摘要：隨著科技的飛速前進，創新能力的培養和提高在中小學教育中顯得越來越重要。3D打印作為當今時代的一項創新技術，雖然在許多不同領域里都得都到了廣泛的應用，但它在教育方面的運用還處于啟蒙階段。本研究將3D打印技術與創新能力培養相結合，從理論方面和實踐方面出發，闡述了怎樣在3D打印技術教學過程中培養學生的創新能力。
關鍵詞：3D打??；創新能力；3D打印教學
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）10-0147-02
Abstract： with the rapid advancement of science and technology， the cultivation and improvement of innovation ability is becoming more and more important in education. As an innovative technology of The Times， 3D printing has been widely used in many different fields， but its application in education is still in the enlightenment stage. This research combines 3D printing technology with innovation ability training， and explains how to cultivate students' innovation ability in 3D printing technology teaching process from theoretical aspects and practical aspects.
Key words： 3D printing；innovation capability；3D printing teaching
在?F在這個科技飛速發展的時代，創新能力的培養和提高在中小學教學中變得越來越重要。在學習過程中，要想提高同學的想象力，首先要激起同學的學習興趣，其次再引導他們建立起一個立體化思維體系?；?D打印技術的創新能力培養，不僅可以使一些在傳統教育中表現不好的學生也產生學習興趣，還能培養他們的創新能力，讓他們體驗到新技術帶來的巨大能量，增強他們的自信心。將3D打印技術引入課堂，學生不但能夠學習到3D打印技術并在3D打印物品中更具體地學習專業知識，而且還能見識到新技術、提高自我的操作能力和創新能力。
3D打印技術引入課堂教學后，將顛覆傳統的教育方式。在3D打印技術的教學過程中，同學在親眼看到3D實體模型的同時，在大腦中構思并自己制造3D模型。在這種環境下，無聊的教學將會變得形象有趣，學生的創新能力和動手能力將得到大大的提升。
1 3D打印技術在教學中的現狀及問題
3D打印技術已經出現30多年，只是它始終游離在大眾視線以外，一直到最近幾年它的價格堡壘被打破才逐漸進入了公眾的視線。在國外，很多學校都已經把3D打印技術引入課堂教學。我國3D打印技術在教育領域的應用還處在啟蒙階段，但是隨著3D打印機各方面費用降低以及對技術方面要求的降低，它的應用領域會逐步擴大，政府和學校一定會越來越重視這項技術。
1.1 3D打印技術的教學現狀
上世紀90年代初以來，一些高校在3D打印設備制造、3D打印材料等范疇展開了深入的研究并獲得了一定的成就，有些技術已經達到國際頂尖水平。在發達國家，3D打印技術幾乎已經成為了中小學必不可少的課程，其中以英國政府最為重視，2012年，英國教育部與英國數學創優中心、英國物理院聯合開展活動，從四十多所一流的中小學中選出了二十一所學校當做測試點，將3D技術應用到數學和計算機科學等科目中；到2013年，試點學校已經增加到了六十所；從2014年起，英國計劃年滿5歲的兒童就必須學習計算機和3D打印技術；2016年，英國政府要求每一所學校都必須配備3D打印機。
1.2 3D打印技術在教學中產生的問題
目前，我國在教育領域的確逐步開始了將3D打印引入課堂教育的嘗試，可是基本都是剛剛起步，還有不少的困難需要克服。主要困難在四個方面：一是成本方面，由于3D打印機的使用成本較高，要把3D打印技術普及到課堂教學中還是有一定的困難；二是打印材料方面，不是全部材質的材料都能制作成精細的糊狀，現在3D打印的制作材料多數是應用化學聚合物，材料可選擇的范圍比較窄，制作成品的物理特性并不像想象中那么好；三是使用方面，就目前來看，我國3D打印技術的使用范圍并不是很廣泛，在中小學教學中也還未設有需要使用3D打印技術的相應課程；四是使用性能方面，3D打印技術的使用性能還在不斷地完善中。
2 3D打印技術在教學中的優勢分析
2.1 能夠幫助學生提高學習興趣
在過去的課堂教學中，老師和同學是缺乏交流的，老師總是一味的講課而不顧同學的思緒身處何方，這種情況下，老師的講課如同催眠或是聽望天書，沒有絲毫趣味可言。而基于3D打印技術的課堂教學，是一種在“做中學”的教學模式。在這種教學模式下，課堂氛圍不再是死氣沉沉的，學生會有充分的時間動腦思考，有更多機會動手操作，這樣的課堂會充滿歡聲笑語，同學之間愉快討論學習問題，老師和同學也會增加彼此間的溝通交流。當老師在黑板上畫一個平面圖來解釋一個多維立體的東西，可以使用3D打印機來輔助教學，打印出對應的實物結合適當的板書教學，讓學生在學習過程中參考實物理解，從而提高教學質量。在實驗課上，學生還可以分組設計不同的3D模型，每個學生都能積極參與討論與設計，說出自己想法并實施；實體模型還可進行小組評比來提高他們的學習興趣，他們能通過觀察別人的優勢彌補自己的不足。因此，可以說在“做中學”這種教學方式，對于提高中小學生的學習興趣是非常有幫助的。 2.2 有助于學生建立立體化思維體系
