3D打印在中小学信息技术课堂的应用研究

引言

当今社会信息技术飞速发展，教育领域正在发生空前的变革，在教育界，3D 打印技术具有快速成型的独特优势及很强的个性定制功能，它给教育界带来了一场革命。特别对于中小学信息技术课来说，3D 打印技术的加入既充实了教学内容又极大地刺激了学生学习的兴趣以及创新潜能。本文将从目前信息技术课程教学所面临的问题入手，全面探究怎样把3D 打印技术应用到中小学信息技术课堂之上，希望能够对教育工作者给予些许帮助和启发。

一、 3D 打印技术的原理

（一）快速成型技术

快速成型技术是3D 打印的重要理论基础，它本质上就是利用数字化模型直接制造三维实体的增材制造过程。这个过程依据离散-堆积原理，把复杂的三维实体转换成一系列二维平面，然后借助逐层加工的方式去实现实体构建，从技术实现角度来说，快速成型包含三个主要环节，第一是数字化建模，用 CAD 软件或者三维扫描来创建数字模型，第二是数据预处理，依靠切片软件把模型分割成连续的薄层并产生打印指令，第三是实体制造，打印设备按照指令逐层堆积材料以完成制作。这种制造方法和传统的减材制造形成鲜明对比，有材料利用率高、设计自由度大、制造周期短等优点，在教育应用方面，快速成型技术把抽象的数字概念变成具体的物理实体，给学生领悟数字世界和物理世界转换关系给予直观载体。

（二）3D 打印机的类型

当下中小学教育领域使用的3D 打印机大多属于三种技术类型的，熔融沉积成型（FDM）设备用热塑性材料。通过加热喷头挤出熔融塑料丝层层堆积，其优点是操作简单，材料成本低廉，适合在教学环境中应用。光固化（SLA）技术依靠紫外激光固化光敏树脂，打印精度较高，不过设备和材料成本比较高。选择性激光烧结（SLS）技术利用激光熔化粉末材料成型，比较适合制造复杂结构，但是设备价格比较贵。从教育适用性的角度看，FDM打印机因为安全，经济而且容易操作，所以成为中小学首选。不同种类的打印机工作原理存在差异，这就给信息技术课程提供了多层面的教学内容，从简单的机械结构认知到复杂的控制系统理解，都能找到合适的内容融合点。

二、信息技术课程教学问题探讨

（一）教学内容与实际应用脱节

当前信息技术课存在着明显的理论 脱离的现象 教材内容更新速度慢于技术进步的速度，很多学校还在讲授那些已过时的软件操 简单算法的阶段.并且缺少同实际问题之间的关联性，数字素养 没有深入探究人工智能，物联网等新兴技术的实际应用原理 意义，从而减小了他们的学习兴趣以及成效。在创新实践能力的培育上， 维训练，学生很少有把技术知识运用到解决实际问题的机会。

（二）教学方法单一，缺乏创新

信息技术课程的教学方法还是以演示-模仿为主，老师演示操作步骤，学生跟着模仿练习。这种机械式的操作训练不能发展学生的计算思维和创新意识，教学过程中缺少探究环节，学生几乎没有机会去尝试不同的解决办法或者从错误中学习，评价方式只看重操作结果是否正确，忽视思维过程和创造力的考查。而且跨学科整合不够，信息技术没有跟数学，艺术，工程这些学科产生有效的联系，这就制约了学生综合运用的能力，这样的教学模式很难符合数字原生代学生的学习特点和发展需求。

（三）师资匮乏与设施不完善问题

专业师资短缺是影响课程质量的重要因素，很多信息技术教师缺少前沿技术领域的专业背景。对 3D 打印，人工智能等新技术的把握比较少，教师培训体系不健全，专业成长机会缺乏，致使教学观念和办法更新缓慢，在硬件设施上，学校之间存在明显差别，有些学校的设备陈旧厉害，计算机装备不能符合现代教学需求，尤其是3D 打印之类的新技术设备，常常因为经费约束而装备不足，很难支撑大规模的教学应用。而且，管理维持也有问题，设备的运用率不高，缺少专门的技术支撑人员，影响到实际教学效果。

三、3D 打印在中小学信息技术课堂的应用策略与建（一）教学内容与3D 打印技术的融合

把3D 打印技术有机地融合到信息技术课程体系当中，就要形成多层次的内容整合方案。在基础层次上，结合三维建模软件的教学，让学 型的创建与 次上， 引进参数化设计的概念，发展学生的计算思维和空间想象能力 联系数学知识来设计几何模型，联系物理原理来塑造机械结 ，初级 学基本模型的下载和简单的修改，中级阶段再做原创模型的设计和改良， 高级阶段就去做综合创新项目。解决实际问题，这样的内容整合既充实了课程内涵，又形成了信息技术和其他学科的有机联系。

（二）教学方法与3D 打印技术的结合应用

利用项目式学习模式来发挥 3D 打印的教育价值。设计出“设计-打印-测试-迭代”的完整工作流程，让学生感受完整的产品开发过程，采取问题导向的教学策略，给出 些有难度的设计任务，像给校园生活设计实用物品，给特殊需求人群制作辅助工具之类。推行协作学习的方式，安排小组合作去完成复杂的项目，培育团队协作的能力，应用设计思维的方法，重视同理心调研，原型制作以及用户测试这些环节。在教学进程中，要推动试错的文化，把打印失败当作学习的机会，剖析缘由并改良设计，创建起表现交流的机制，通过作品展览，设计答辩等形式来分享学习成果。

（三）教师培训与支持

要形成系统的教师专业发展体系，这是成功推行的关键，展开分层培训项目。按照不同基础的教师给予不同的培训内容，基础课程着重于设备的操 保养技能， 学的设计与方法更新。高级课程涉及课程的开发与评价设计，创建教 分享成功的经验以及教学资源，给予持续的技术支持，设置专门的技术指导岗 问题，开发教学资源库，供应大量的教案设计，项目案例和学习资料，完善奖励机制，把新技术 成果纳入到教师评价体系当中，推动教学创新。

（四）课程评价与资源建设

创建多种评价体系，重视过程性评价和发展性评价，用作品集评价方式记录学生从设计到成品的过程，运用表现性评价。通过设计答辩，项目展示等形式考核综合能力，开展多种主体评价，联合教师评价，同伴评价以及自身反思。对于资源创建，创建适用中小学教学的简化版软件工具，减轻技术门槛，形成共享模型库，给予经过教育适配的三维模型，并制订使用规则，安全须知以保障教学安全，还要加强学校之间的联系，创建起地区共享机制，从而增进设备的利用效果。依靠合理的评价与充分的资源供给，保证3D 打印技术得以在教育中取得成效。

结语

3D 打印技术在中小学信息技术课堂上应用的革新，整合了3D 打印技术之后不仅让教学内容脱离了应用。而且增添了新的教学方法提高了学生创新的实践力，还对目前存在的问题给出了详细的教师培养方案和资源构建方案。将来，随着技术的进步、观念的更新3D 打印会越来越多的用于中小学信息技术课堂。为社会培养出创新和实践的优秀人才做出贡献。

参考文献

［1］吴惠萍．3D 打印对推动小学教育创新发展的作用分析［J］．现代职业教育，2023（6）：74-75

［2］项烨．基于3D 打印项目的小学创客教育实践研究［J］．创新创业理论研究与实践，2019，2（1）：49-50