3D打印技术在中小学教学中的应用

玛丽莲梦兔
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2021年03月03日 17:33
最佳经验
本文由作者推荐

企业品牌推广方案-小学六年级语文

2021年3月3日发(作者:资源网站)


3D


打印技术在中小学教学中的应用




——以英国中小 学课堂引进


3D


打印技术项目为例


< /p>







李柯影



东北


师范


大学


计算


机< /p>


科学


与信


息技


术 学



硕士


研究


生,


研究


方向


为现


远程


教育


Email:liky086




; 郑



林,东


北师


范大


学计


算机


科学

< br>与信


息技



学院(


吉林






130117


)。










3D


打印


技术


基于


“设< /p>



即生


产”


的基


本理



,通


过 支


持学


生在


学习


过程



的深


度体

验与


参与



展学

< br>生的


创造


性思



和跨



科思


维,同时


也有



于提


升学


生的


实践



力。该文


主要


分析



国 中


小学


在学


科教


学中


引入


3D


打印

< br>技术


的目


标指


向、应用


方式


,并



析影



3D


打印


技术


在学


科教



中有< /p>


效应


用的


相关



素,


为探


索教


师在



科教


学中


适当


应用


3D


印技


术提


供参


考。













3D



印技





科教




创新


设计



体验


式学






3D


打< /p>


印技


术以


计算


机 辅


助设



(CAD)

< br>软件


生成


的或


通过


实体


扫描


设备


扫描


实物


所获



的数


字模


型文


件为



础,


运用


粉末


状< /p>




或塑


料等< /p>


可粘


合材



,通


过“


积层


造型



”逐


层打


印材


料层


创建


物体


,主要


用于


原型


设计


以及

< p>
组件



产品


的制



[1][2]



3D



印技


术实


现 了


“设


计即


生产


”的


创想


,具有


快速


生成


的特


点,不


但能


够实


现从


零件



计到


整体


设计


的跨< /p>



,而


且所“


打 印


”的产



,较


之传


统方


法所


生产

< br>的


产品


具有


更强


的稳


固性


、更



密的


结构


,支


持更



创意


的设


计与


生成


,因此


近年


来在


机械


制造


、生



医药


、建


筑设



、艺


术创


造等

多个


领域



到越

< br>来越


多的


关注


[3]

< p>





虽然


3D



印技


术在


上述


多个


领域



应用


受到


关注


,但



前针



3D


打印


技术


在基< /p>


础教



领域


深入


应用


的系



研 究


相对


较少





教育


部及


相关


组织


机构



2012-2013



实施


了为


期一


年的


探究


3D



印技


术在



科教


学创


新中


的应





项 目


不仅


取得



实质


性教


学应


用成




且推


动了


3D



印技

术在


教育


领域


中的


应用



为更


多学


校引



3D


打印

< p>
技术



变革


教与


学的


模式



到示


范与


引领


作用



本文


结合


英国


3D



印技


术教


学 应


用案


例,


深入




3D


打印


技术


在英


国中


小学

< br>教学


中应



的目


标指


向、


应用


效果

< p>
及影



因素


,探



3D


打印


技术


在教


学应


用推


广


时需


要注


意的


问题


,希


望为



校 教


育引



3D


打印


技术


提供


一定

的参









3D




技术









学中

< p>











1.


指< /p>





学生的< /p>









养学











基于



3D


打印


技术


本身


特性


的把



,发


现该


技术


可以


为动


力激


发工


具和


支持


创新



计的


技术


工具


应用


< p>
教学


活动


中,


促进



生学


习主


动性


的提


高和


学生


创< /p>


新思


维的


培养






一方< /p>


面,


3D



印技


术本


身的


功能



性以


及对


学习


活动



支持


作用

决定


了其


作为


技术



持工


具对


提升


学生



习主


动性

< p>
有积


极影



。首


先,


3D



印技


术作


为一


种新


型技< /p>


术,


其新



性更


加容


易引


起学



参与


基于


该技


术的


学习


活动


好奇


心和


兴趣


,激



他们


主动


参与


学习



动的



机。


其次



3D

< p>
打印


技术


的独


特功





快速


打印


模型





,支


持并


激励


学生


主动


参与



印活


动。


学生


可以




3D


打印


机将


自己


的创


新设


计或


想法


以可

视化



式呈


现给

< br>教师


和其



学习


者,


由此


获得



成就


感,


不仅


会促


使学


生更



积极


主动


地参


与学



活动




且会


激励



们主


动参< /p>


与创


新设


计。


第 三



3D



印 技


术支


持的


学习


活动


有助


于体


学生


作为


学习


活动


主体


主动



与学


习的


重要


性和


< p>
值,


进而


促进


学生



动参


与学


习活


动。


基于


3D


打< /p>


印技


术的


学习


任 务



需要


学生


主动


分析



印任


务、


参与


计划


与决

< br>策、



与创


新设


计原


型,这


种主


体意


识和


被需



的感


觉让


学生


意识


到自< /p>


己在



习过


程中


的重


要性



价 值




使学


生 更



主动


地参


与到


打印


活动


中。




另一


方面





证学


生主


动参


与并


效进


行学


习活

< br>动,英


国教


育研


究者

< p>
认为



3D


打印


技术


快速


打印


实物



能的


支持


下,< /p>


学生



以将


时间


和精


力集


中在


创新



计环


节,


有助


于创



思维

的培


养。


创新


< br>于格


物致


知,创新


思维


启于



彻地


分析


打印


任务



丰富


的实


践经


验,是


进 行


创新


设计




印出


创新



个性


化作


品的


基础


源泉




生通


过主



参与

创新


设计


、全


面细


致地



析打


印任


务,充分



挥想


象力


和创


造力


,最终


打印


出个


性化


的作


品。





2 .





