积日趋小型化、打印精度不断提高、可用材料逐渐丰富，3D打印也将逐渐走进教室、迈入课堂，从而对教学乃至整个教育领域产生深远的影响。

一、3D打印将促进实装化教学的发展

实装化教学是院校组织学生到实习基地或相关单位开展的一种实践性教学活动，是院校培训体系中提升实践技能的有效途径。这种集观看、研讨、训练于一体的实践性教学方式的兴起，是对传统教学方式的创新和突破。它使教学活动与实际装备紧密结合，帮助学员消化课堂理论知识，开阔眼界、激发求知欲望，有利于學员在更广阔的空间获取教学实效。但是目前实装化教学的开展受到很多条件的制约，主要表现在：1.学校与实习单位不在一地，实装化教学的组织实施受限。2.学校教学进度与实习单位的不一致，实装教学的计划制定、课目设置、评价考核等受限。3.装备更新速度快，实习单位有些系列和型号不全，不能提供全面的实装。

而3D打印能让工厂走进课堂。3D打印这种数字化制造技术，在学术界也称为增量制造、增材制造、快速原型、快速制造。它具有许多优点。首先，3D打印节省原料、缩短时间、降低费用。从3D打印的原理和过程可知，3D打印是把材料进行逐层堆积叠加成型，从而制造出实体产品。其制造过程被形象地称为“加法”过程。而传统制造业是把模具裁切出需要的产品，被称作“减法”过程。因此，3D打印比传统制造要省时省料，节约成本。其次，3D打印擅长制造个性化、复杂化和高难度的产品。对3D打印来说，打印一个复杂得难以想象的特殊产品，也并不比打印一个外形简单的长方体消耗更多的时间和成本，因此更适合制造单件和小批量产品的生产。换句话说，3D打印可以根据老师的要求，制造出特定剖面、缩放比例大小的模型，满足上课需要。此外，3D打印不受场地和环境限制，还能实现远程制造。3D打印只要有适宜的原材料，不用专门的环境和场地，就能根据图纸打印出实物，可以在教室甚至坐在家中完成打印。3D打印的这些优点，使得可以在教室制造实装满足教学需要，而且废弃的产品可以用于再生产，循环利用，从而使工厂走进课堂。

二、3D打印能提升学生学习兴趣

利普森先生在其专著《3D打印，从想象到现实》中，写了一个用3D打印机制作橡皮泥飞机引起小学生兴趣的实例。三分钟的橡皮泥飞机制作过程，吸引着课堂上的小学生，他们纷纷发言，提出各种各样的疑问，还有个颇具企业家潜质的孩子做了计算，按现有的橡皮泥原料市场价格，计算出每架飞机的售价成本。可见，学习兴趣的产生与教学方式有密切的关系。学生学习兴趣的培养，主要在教师使学习活动有兴趣。一位优秀教师曾经说过：“如果能抓住学生的想象力，就能抓住他们的注意力。”

学习兴趣指一个人对学习的一种积极的认识倾向与情绪状态。学生对某一学科有兴趣，就会持续地专心致志地钻研它，从而提高学习效果。没有兴趣，就没有记忆，歌德说：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”。如何让孩子学习产生兴趣，是有效提高教学质量的根本点。由于种种因素的限制，传统的教学重理论讲授轻动手操作。随着3D打印技术的引入，将工厂搬进教室，这一问题将迎刃而解。随着合理地使用3D打印，课堂教学将“是令人愉快的”。

三、3D打印会改变教学模式

以计算机为核心的现代教育技术已经贯穿于教学的整个过程，充斥于教学的各个角落，极大提高教与学的效率。但不论是授课常用的课件，还是视频等，都是通过眼睛和耳朵获取信息。有研究表明，通过眼睛和耳朵获取的信息会被遗忘的比例高达70%。3D打印引入的“边做边学”工程，能有效的调动学生的另一个器官——手，通过触觉感知，加深学生的记忆。而以计算机为平台的多媒体和3D打印相结合会改变现有的教学模式，必定能大大提高学生学习兴趣。这种“虚实结合”的教学方法，把感知、理解、巩固与运用融合为一体，使得学生在较短时间内记忆得到强化，可以有效地促进个体主动参与认知结构不断重组的递进式学习过程。回顾计算机应用教育的方式，最初仅应用于和计算机有关的课程上，如编程或数学课。但现在每门课都使用计算机。和计算机一样，3D打印将打开教授和学习的全新方法的大门。

3D打印从诞生到发展至今已有三十多年的历史，之所以还没有广泛应用在课堂教学中，主要是受制于目前的技术水平、制作材料等原因。随着这些问题的一一解决，3D打印必定对教学乃至整个教育领域产生深远的影响。

参考文献

[1]（美）利普森，（美）库曼著，赛迪研究院专家组译，《3D打印，从想象到现实》[M]，中信出版社，2003年