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
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Ｉ ｌ
３ Ｄ打印技术在 中小学教学 中的应用
一 一
以英 国中小学课堂 引进 ３ Ｄ打印技术项 目为例
郑燕林
李柯影
（ 东北师范大学 计算机科学与信息技术学院 ，吉林长春 １ ３ ０ １ １ ７ ） 摘要 ：３ Ｄ 打印技术基 于 “ 设计 即生产” 的基本理念 ，通过支持 学生在 学习过程 中的深度体验 与参 与发展学 生的
快速 打 印 实物 功能 的支 持 下 ，学生 可 以将 时 间和精 力 集 中在创 新 设计 环节 ，有 助 于创 新思 维 的培
养。 创新 启 于格 物致 知 ， 创 新 思维 启 于透彻 地 分析 打 印任 务和丰 富的实 践经 验 ， 是进 行创 新 设计 、
打 印 出创 新 性个 性 化作 品 的基 础和 源泉 。 学 生通 过主 动参 与创 新 设计 、 全面 细 致地 分析 打 印任 务 ， 充分 发挥 想 象 力和创 造 力 ，最 终打 印 出个性 化 的作 品 。
创造性思维和跨学科 思维，同时也有助于提升学生的实践能力。该文主要分 析英国 中小学在学科教学 中引入 ３ Ｄ
打印技术的 目标指 向、应用方式，并分析 影响 ３ Ｄ 打 印技术在 学科 教学 中有效应 用的相 关因素，为探 索教师在 学 科教学 中适 当应 用 ３ Ｄ打 印技术提供参考。
关键词 ：英国 ；３ Ｄ 打 印技术 ；学科教学 ；创 新设计 ；体验 式学 习
引言
３ Ｄ 打 印技术 以计 算机 辅助设 计 （ Ｃ ＡＤ）软 件生 成 的或通 过 实体 扫描设 备扫 描实 物所 获得 的
数字模型文件为基础 ，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料 ，通过 “ 积层造型法”逐层打印材料
层 创 建物 体 ，主要 用于 原型 设计 以及组 件 或产 品地制 造 Ⅱ 。３ Ｄ 打 印技 术 实现 了 “ 设计 即生产 ”
【 中图分类 号 】Ｇ ４ ０ — ０ ５ ７【 文 献标 识码 】Ａ 【 论文 编 号 】１ ０ ０ ９ － － ８ ０ ９ ７（ ２ ０ １ ５ ）０ ４ —０ ｌ ０ ８ —０ ７［ ｂｏｉ ｌ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ ． ８ ０ ９ ７ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ４ ． ０ １ ６
虽然 ３ Ｄ 打 印技 术在 上述 多个 领域 的应 用受 到关 注 ，但 目前针 对 ３ Ｄ 打 印技 术在 基础 教育 领
域 深 入应 用的 系统研 究相 对较 少 。英 国教 育部及 相 关组织 机构 于 ２ ０ １ ２ — ２ ０ １ ３年实施 了为期一 年 的 探究 ３ Ｄ 打 印技术 在 学科教 学创 新 中的应 用 ，该 项 目不仅 取得 了实质性 教学 应用 成果 ，而 且推 动 了 ３ Ｄ 打 印技 术在 教育 领域 中 的应 用 ，为 更多学 校 引进 ３ Ｄ 打 印技 术 ，变革 教 与学 的模式 起到 示 范与 引领作 用 。本文 结 合英 国 ３ Ｄ 打 印技术 教学 应用 案例 ，深入 分 析 ３ Ｄ 打 印技 术在 英 国中小 学
易 引起学生 参 与基于 该技 术 的学 习活动 的好 奇心和 兴趣 ，激发 他们 主动 参与 学 习活动 的动机 。其 次 ，３ Ｄ 打 印技 术 的独特 功 能一 陕速打 印模 型或 实物 ，支 持并 激励 学生 主动 参与 打 印活动 。学
生 可 以利用 ３ Ｄ 打 印机将 自己 的创 新设 计或 想法 以可 视化 方式 呈现 给教 师和 其他 学 习者 ， 由此 获
的创想，具有快速生成 的特点，不但能够实现从零件设计到整体设计的跨越，而且所 “ 打印”的 产 品，较 之传 统方 法所 生产 的产 品具有 更 强 的稳 固性 、更精 密 的结构 ，支持 更有创 意 的设计 与 生 成 ，因此 近 年来在 机械 制造 、生物 医药 、建筑 设计 、艺术 创造 等 多个 领 域受 到越 来越 多地 关注【 ３ 】 。
