空间能力是当今社会空间认知领域中较受关注的话题,而心理旋转能力和空间可视化能力作为空间能力中的重要组成部分,也就成为衡量学生空间能力的重要维度。但在研究中发现,中学时期作为学生空间能力发展的黄金阶段,学生的空间能力普遍较弱,训练方法及途径有所欠缺,直接导致学生学习相关的课程存在障碍。而3D打印技术提供了一种虚拟的三维立体空间,学生可以在该环境中动手尝试设计预期的三维模型,并在持续的练习中有效改善学生的空间能力。基于此,本研究从学生心理旋转和空间可视化能力的可塑性出发,以多林·尼尔森的逆向思维学习过程模型为指导,设计了相应的3D打印学习活动流程,在教学实践发现存在的问题,并通过教学效果分析给出教学实施建议,从而为高中3D打印教育提供指导与帮助。首先,笔者阐述了本研究的背景和意义,提出了需要解决的问题。梳理了目前国内外有关心理旋转能力和空间可视化能力的研究现状和研究趋势,描述了本研究的研究方法与研究思路,界定了 3D打印、心理旋转能力、空间可视化能力的核心概念,并对指导本研究的相关理论基础做出了详细阐述。这些内容为进一步的学习活动流程设计与开发奠定了基础。其次,笔者设计与开发了基于逆向思维学习过程模型的3D打印学习活动流程。具体如下:第一步,通过借鉴多林·尼尔森的逆向思维学习过程模型,设计了基于逆向思维学习过程模型的3D打印学习活动流程;第二步,在此基础上,借鉴已有的3D打印课程内容,结合3D建模软件的特点,设计了基于逆向思维学习过程模型的3D打印课程;第三步,对相关软件的使用做出说明。接下来,笔者采用准实验的方法展开研究。对照组进行传统的3D打印课程教学,实验组采用基于逆向思维学习过程模型的3D打印课程教学,并西安市F中学进行一学期的教学研究;在实施过程中,实验组采用基于逆向思维学习过程模型的3D打印学习活动流程展开教学,并根据学生的反馈及时改进教学内容;通过学生访谈和课堂观察来开展教学评价。然后,笔者对课程实施的效果进行分析。具体分析包括以下三点:第一,在保证信度及内容效度的基础上,采用配对样本T检验的方法对学生心理旋转和空间可视化能力的前后测结果进行了统计分析并对结果进行了说明;第二,结合实验组的学生访谈数据以及对照组的课堂观察数据,分析并说明了基于逆向思维学习过程模型的3D打印课程对学生兴趣及学习态度的影响;第三,从性别的角度对实验组和对照组学生的前后测数据进行统计分析并说明。同时,笔者在数据分析的基础上结合课程实施的反思,给出了基于逆向思维学习过程模型的高中3D打印课程设计与实施建议。最后,得出的结论是如下:（1）与传统的3D打印课程相比,基于逆向思维学习过模型的3D打印课程更能显著提高高中生的心理旋转能力和空间可视化能力;（2）相比传统的3D打印课程,基于逆向思维学习过程模型的3D打印课程可以更好地培养学生的学习兴趣和良好的学习态度;（3）与传统课程相比,基于逆向思维学习过程模型的3D打印课程在促进男生心理旋转和空间可视化能力方面较女生更为显著。