3D打印技术在高中通用技术课程中的应用研究_李媛媛

从想象到虚拟
第五阶段
虚实创造
通过想象，虚拟搭建，3D 打 印机，创造心中所想
从想象、虚拟到 实体创建
传 统 的 教 学 都 是 间 接 经 验 的 传 授 ，而 3D 打 印 将 虚 拟 模 型 变 为 现 实 ，拓 展 了 学 生 的 感 知 觉 ，增 强 了 触 觉 体 验 ，促 进 了 人 类 思 维 和 创 新 能 力 的 发 展 ，将 其 应 用 到 教 育有一定的意义。随着 3D 打印技术相关校本课程在我 国 部 分 学 校 的 展 开 ，一 些 研 究 者 试 图 将 3D 打 印 技 术 融 入 具 体 学 科 教 学 ，培 养 学 生 创 新 能 力 ，提 高 教 学 质 量 。 将 3D 打印技术与高中通用技术课程结合具有很重要的 现实意义。
2.泰河中学
泰 河 中 学 自 2010 学 年 起 ，信 息 技 术 组 开 始 策 划 、筹 备 职 业 技 能 类 校 本 选 修 课 程《设 计 大 师》。 依 托 通 用 技
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术 学 科 和 机 房 硬 件 设 施 ，由 通 用 技 术 课 程 教 师 讲 授 计 算 机辅助设计相关内容。为了进一步激发学生创造发明 的热情，该校将 3D 打印技术运用于课程中，将其设计作 品快速成型实物化。该课程的开设为学生今后步入高 校 学 习 工 业 设 计 做 好 铺 垫 ，目 前 已 入 选 第 三 批 宁 波 市 普 通 高 中 精 品 选 修 课 程 。 [7]
二、国内 3D 打印在教育中的应用案例
3D 打印技术主要应用于工业制造、建筑设计、食品、 生 物 医 疗 和 教 育 等 领 域 ，并 且 有 许 多 成 功 的 3D 打 印 案 例 。 在 生 物 医 疗 领 域 ，英 国 牛 津 大 学 的 黑 根 · 贝 利 教 授 在《科 学》杂 志 上 发 表 ，他 们 已 经 利 用 特 制 3D 打 印 机 打 印 出 类 似 生 物 组 织 的 材 料 ，打 印 出 来 的 材 料 质 地 与 大 脑 和 脂 肪 组 织 相 似 ，可 做 出 类 似 肌 肉 样 活 动 的 折 叠 动 作， 且具备像神经元那样工作的通信网络结构，可用于修复或 增强衰竭的器官。[4]在工业领域，美国 Autodesk 公司软件 工程师埃文·阿瑟顿通过一台 ObjectConnex500 3D 打 印 机 ，使 用 橡 胶 和 塑 料 两 种 材 料 混 合 打 印 出 一 款 球 形 音 箱 的 水 晶 外 壳 。 2013 年 5 月 5 日 ，25 岁 的 德 克 萨 斯 大 学 法 律 系 学 生 科 迪 · 威 尔 森 首 次 使 用 3D 打 印 技 术 制 造 出 一 把 手 枪 。 在 食 品 领 域 ，康 奈 尔 大 学 的 研 究 人 员 已 经 成 功 打印出了蛋糕。[5]随着 3D 打印技术的发展，其价格有所 下 降 ，我 国 也 开 始 尝 试 将 其 应 用 到 教 育 ，以 期 加 速 教 育 改革进程。
3D 打印机打印一个物品的流程主要分为四个阶段， 即 建 模 、分 层 、打 印 和 后 期 处 理 。 [3] 利 用 三 维 扫 描 仪 或 三 维 制 图 软 件 制 作 三 维 模 型 ；根 据 3D 打 印 机 的 精 确 度 及 标 准 ，用 相 关 软 件 将 虚 拟 模 型 分 成 若 干 层 ；然 后 ，按 照 分 层 之 后 的 数 据 ，以 添 加 制 造 的 方 法 填 充 相 应 的 每 一 层 ； 最 后 ，需 要 对 打 印 出 来 的 物 品 进 行 修 整 、打 磨 及 上 色 等 后期处理。
3D 打印技术是一种新兴技术，被称为第三次工业革 命 的 重 要 标 志 ，在 国 外 教 育 领 域 已 广 泛 应 用 ，并 出 现 一 些 优 秀 的 应 用 案 例 ，在 国 内 教 育 领 域 的 应 用 较 少 。 在 我 国，3D 打印技术在教育中的应用处于起步阶段，各个学 校 尝 试 开 设 3D 打 印 技 术 相 关 的 校 本 课 程 ，也 出 现 了 一 些应用案例。
三、3D 打印技术与高中通用技术的结合点
3D 打 印 技 术 的 特 点 符 合 通 用 技 术 课 程 目 标 ，将 3D 打 印 技 术 应 用 于 通 用 技 术 课 程 教 学 中 ，能 激 发 学 生 的 创 新 意 识 ，促 进 学 生 创 新 。 3D 打 印 技 术 是 一 种 快 速 成 型 技 术 ，能 够 将 学 生 的 设 计 转 换 为 实 体 并 进 行 性 能 测 试 ， 帮 助 学 生 理 解 自 己 的 设 计 思 路 ，改 进 设 计 。《普 通 高 中 通 用 技 术 课 程 标 准》提 出 的 课 程 目 标 是“: 以 基 础 的 、宽 泛
3D 打 印 技 术 ，又 称“ 添 加 制 造 ”技 术 ，是“ 一 种 与 传 统 的 材 料 去 除 加 工 方 法 相 反 的 ，基 于 三 维 数 字 模 型 的 ， 通 常 采 用 逐 层 制 造 方 式 将 材 料 结 合 起 来 的 工 艺 。 [2] 3D 打印技术打印三维物体的本质是以数字模型文件为基 础 ，运 用 粉 末 状 金 属 或 塑 料 等 可 固 化 材 料 ，通 过 逐 层 打 印的方式来构造物体的技术。