技 术工 具应用 到教学 活动 中 ，促 进 学生 学 习主 动性 的提 高和 学生 创新 思维 的培 养 。
一
方面 ，３ Ｄ 打 印技术 本身 的功 能特 性 以及对 学 习活动 的支 持作 用 决定 了其作 为技 术支 持 工
具 对 提升 学生 学 习主动 性有积 极 影响 。首 先 ，３ Ｄ 打 印技术 作为 一种 新 型技 术 ，其 新 颖性 更加 容
２指 向探索新的教学方法
教 学 中应用 的 目标指 向、应用 效果 及影 响 因素 ，探 究 ３ Ｄ 打 印技术 在教 学应 用推 广时 需要注 意 的 问题 ，希 望为 学校教 育 引入 ３ Ｄ打 印技 术提供 一 定 的参 考 。
一
３ Ｄ打印技术在英国 中小学教学 中应用 的目标指 向
１指向提升学生 的学习主动性 、培养学生的创新思维 基 于对 ３ Ｄ 打 印技 术本 身特性 的把 握 ，发现 该技 术可 以作 为动 力激 发工 具和支 持 创新 设计 的
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得 的成就 感 ， 不仅 会 促使 学 生更 加积 极 主动 地参 与 学 习活动 ， 而且 会 激励他 们 主动 参 与创新 设 计 。
第三 ，３ Ｄ 打 印技 术支 持 的 学 习活动 有助 于 体现 学 生作 为 学 习活动 主体 主 动参 与学 习 的重要 性 和 价值 ，进 而促 进学 生主 动参 与 学 习活动 。基 于 ３ Ｄ 打 印技术 的学 习任 务 ，需 要学 生主 动分 析打 印 任务 、参 与计 划 与决 策 、参 与 创新 设计 原 型 ，这 种主 体 意识和 被 需要 的感 觉让 学 生意 识到 自己在 学 习过程 中的重 要 性和 价值 ，促使 学生 更加 的主动 地参 与 到打 印活 动 。 另 一方 面 ，为 保证 学生 主 动参 与并 有 效进 行 学习活 动 ，英 国教 育研 究者 认 为在 ３ Ｄ 打 印技 术
３ Ｄ打印技术在 中小学教学 中的应用
一 一
以英 国中小学课堂 引进 ３ Ｄ打印技术项 目为例
郑燕林
李柯影
（ 东北师范大学 计算机科学与信息技术学院 ，吉林长春 １ ３ ０ １ １ ７ ） 摘要 ：３ Ｄ 打印技术基 于 “ 设计 即生产” 的基本理念 ，通过支持 学生在 学习过程 中的深度体验 与参 与发展学 生的
快速 打 印 实物 功能 的支 持 下 ，学生 可 以将 时 间和精 力 集 中在创 新 设计 环节 ，有 助 于创 新思 维 的培
养。 创新 启 于格 物致 知 ， 创 新 思维 启 于透彻 地 分析 打 印任 务和丰 富的实 践经 验 ， 是进 行创 新 设计 、
打 印 出创 新 性个 性 化作 品 的基 础和 源泉 。 学 生通 过主 动参 与创 新 设计 、 全面 细 致地 分析 打 印任 务 ， 充分 发挥 想 象 力和创 造 力 ，最 终打 印 出个性 化 的作 品 。
创造性思维和跨学科 思维，同时也有助于提升学生的实践能力。该文主要分 析英国 中小学在学科教学 中引入 ３ Ｄ
打印技术的 目标指 向、应用方式，并分析 影响 ３ Ｄ 打 印技术在 学科 教学 中有效应 用的相 关因素，为探 索教师在 学 科教学 中适 当应 用 ３ Ｄ打 印技术提供参考。
关键词 ：英国 ；３ Ｄ 打 印技术 ；学科教学 ；创 新设计 ；体验 式学 习
引言
３ Ｄ 打 印技术 以计 算机 辅助设 计 （ Ｃ ＡＤ）软 件生 成 的或通 过 实体 扫描设 备扫 描实 物所 获得 的
数字模型文件为基础 ，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料 ，通过 “ 积层造型法”逐层打印材料
层 创 建物 体 ，主要 用于 原型 设计 以及组 件 或产 品地制 造 Ⅱ 。３ Ｄ 打 印技 术 实现 了 “ 设计 即生产 ”