將3D打印技術引入教學，有利于提高學生的空間想象力和動手操作能力，可以促進學生建立立體化的思維體系。3D模型設計是一個培養創新思維能力的過程，3D思維模式是對傳統思維模式進行重建，3D打印則是對設計和思考的具體實現。3D打印技術可以幫助學生在大腦中建立立體化的思維體系。比如老師在教授難理解的概念知識的時候，學生絞盡腦汁也想象不出它的空間結構，此時老師就可以引導學生想象出三維物體結構，讓學生用設計軟件自己設計出3D模型。在設計和思考的過程已經加深了對這個知識點的理解，再用3D打印機將這個3D模型打印出來，通過觀察實體模型來理解知識，可以更加一目了然。這個過程不僅能夠使學生手腦合一的學習，還可以使學生在大腦里慢慢建立起一個立體化的思維體系。
2.3有助于提高學生創新能力
中小學生想象力是最發散的，不像成年人會受已有知識的限制，所以在3D打印技術課堂教學過程中，可以先讓學生在自己的大腦中想象并設計出一個創意模型，然后再使用3D打印機打印出來。當他們看到自己設計的作品時，心中會充滿成就感，并展開無限遐想。此時，在課堂中不斷地鼓勵學生設計不同的3D模型，能夠激發學生真正的潛能。在引導他們不斷地發問的同時，也要要求他們提高自己解決問題的能力，鼓勵他們自己翻開課本和上網查詢，解除他們的疑惑，因為老師不一定有足夠的時間能解答所有問題，所以要合理引導他們的創新思維并幫助學生團隊填充短板思維，而這種教學法在3D打印技術課堂中是可以??現的。因此，基于3D打印技術的課堂教學，有助于提高學生創新能力。
3 3D打印技術在中小學生教學中的應用
3.1 在理論方面的應用
把3D打印技術應用到教育中，能夠把課本上學生難以理解的知識點轉化成學生能夠看懂的實體模型，通過對實體模型的觀察來幫助學生學懂知識的難點，這種邊做邊學的教學模式能夠培養學生的創新思維。3D打印技術應用到教育，彌補了傳統教學的弊端，將三維物體呈現在學生面前而不是傳統教學的跟著書本念，針對空間想象能力普遍較差的中小學生，在講解知識的時候拿出實體，讓學生更直觀，更清晰的學習。通過與傳統的教學模式相對比，3D打印技術教學在教育領域中具有明顯的優勢。
3.2 在“數學”學科中的應用
相對其他學科而言，數學是缺乏形象性的一門學科，以往的數學課堂教學都是通過不停地計算、推理來掌握知識點。而將3D打印技術與數學結合教學，可以把抽象難理解的定理形象地展現在學生面前。例如，對于空間想象力普遍較差的小學生，可以用3D打印機打印出實體模型來讓他們觀察學習，也可以讓他們自己設計簡單的數學模型打印出來，他們就能更容易地理解教師所講的知識難點。
3.3 在“科學”學科中的應用
科學這門學科包含了多方面的知識，各個小學都有開設科學這門學科，主要是培養小學生探索奧秘的精神，以及尋求問題答案的執著追求，通過各種科學實驗幫助他們找到問題的答案。但是科學實驗很多是不方便實施的，而當3D打印技術與科學相結合時，就可以很好地解決這個難題。比如老師要講一個細胞模型，可以通過3D打印機打印出來，讓學生直觀地看到細胞結構，印象更深刻，讓他們邊觀察實物模型教師邊講授相關知識，這能使學生理解知識的速度更快。在做物理中的各種實驗時，可以把學生分成幾個小組，讓他們自己設計模型并打印出來完成實驗，這可以培養學生動手能力和思維創新能力。
4總結
綜上所述，將3D打印技術引入到中小學的課堂教學中，能夠讓師生之間有更多的交流互動時間，幫助學生找回學習興趣；能夠讓學生有自由想象的空間，幫助他們提高創新能力；有助于學生建立立體化的思維體系等。因此，3D打印技術普及到中小學教育中，必定會有諸多的益處和廣大的發展空間。
參考文獻：
[1]臧珊珊. 面向創客教育的小學3D打印立體化教材的設計與開發研究[D].深圳大學，2017.
[2]常偉.3D打印技術的教育創新初探[J].大眾文藝，2017（10）：245.
[3]張景龍，張劍波.3D打印技術在高校創新創業教育中的應用[J].張家口職業技術學院學報，2016，29（4）：60-63.
[4]徐德亮.技術是驅動教育創新的引擎――3D打印在中小學教學中的應用[J].中小學信息技術教育，2016（10）：65-66.
[5]王同聚.3D打印技術在創客教育中的應用與實踐――以中小學創客教育為例[J].教育信息技術，2016（6）：11-14.
[6]潘愛瓊，周浩兵.基于3D打印技術的創新型人才培養初探[J].時代教育，2016（3）：19+21.
[7]Lin Zhang. Customized Design and Production with 3D Printers in Cloud Manufacturing[A]. 武漢理工大學.2015物聯網及其應用國際論壇會議文集[C].武漢理工大學，2015：2.
[8]Li-hua XIN. Exploration and Application of 3D Printing Technology in Innovative Experimental Training[A]. Advanced Science and Industry Research Center.Proceedings of 2014 International Conference on Social，Education and Management Engineering（SEME 2014）[C].Advanced Science and Industry Research Center，2014：5.