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3D 打印技术在高中通用技术课程中的应用研究
☆ 李媛媛 艾贤明
（西华师范大学教育学院，四川南充 637002）
摘 要：通过介绍 3D 打印技术及其在国内教育中的应用案例，分析 3D 打印技术与高中通用技术课程的结合点。 将 3D 打印技术引入通用技术课程，有助于提高学习者的学习积极性、动手设计能力和创新能力。当前由于 3D 打印技术及 其打印材料的限制，使其在教育教学中的应用还有待普及，但是随着技术进步，3D 打印技术走进通用技术课堂是时代 发展和开展创新型教育的必然趋势。
实施阶段 内容安排
内容描述
虚实维度
第一阶段
案例学习
通过例子掌握软件工具，初 步形成空间思维构建
虚拟模仿
第二阶段
拍照创新
通过拍摄实物照片，创建虚 拟模型
从 实 体（二 维） 到虚拟
第三阶段
实物构建
通过观察小型实物，构建虚 拟模型
从 实 体（三 维） 到虚拟
第四阶段
想象搭建
主题引导，学生搭建内心所 想的物体
一、3D 打印技术简介
3D 打 印 技 术 起 源 于 20 世 纪 80 年 代 ，最 早 是 美 国 德 州 大 学 奥 斯 汀 分 校 开 发 出 选 择 性 激 光 烧 结 技 术 ，随 后 3D 打 印 在 麻 省 理 工 大 学 得 到 进 一 步 发 展 ，毕 业 生 们 尝 试 将 非 传 统 的 物 质 应 用 于 喷 墨 打 印 机 ，由 此 创 造 出 了 当 今的 3D 打印技术。[1]
1.海宁市高级中学
海 宁 市 高 级 中 学 ，开 发 校 本 课 程《走 进 3D 打 印 技 术》属 于 职 业 技 能 类 课 程 ，由 学 校 通 用 技 术 课 程 教 师 执 教 。 课 程 开 设 的 目 的 是 为 满 足 学 生 个 性 化 发 展 需 要 ，旨 在 通 过 学 生 对 世 界 制 造 业 领 域 正 在 迅 速 发 展 的“ 具 有 工 业革命意义的 3D 打印技术”的学习和实践；在发挥想象 创 新 设 计 过 程 中 ，体 验 创 意 的 伟 大 ，提 高 学 生 参 与 社 会 实 践 活 动 的 积 极 性 与 合 作 能 力 。 [6]
通用技术
必修课程
技技 术术 与与 设设 计计 12
选修课程
汽
电建
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现
家服
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图 1 通用技术课程结构图 如 图 1 所 示 是 高 中 通 用 技 术 课 程 结 构 ，包 括 必 修 课 和 选 修 课 。 必 修 课 是 关 于 技 术 与 设 计 的 基 本 理 论 ，选 修 课 程 以 实 践 为 主 ，训 练 学 生 的 实 际 操 作 能 力 ，学 校 应 该 设置通用技术专用实验室。随着技术的创新和经济的 发 展 ，部 分 发 达 地 区 的 中 学 已 经 拥 有 通 用 技 术 专 用 教 室 ，包 括 汽 车 模 拟 驾 驶 教 室 、电 子 控 制 试 验 室 、机 器 人 试 验 室 、服 装 试 验 室 和 机 械 电 子 一 体 室 等 各 种 支 持 开 展 通 用技术课程的试验室。由于通用技术试验室配备了真 实 的 缝 纫 机 、铣 床 、钻 床 及 激 光 切 割 机 等 设 备 ，而 学 生 年 龄 较 小 ，如 果 在 实 验 过 程 中 操 作 不 当 ，会 造 成 人 身 伤 害。3D 打印技术能够为开展通用技术课程创设逼真的 环 境 ，提 供 各 种 实 物 模 型 ，激 发 学 生 创 造 设 计 热 情 ，还 能 避 免 学 生 直 接 接 触 危 险 工 业 机 器 ，防 止 意 外 事 故 的 发 生。 3D 打印在通用技术课程中发挥着重要作用，主要体 现在以下三点。
关键词：3D 打印技术；通用技术；教学 中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1671-7503（2015）07-0019-04
引言
《地 平 线 报 告》是 美 国 新 媒 体 联 盟 与 美 国 高 等 教 育 信息化协会合作发布的可能在教育领域普及应用的新 技术报告。2013 年《地平线报告》首次将 3D 打印的教育 应 用 列 入“ 待 普 及 ”，预 测 未 来 4-5 年 内 会 用 于 教 育 。 2014 年《地 平 线 报 告》再 次 提 到 3D 打 印 ，指 出 未 来 2-3 年 内 教 学 会 采 用 该 技 术 。 目 前 ，3D 打 印 技 术 已 经 在 工 业 制 造 、建 筑 设 计 、生 物 医 疗 等 领 域 得 到 了 广 泛 的 应 用 ， 将 3D 打印技术引入课程教学尤其是在高中通用技术课 程中，能够促进通用技术课程目标的实现。