3D打印技术在教育中的应用分析

摘要：近年来，3D打印作为一种快速成型技术，在各行各业得到不同程度的快速发展，同时必将给我们的教育发展带来不一样的体验。本文在了解分析3D打印技术的基础上，阐述3D打印在教育教学中的作用，进一步反思3D打印教育应用的局限性，为3D打印更好的应用于教育教学提供指导和建议。

关键词：3D打印；教育教学；应用

随着3D打印技术的发展，各个领域都在与其不断融合，3D打印将引领各行业发展的新趋势。那么3D打印应用于教育又将是怎样一番景象，我们有待思考。新媒体联盟（New Media Consortium，NMC）在 2013 年地平线报告中提出，3D 打印是未来四到五年内值得关注的新技术，它将带来教学、学习和研究领域的创新^[1]。

1、3D打印的定义

3D打印作为一种快速成型技术，他是运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，将设计的数字模型文件通过逐层打印的方式呈现出来。

3D打印产品的制作过程（如图1）主要分为设计和打印两个阶段。设计阶段主要是要完成模型的建构，我们可以借助三维建模软件进行模型的设计或者是通过三维扫描的方式获取模型。打印过程则主要是将设计好的模型输入到电脑中借助3D打印机配置的专业软件对模型进行逐层切分，然后进行分层打印，经过层层累积构成一个实物的立体模型。

2、3D打印在教育教学中的作用

2.1激发学习兴趣，培养创造性和实践能力

3D打印能够有效激发学生的DIY兴趣，学生借助3D打印技术可以将构想的设计变成真实的模型，将抽象概念具体化，使学习活动更加丰富，更加生动。学生参与设计制作，有效激发实践热情，培养创造意识。此外，3D打印可以激发学生的想象力，增强学习实践体验。在实践学习活动过程中，学习者的动手能力、设计能力和思维能力等得到全面发展和提高，这是推动学习者创新精神和创造能力发展的重要环节，对创新型人才的培养具有积极意义[5]。

2.2打造新型教具，提供教学支持

教学过程中通过3D打印制造新型教具，使得许多抽象的模型变成现实，扩展了学生的感官知觉，弥补了直接经验的不足。同时，新型教具的使用变抽象概念为具体，可以使教学活动更生动高效，为抽象思维概括创造条件。在中学生物教学过程中，如细胞、细菌结构、DNA、蛋白质等教学要用到大量模型，以往课堂只能呈现平面化的图片让学生观察，对于学生来说这很难理解，不利于构建结构化的模型。3D打印技术可以将其结构模型打印出来供学生观察理解，还可以进行分部分打印，如细胞结构图可以将细胞膜、细胞壁、细胞核等分别打印出来，再让学生进行组装。教学过程中借助这些实体化的教具，有利于学生加深对学习内容的理解，既可以学到知识，又可以培养学生的动手能力。

3、3D打印教育应用的局限性

3D打印应用于教育仍处于初级阶段，各方面的应用条件还不够成熟。固然3D打印技术对教育教学的改革有重大意义，但是设备成本、专业人员分配等因素也是不可忽略的。因此，3D 打印应用于教育行业还是存在一定局限性的。

3.1成本高，学校难以承担

3D打印技术发展迅速但是仍然处于初期阶段，技术普及程度有待提高。而应用于教学，显然其设备、材料等成本相对较高。加上后续的管理和维护，一所普通的学校是很难承担这些费用的。最近有业内人士表示，小型桌面 3D 打印机已经变得比较便宜了，售价大概为1.8 万元。不过便宜也是相对而言，对桌面设备来说，1.8 万对于普通大众阶层还是过于偏高，并且它的成品率也并不能保证百分之百，有一定的良品率限制，打印材料不光种类少，价格也相对较贵[8]。对于大多数地区院校而言，3D打印投入成本已超出其所能承受的范围，也就意味着这些学校无力承担此费用，3D打印教学的开展也就会受到限制。

3.2缺乏专业人才的指导

3D产品的设计打印不是一蹴而就的，需要有专业人才的指导。当前3D打印技术方面的师资薄弱，对很多教师来说，自己都没有接触过3D打印，或者说只是简单地了解，并不具备熟练应用3D打印技术的能力。另外，3D打印的关键部分是对模型的设计，这就要求教师拥有丰富的技术基础，并具有良好的空间设计思维。就当今发展而言，3D专业人才远远不能满足现实的要求，师资队伍与发展要求之间存在矛盾。这就使得3D打印在教育教学中的应用受到很大阻碍。

3.3 3D打印指导下的教学模式不完善

当前3D打印作为一种新技术站在教育发展的历史舞台上，为教育教学方式的变革提供了一种新的思路，一条新的道路。然而，新技术指导下的教学模式是怎样的呢？对于这一问题，目前还没有系统的顶层设计，具体的过程设计也处于探索阶段。还有，3D打印技术的应用还不够成熟，范围还不够广泛，另一方面对于3D打印究竟如何有效的指导教学还在探索阶段。各地各学校应用3D打印技术只是作为一种新兴媒体，同时也在不断相互适应，从而不断改进教学模式。

4、总结

在教学活动中利用3D打印技术，可以创新教学情境，提供更好的教学支持，还可以激发学习兴趣，促进学生的参与性，有利于培养学生的创造性和实践能力。这对教育的发展起到很大的推动促进作用。

但是，该技术地应用发展对人才的要求较高，当前的专业人员还不能满足其发展的需求。同时，3D打印教学的成本较高，大多学校无力承担其高昂的费用以变革教学。另外，具体如何运用3D打印，3D打印教学的教学模式又是怎样的？如何更好地发挥其在教育中的作用？这一系列问题的答案都还不够明确，3D打印教学的发展有待进一步探索研究。笔者相信随着技术的发展进步，上述问题终将被克服，3D打印技术将为教育教学改革带来一片新的天地。

参考文献：

[1]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.

[2]金波. 3D打印技术的教育应用研究[J]. 浙江教育技术,2016,03:62-64.

[3]李建雯. 3D打印在教育领域的应用前景[N]. 山西青年报,2013-11-10006.

[4]花燕锋,张龙革.3D打印技术在教育中的应用研究[J].中小学电教,2014,06:16-19.

[5]王萍. 3D打印及其教育应用初探[J]. 中国远程教育,2013,08:83-87.

[6]童宇阳.3D打印技术在中小学教学中的应用研究[J].现代教育技术,2013,12:16-19.

[7]卜娟娟,肖瑞雪,麻娟,王晓曼,乌日娜. 3D打印技术在中小学教育中的应用研究[J]. 软件导刊(教育技术),2014,12:94-95.

[8]王正玉.小学3D打印课程的设计与开发研究[D].上海师范大学,2014.