3D打印技术在小学科学中的应用 论文.doc

3D打印技术在小学科学中的应用

摘要：3D打印技术基于“设计即生产”的基本理念，通过支持学生在学习过程中的深度体验与参与发展学生的创造性思维和跨学科思维，同时也有助于提升学生的实践能力。该文主要分析在小学科学教学中引入3D打印技术的目标指向、应用方式，并分析影响3D打印技术在教学中有效应用的相关因素，为探索教师在小学科学学教学中适当应用3D打印技术提供参考。

关键词：3D打印技术；学科教学；创新设计；体验式学习

3D打印技术以计算机辅助设计(CAD)软件生成的或通过实体扫描设备扫描实物所获得的数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过“积层造型法”逐层打印材料层创建物体，主要用于原型设计以及组件或产品的制造。

3D打印技术实现了“设计即生产”的创想，具有快速生成的特点，不但能够实现从零件设计到整体设计的跨越，而且所“打印”的产品，较之传统方法所生产的产品具有更强的稳固性、更精密的结构，支持更有创意的设计与生成，因此近年来在机械制造、生物医药、建筑设计、艺术创造等多个领域受到越来越多的关注。

虽然3D打印技术在上述多个领域的应用受到关注，但目前针对3D打印技术在基础教育领域深入应用的系统研究相对较少。教育部及相关组织机构于2012-013年实施了为期一年的探究3D打印技术在学科教学创新中的应用，该项目不2仅取得了实质性教学应用成果，而且推动了3D打印技术在教育领域中的应用，为更多学校引进3D打印技术，变革教与学的模式起到示与引领作用。本文结合3D打印技术教学应用案例，深入分析3D打印技术在中小学教学中应用的目标指向、应用效果及影响因素，探究3D打印技术在教学应用推广时需要注意的问题，希望为学校教育引入3D打印技术提供一定的参考。

一、3D打印技术教学应用理论依据

学习理论、教学理论以及“经验之塔”理论都为3D打印技术在教学中的应用提供了很好的理论依据。学习理论是心理学中最核心，也是发展最成熟的领域之一。不管是华生的行为主义学习理论，还是斯金纳的操作性条件作用学习理论，都能有效地指导3D打印技术在教学中的实践活动。教学理论中的实验法教学方法，让3D打印技术有充分的用武之地。

实验法是学生在教师指导下，运用一定的仪器设备进行独立操作，观察和研究这种操作引起的现象和过程，以获取知识的教学方法。实验法的基本形式是学生在教师的指导下独立自主地学习。实验法的优点在于，学生通过亲身活动，从感性知识过渡到理性知识，认识的过程比较完整。通过这种学习，学生的观察能力、独立思考能力、动手能力得到了很好的锻炼；求实的科学态度、探究的科学精神、热爱科学的情感也得到了培养。

戴尔于1946年所著的《教学中的视听方法》一书中提出的“经验之塔”理论融合了杜威的教育理论和当时流行的心理学观点，成为以后视听教学的主要理论依据。在“经验之塔”理论中，最底层的经验最具体，越往上越抽象，排成一个序列；教学活动应从具体经验入手，逐步进入抽象经验；在学校教学中使用各种媒体，可以使教学活动更具体，也能为抽象概括创造条件；位于“塔”的中间部位的那些视听教材和视听经验，比上层的言语和视觉符号具体、形象，又能突破时间与空间的限制，弥补下层直接经验的不足。在教学过程中，我们要善于用好各种媒体，要学会并善于引用一些先进技术，来弥补各种直接经验的不足，变抽象为具体，使教学活动更高效。

总之，无论是在班级授课制的教学活动中，还是在个人的自主学习中，我们都要善于用技术来武装自己，让抽象的更具体，让具体的更形象。具体的学习经验是抽象经验的基石，所以，我们要用好具体的学习经验的基础，以便更好地与抽象的学习经验相结合。综上所述，3D打印技术在本质上是多媒体技术的延伸，是虚拟现实技术的延伸，它拓展了人的感觉和知觉，促进了人的思维能力的进一步发展，它与教学的融合势在必行。

二、3D打印技术教学应用案例

3D打印技术作为多媒体技术的新成员，其在中小学教学活动中的应用才刚刚起步。这里结合小学科学教学实际，加以说明。

小学生很难理解太阳、地球及月亮的位置关系以及相关的日食、月食、节气等概念。在现有条件下，虽然也可以通过计算机动画来模拟太阳、地球及月亮的位置关系，但动画的制作成本较高，而且各个对象是虚拟的，非实物的，学生理解起来依然比较困难，与此相关的概念掌握也是问题很多。如果有了，太阳、地球、月亮可以按比例缩小打印出来，师生可以随时调整三者的位置关系，从而使相关概念的学习和各种问题的解决变得相对容易。这种变宏观为中观的办法，在教学中也非常有用。

小学科学中有许多微观的内容和不便观察的内容让学习变得困难起来。如细胞的结构、血管的构造、大脑皮层的结构等内容，学生理解常常有很大的困难。

像上述内容的学习，在3D打印技术支持的教学中，会变得相对容易。教师可以把细胞结构图和血管结构图放大并打印出来，也