3D 打印技术在中学教学中的应用与探究

• 摘要：3D打印技术应用在中学学科教学中是教学改革的一大创新。目前,在大多数学校中,3D打印技术依然停留在教技术的层面上,而理想状态是把3D打印技术与学科教学相结合,提高学生的学习兴趣、培养他们的动手能力、创新能力和空间思维能力。让教师将课本上的将知识形象化、将内容立体化，有利于开展更加生动形象的教学新模式，激发学生学习的积极性，最终提高教育教学质量。
  关键词：3D打印技术、学科教学、教育新模式
  3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，运用金属或者塑料等材料，通过逐层打印的方式来构造实物模型的技术。3D打印技术引入中学教育可以提高学生的创新能力和创新思想，因此，各国政府都对3D打印技术引进课程非常重视。由于上级的重视，近年来，3D打印技术井喷式地进入了中小学课堂。在未来，3D打印技术在学科教育上的应用将进一步扩大，这将是一种潮流、势不可挡！
  一、3D打印技术在教学中应用的优势
  在我国，很多学校开设了集三维设计与3D打印于一体的课程，这类课程让抽象的实物立体化，这就激发了学生产生一个想法，能不能将3D打印技术与语文、数学、物理、生物等多学科相融合，使复杂知识形象化，促进他们的理解。3D打印技术在教学中应用的主要优势有以下几点：（1）学生可以对某些科学现象或科学过程进行可视化观察，鼓励学生动手实践，培养学生的创新意识，激发学生潜能；（2）通过3D打印技术实现视觉和触觉的结合，不同于简单的阅读文本和图像。 这就为学生建立了新的学习渠道，加深了他们对知识的理解和记忆，并激发了他们进行深入学习的热情；（3）通过简单的建模软件的学习，拓展了学生的空间思维能力，也方便了以后对专业建模软件的学习。
  二、3D打印技术在教学活动中的具体应用
   1.3D打印技术在语文学科中的应用
  在初中语文《人民大会堂》一课的教学。人民大会堂的结构非常复杂。在过去，教学主要依靠学生对课文的理解来把握课文的内容。他们用图片和视频来帮助学生了解人民大会堂的结构与功能。利用3D打印技术可以更形象地展示人民大会堂的内部结构；利用3D打印技术，教师可以打印出一个“真实”的“人民大会堂”，供学生观察、讨论、研究，这样教学过程将变得生动、富有乐趣，教学效率自然会大大提高。
   2.3D打印技术在数学学科中的应用
  数学中的立体几何对学生来说常常是困难的。过去，在这部分教学中，教师大多使用爆炸图，或者利用泥巴模型的方法来帮助学生理解几何的变化。准备这些教具花费很多时间，但效果并不理想。利用3D打印技术，教师可以轻松地为学生打印出所需的几何图形，并根据需要进行实际的切割或其他改变。这种教学方法易被学生且事半功倍。例如，当一个圆柱被斜切时，横截面是什么?通过画图的方式很难理解。利用3D打印技术，这个问题将变得很简单。学生可以在3D打印的实物上建立一个斜面，相当于一个“斜切面”，然后在截面上进行进一步的测量和计算，得出自己的结论，这样一个数学问题就简单地被解决。
   3.3D打印技术在物理学科中的应用
  在物理学科中可以利用3D打印技术的理念来开展教学的活动有物态变化章节和光现象章节。物理状态变化一章主要包括温度、熔化与凝固、汽化与液化、升华与凝华这四部分，要用四节课讲完。在教育教学过程中，学生可以通过学习3D打印技术的原理和材料特性，了解3D打印是通过材料的熔化和凝固来构建实物。3D打印技术这一课教学中的好处有以下几点：（1）教学过程更简单，只要一节3D打印课就可以学完熔化和凝固的知识；（2）理论知识与科学技术相结合，让学生明白理论是科技进步的基石；（3）使课堂更生动有趣，体现了“以学生为本”的教育教学理念；（4） 通过观察3D打印机的操作过程，可以更有效地完成熔化和凝固概念的学习。
  4.3D打印技术在生物学科中的应用
  在生物教学中，老师通常会用生物模型来教学，让学生更好地理解所学的知识。分析现有资料显示,许多现有的生物模型缺乏立体感和完整性,并且会有科学错误、结构表征不当等问题，这都是不利于生物学教学的，甚至会误导学生形成错误的生物概念。利用3D打印技术开展生物模型构建活动，然后将3D打印的生物模型利用在生物教学中，这在培养学生的模型构建能力和科学思维能力的同时，也开发出适合中学生物教学的3D打印生物模型。
  5.3D打印技术在信息技术学科中的应用
  计算机硬件知识和计算机装配一直是信息技术学科教学的难点之一。在一些硬件条件薄弱的学校，教师只能使用少量的设备给学生进行集体演示与观察。学生很难直接接触到网卡、主板、CPU和内存模块等，他们所获得的知识往往是模糊的。随着3D打印技术的出现，这些配件可以按1:1的比例打印出来，分发给每个学生，满足学生近距离观察、接触和组装的愿望。
  三、3D打印技术教学实践中的问题和建议
  3D打印技术拓宽了人们的感觉和知觉，促进了人们思维能力的进一步发展，它与教学的整合势在必行。目前，3D打印技术在教学实践中存在许多问题。为了更好地在中学学科教学中融入3D打印技术，个人将提出以下建议。
  （1）3D打印机是教学科研的基础设备，学校应该安装配套的3D打印机，如果教学和资金条件允许，还可以安装配备的外围设备，如3D扫描仪等。
  （2）编辑规范化的3D打印教材。据搜索表明，关于3D打印技术方面的书籍不多，适用于中学生使用的更少，因此，编写适合中学生使用的3D打印技术教材迫在眉睫，然而，学校也可以编写符合自己教学要求的教材。
  （3）对各科教师培训3D打印技术。3D打印技术与各学科的融合就需要各科教师都掌握3D打印技术，以便在教学中使用。在培训过程中，除了培训相应的3D打印技术外，还要注重培训教师如何引导学生的思维发散力和想象力。
   
发布日期：2020-05-17 09:35:25 浏览：