【 中图分类 号 】Ｇ ４ ０ — ０ ５ ７【 文 献标 识码 】Ａ 【 论文 编 号 】１ ０ ０ ９ － － ８ ０ ９ ７（ ２ ０ １ ５ ）０ ４ —０ ｌ ０ ８ —０ ７［ ｂｏｉ ｌ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ ． ８ ０ ９ ７ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ４ ． ０ １ ６
虽然 ３ Ｄ 打 印技 术在 上述 多个 领域 的应 用受 到关 注 ，但 目前针 对 ３ Ｄ 打 印技 术在 基础 教育 领
域 深 入应 用的 系统研 究相 对较 少 。英 国教 育部及 相 关组织 机构 于 ２ ０ １ ２ — ２ ０ １ ３年实施 了为期一 年 的 探究 ３ Ｄ 打 印技术 在 学科教 学创 新 中的应 用 ，该 项 目不仅 取得 了实质性 教学 应用 成果 ，而 且推 动 了 ３ Ｄ 打 印技 术在 教育 领域 中 的应 用 ，为 更多学 校 引进 ３ Ｄ 打 印技 术 ，变革 教 与学 的模式 起到 示 范与 引领作 用 。本文 结 合英 国 ３ Ｄ 打 印技术 教学 应用 案例 ，深入 分 析 ３ Ｄ 打 印技 术在 英 国中小 学
易 引起学生 参 与基于 该技 术 的学 习活动 的好 奇心和 兴趣 ，激发 他们 主动 参与 学 习活动 的动机 。其 次 ，３ Ｄ 打 印技 术 的独特 功 能一 陕速打 印模 型或 实物 ，支 持并 激励 学生 主动 参与 打 印活动 。学
生 可 以利用 ３ Ｄ 打 印机将 自己 的创 新设 计或 想法 以可 视化 方式 呈现 给教 师和 其他 学 习者 ， 由此 获
的创想，具有快速生成 的特点，不但能够实现从零件设计到整体设计的跨越，而且所 “ 打印”的 产 品，较 之传 统方 法所 生产 的产 品具有 更 强 的稳 固性 、更精 密 的结构 ，支持 更有创 意 的设计 与 生 成 ，因此 近 年来在 机械 制造 、生物 医药 、建筑 设计 、艺术 创造 等 多个 领 域受 到越 来越 多地 关注【 ３ 】 。
技 术工 具应用 到教学 活动 中 ，促 进 学生 学 习主 动性 的提 高和 学生 创新 思维 的培 养 。
一
方面 ，３ Ｄ 打 印技术 本身 的功 能特 性 以及对 学 习活动 的支 持作 用 决定 了其作 为技 术支 持 工
具 对 提升 学生 学 习主动 性有积 极 影响 。首 先 ，３ Ｄ 打 印技术 作为 一种 新 型技 术 ，其 新 颖性 更加 容
２指 向探索新的教学方法
教 学 中应用 的 目标指 向、应用 效果 及影 响 因素 ，探 究 ３ Ｄ 打 印技术 在教 学应 用推 广时 需要注 意 的 问题 ，希 望为 学校教 育 引入 ３ Ｄ打 印技 术提供 一 定 的参 考 。
一
３ Ｄ打印技术在英国 中小学教学 中应用 的目标指 向
１指向提升学生 的学习主动性 、培养学生的创新思维 基 于对 ３ Ｄ 打 印技 术本 身特性 的把 握 ，发现 该技 术可 以作 为动 力激 发工 具和支 持 创新 设计 的
１ ０８
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得 的成就 感 ， 不仅 会 促使 学 生更 加积 极 主动 地参 与 学 习活动 ， 而且 会 激励他 们 主动 参 与创新 设 计 。
第三 ，３ Ｄ 打 印技 术支 持 的 学 习活动 有助 于 体现 学 生作 为 学 习活动 主体 主 动参 与学 习 的重要 性 和 价值 ，进 而促 进学 生主 动参 与 学 习活动 。基 于 ３ Ｄ 打 印技术 的学 习任 务 ，需 要学 生主 动分 析打 印 任务 、参 与计 划 与决 策 、参 与 创新 设计 原 型 ，这 种主 体 意识和 被 需要 的感 觉让 学 生意 识到 自己在 学 习过程 中的重 要 性和 价值 ，促使 学生 更加 的主动 地参 与 到打 印活 动 。 另 一方 面 ，为 保证 学生 主 动参 与并 有 效进 行 学习活 动 ，英 国教 育研 究者 认 为在 ３ Ｄ 打 印技 术