索< /p>



的教








英国


3D



印技


术在


学科


教学


中的< /p>



用项


目是


在“


人类



以通


过 制


造和


分享


过程


产生



习”


理念

指导


下开



的学

< br>科教


学创


新探



项目


[4]



该理

< p>
念的


核心


是“



造”和“


分享


”,强


调 在


真实


情境


中通



体验


式学


习与

探究


式学


习是


< br>得知


识并


实现


学以



用的


有效


方式

< p>






师借



3D


打印


技术


可以


为学

< p>
生创


建“


体验



学习


中心


”,


这同



也是


一个


知识< /p>


运用


空间



学< /p>



需要


主动


参与


到真



的实


践 活


动中





过亲


自动


手操


作获


得直


接的



习体


验,


提高


解决

< br>问


题的


知识


与技


能水



。在


3D


打印


技术


支持


下的



验式


学习


中心


从学



内容


、学


习方


式上



有所< /p>



破。





“体


验式


学 习



心”的学


习内

容可



是一


个专

< br>题的


探究



习,也可

< p>
以是


单一


知识


或问



的学




探究




< p>
以仅


是一


个创


意的



现,甚至


是这


三者


的交


叉融





专题


探究


学 习



动中




师需


要给



生 提


供一


个主


题及


其设


计纲





期望


学生


能对


设计


做出


自己

< br>的选




动地


进行


学习


和探


究。



生在


专注


于研


究主



的同

< p>
时,


会自


然地



3D


打印


机作


为学


习或


探究



容的< /p>


一部


分。针对



两种


学习


内容





可以


利用


3D



印机


将一

个想


法变


成现


实,


将一



知识


或问


题以


可视



打印

< p>
作品


呈现


,有


助于


个性



和创


新思


维的


发展


。例如


, 沃


特福


德男



文法


学校


(Watford Grammar School for Boys)



学生


打印


出各


种代



方程



3D


图形


[5]






“体


验式


学习


中< /p>


心”的学


习方


式可



是协


作学


习,也可



是自


主学



,前


者是


实现“


< p>


”理


念的


有效


方式


,而后


者在


实践< /p>


中已


经证


实了


3 D



印技


术对


学生


个性


化学


习起

着重



的支


持作

< br>用。



2012-2013


年< /p>


英国


3D



印技


术走


进校


园项


目研


究中



现:


基于


3D



印技


的自


主学


习能

< br>改善


学习


效果



伴随


产生


其他


更广

< p>


的利


益。


例如


在物



和数


学学


科教


学中




师非



希望


能成


功地


使用



印机< /p>


来促


进学


生思





理和


理解


学科


教学


知识



并且


开展


学生


为主



的实


验。这种


自主



习方


式更


大程


度地


将学


习的



动权


交付


学生


,让



生在


3D



印技


术支


持下< /p>




自主


学习< /p>


,将


知识



以致


用。这种


突破



的新


教学


方法


,不

< br>仅


有利


于学


生个


性化


发展


,而



有助


于学


生创


新思



的培


养。





通过


身临


其境



制造


和 分


享所


产生



学习


行为




学习



知识


获得


具有


实际


效益




3D



印技


术是


为教


师和

< br>学生


提供


体验



学习


机会、


为学


生创


建知


识运



空间


的重


要支


撑技





验式


学习


让学



更容


易理< /p>


解知


识的


内涵


, 在



践中


有效


应用


知识



强化


知识


、体


现知


的价


值。


这种


新的


教学


方法



有利


于促


进学


生主


< p>
参与


学习


与探


究活





养学


生的


协作


意识


以及



展学


生的


创新< /p>


思维



自主


学习


能力




< /p>




3D






在英





< p>













3D



印技


术 在


英国


中小


学不


同学



教学


中的

应用


,多



度展

< br>示


3D


打印


技术


在促


进学



教与


学的


功能


的优


< p>
和应


用方


式,


为优



技术


与学


科知


识的


整合


提供


可< /p>


借鉴


的观


点与


方 法



为实


现学


科教


学目



以及


突破


学科


教学


难点

< br>提供



略。


笔者


基于



3D


打印


技术


功能


性特


< p>
和学


科教


学目


标、


特点


等的



虑,


总结



3D


打印< /p>


技术


在学


科教


学 中



用的


分析


框架


(


如图


1




)







