论文部分内容阅读
【摘要】：3D 打印技术是一种快速成型的新技术，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。本文对3D打印技术在教育领域中的应用作了综合介绍，并针对3D打印技术可能出现的问题进行了分析，为有效开展 3D 打印在教育领域中的应用提供了一定的理论指导。
【关键词】：3D打印技术;高校教育;教学
引言
3D 打印机（ 3D printer） 又叫三维立体打印机，能够实现从计算机上设计虚拟3D模型到打印出实物的功能，具有打印精度高、速度快、高易用性等特点。在教育中，国内外众多院校纷纷将3D打印技术引入课堂教学之中。我国多所高校也引进了3D打印技术，用于帮助师生进行日常教学工作以及科研创新。我校已经引进了多台3D打印机设备用于学生学习和教师科学实验研究，并在全校范围普及该技术，已经形成了浓厚的3D打印的氛围。将“原材料→产品设计→产品成型”全过程搬迁到课堂上，让老师与学生产生真正的互动，学生有了实际参与的环境，将以往枯燥乏味的技术理论和让老师用语言难于表达的产品结构，用实物清楚的展现在学生面前，大大提高了学生的学习乐趣【1】。
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，有利于学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。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【2】。
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。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打印技术，课堂教学将是“令人愉快的”过程。
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【3】。
四、3D打印技术可能产生的问题
一种新技术的发展与壮大需要一个过程，3D打印技术亦是如此。目前，该技术涉及与教育相结合的例子在国内还非常少，这就需要我们不断地去摸索适用于教育教学的各类3D打印机。但是，教育用3D打印机的发展仍然会受到很多方面的制约：
首先是成本方面。3D打印技术还在进一步的完善过程中，其3D打印机的造价还比较昂贵，这对该技术的进一步发展带来了困难。
其次是打印材料方面。3D打印机的基本原理是快速成型技术，其打印材料多采用纳米材料，市场价格比较高，选择的局限性大，且成型产品的物理性能较差，安全方面有待提高。这势必会影响到学校决策层是否会选择使用3D打印机为教育教学服务。
第三是技术方面。3D打印机尺寸规格还没有相应的标准，为了配合课堂教学，灵巧、轻便应成为主流。同时打印的速度也是制约与课堂教学相结合的因素之一，打印塑料制品大约要10个小时，而打印金属制品大约要100个小时，这就无法实现课堂的实时教学工作。对于上述问题，3D打印技术与教育结合的发展方向是低成本、高效率【4】。
五、结束语
高校教育是为了培养大学生未来的生存和工作的基本能力素养，需要具有一定的前瞻性，要与时俱进，培养孩子们能够更好地适应时代的发展，培养学生的创造性思维能力。3D打印技术的普及将会为学校的创新教育提供了新的视角和技术支持。高校可通过开设 3D 打印相关课程，促进学生获取多学科知识，加强学生多领域融合，拓展学生想象空间，提升学生设计能力，增强学生设计严谨性，增加学生就业机会，推动高等院校产学研教学发展，提高企业自主研发能力。3D 打印技术融入到教育的领域中，将会对未来的国家经济发展起到非常关键的作用，相信 3D 打印技术在教育领域中会发挥重要的作用。
参考文献：
[1]王伟伟.3D打印技术在中职教育改革背景下的应用[J].教学研究，2013（11）：22.
[2]朱阁，莫蔚靖.3D打印技术在教学中的应用与探索[J].价值工程，2015（32）：178-181.
[3]王萍.3D打印及其教育应用初探[J].中国远程教育（综合版），2013（08）.
【关键词】：3D打印技术;高校教育;教学
引言
3D 打印机（ 3D printer） 又叫三维立体打印机，能够实现从计算机上设计虚拟3D模型到打印出实物的功能，具有打印精度高、速度快、高易用性等特点。在教育中，国内外众多院校纷纷将3D打印技术引入课堂教学之中。我国多所高校也引进了3D打印技术，用于帮助师生进行日常教学工作以及科研创新。我校已经引进了多台3D打印机设备用于学生学习和教师科学实验研究，并在全校范围普及该技术，已经形成了浓厚的3D打印的氛围。将“原材料→产品设计→产品成型”全过程搬迁到课堂上，让老师与学生产生真正的互动，学生有了实际参与的环境，将以往枯燥乏味的技术理论和让老师用语言难于表达的产品结构，用实物清楚的展现在学生面前，大大提高了学生的学习乐趣【1】。
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，有利于学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。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【2】。
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。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打印技术，课堂教学将是“令人愉快的”过程。
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【3】。
四、3D打印技术可能产生的问题
一种新技术的发展与壮大需要一个过程，3D打印技术亦是如此。目前，该技术涉及与教育相结合的例子在国内还非常少，这就需要我们不断地去摸索适用于教育教学的各类3D打印机。但是，教育用3D打印机的发展仍然会受到很多方面的制约：
首先是成本方面。3D打印技术还在进一步的完善过程中，其3D打印机的造价还比较昂贵，这对该技术的进一步发展带来了困难。
其次是打印材料方面。3D打印机的基本原理是快速成型技术，其打印材料多采用纳米材料，市场价格比较高，选择的局限性大，且成型产品的物理性能较差，安全方面有待提高。这势必会影响到学校决策层是否会选择使用3D打印机为教育教学服务。
第三是技术方面。3D打印机尺寸规格还没有相应的标准，为了配合课堂教学，灵巧、轻便应成为主流。同时打印的速度也是制约与课堂教学相结合的因素之一，打印塑料制品大约要10个小时，而打印金属制品大约要100个小时，这就无法实现课堂的实时教学工作。对于上述问题，3D打印技术与教育结合的发展方向是低成本、高效率【4】。
五、结束语
高校教育是为了培养大学生未来的生存和工作的基本能力素养，需要具有一定的前瞻性，要与时俱进，培养孩子们能够更好地适应时代的发展，培养学生的创造性思维能力。3D打印技术的普及将会为学校的创新教育提供了新的视角和技术支持。高校可通过开设 3D 打印相关课程，促进学生获取多学科知识，加强学生多领域融合，拓展学生想象空间，提升学生设计能力，增强学生设计严谨性，增加学生就业机会，推动高等院校产学研教学发展，提高企业自主研发能力。3D 打印技术融入到教育的领域中，将会对未来的国家经济发展起到非常关键的作用，相信 3D 打印技术在教育领域中会发挥重要的作用。
参考文献：
[1]王伟伟.3D打印技术在中职教育改革背景下的应用[J].教学研究，2013（11）：22.
[2]朱阁，莫蔚靖.3D打印技术在教学中的应用与探索[J].价值工程，2015（32）：178-181.
[3]王萍.3D打印及其教育应用初探[J].中国远程教育（综合版），2013（08）.