1.< /p>







学科











< br>科学


”学科



教学


内容


涉及


生物


、化学


和物


理三


方面



知识


,其


教学


目标


是通


过学



与 探


索生


物、化学


物理


的基


础知


识,发


展学


生对


科学


本质


、过


程和



法的


理解


力,并通



不同


形式


的科


学调



,帮


助他


们回


答现


实生


活中


科学


问题


,提


高科



素养


[6]






基于



3D


打印


技术


功能


特性


与“


< p>
学”


学科


教学


目标



特点


的关


联与


分析




现该



术可


以观


摩和< /p>


协助



究两


种方


式促


进学



教 学


目标


的实


现。首先

< br>,


3D



印技

< br>术支


持学


生通



观摩


教师


利用


3D

< p>


印机


打印


的模


型来


获得


相关



识内


容,


有助


于发< /p>



他们


的观


察能


力、分


析能


力以


及理


解力


。比


如“

< br>科


学”


学科


教师


可以




3D


打印


机打


印眼


球模

< p>
型,


帮助


学生


理解


有关



球构


造、


功能


等知



。其< /p>


次,


3D



印技


术支


持学


生在


教师


协助


下主



构建


3D



型,

并对


相关


知识


进行


深度



习,


提升


他们


探究


事物


本质


、规律


的能



。如“< /p>




”学


科教< /p>


师可


以组


织学


生 在


3D



印技


术环


境下


讨论


塑料

的性


能,也


可以


利用


3D



印机


协助

< p>
学生



建分


子、


细胞


甚至



弦波


等模



[7]


,学< /p>


生在


构建


过程


中 可



通过


研究


这些


数字


模型


文件


数据


信息


进行

< br>深度



习与


探究


,最


终获



相关



识。当然



< p>
项目



该学


科的


打印


活动



部分


依靠



Thingiverse




供设


计文


件网


站所



享的

< p>
3D



型源


数字


文件






3D



印技


术通


过提


供观


摩与


协助



建这


两种


技术


使用


式,


为学


生在“科



”学


科学


习中


营造


体验


式的



习空


间,促使


学生



得更


加直


接的


学习


体验





通 过


主动


进入


该学



空间




取空


间中



展示


和隐


藏的


知识


,探究


事物


本质


、过程


和变


化规


律等


,提高


科学< /p>


理解



、探


究< /p>


能力


以及


科学


素 养



观摩


与协


助构


建体




3D


打印


技术


作为

教学


工具


与学


习工


具应


用到“


科学


”学


科教


学中



功能


优势


,对


拓展



学工


具的


广度


、挖


掘教


学工



深 层


内涵


有重


要意







2.




数< /p>









< p>






中小


学“数



”学科


的培


养目

标是



过频


繁的

< br>计算


、推理


、演示


< p>
教学


活动



< p>
进学



对数


学基


本概


念和



理的


理解


和应


用,培


养学


生推


理能


力和


问题


解决




[8]


。“


数学


”学

< br>科的


教学


难点


是将



象的


数学


概念

< p>
或规


律以


简单



视化


方式


呈现


给学



,促


进学


生理< /p>


解和



握。





基于


对< /p>


3D


打印


技术


功 能


特性


与“



学”


学科


教学


目标


特点


及难


点的

< br>关联


与分


析,



现该


技术


可以


通过

< p>


示和


协同


构建


两种



式帮


助突


破数


学学


科教


学难< /p>



,促


进教


学目


标的



现。


一 方


面,


3D



印技


术为


教师


演示

数学


抽象



念或

< br>规律


形成


过程



供技


术支


持。


比如

< p>


体几


何中


关于


毕达


哥拉


斯定



(


勾股


定理


)



三角



的教


学,


一般


停留



平面



示、


想象< /p>


、计


算、



理的


层面


,但



3 D


打印


技术


支持


下,



师可


以利


3D


打印


机轻

< br>松简


单地


构建


立体


几何



,使


该定

< p>
理的


推理



示过


程更


加直


接地


呈现


给学





进学


生从


形象



实物


和过


程演


示、 推


理中


理解


并掌


握数


学抽


象概


和知


识,


而且


有助



提升


学生


的立


体空



感。


另一

< p>
方面



3D


打印


技术


支持


学生


协同


构建



探究


数学< /p>


规律


。例



,沃


特福


德男


子文


法学



(Watford Grammar School for Boys)



年级


组教


师和


学生


协同


研究< /p>


与抛



体速


度、


高度


和距



相 关


的微


积分


[9]


首先


,他


们利

< br>用


3D


打印


机产


生一


个支


持内


部弹

< p>


器的


联结


< p>


后再




3D




机为


这个


项目


生产


< p>
系列


的抛


射体





验中


< p>


生可


以通


< p>
立体


多角


度的


观察


物体


运动



变化


规律




进他



对微


积分


知识< /p>


的深



理解


和掌


握。


此外


,该


校学



还打


印出


各种


代数



程的

3D



形,


帮助

< br>理解


代数


方程


的内


涵。


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