3D打印新闻节选

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事实上，在第三次工业革命新浪潮影响下，3D打印等数字桌面制造工具成为全球各领域关注的焦点。作为一种快速成型技术，3D打印是蕴含“设计思维”的个性化创造工具，可以塑造可重用的多态教育对象，打造虚实结合的教育应用服务创新平台，促进基于创造的学习。今天小编带大家一同学习一篇有关3D打印教育创新的文章（作者：孙江山, 吴永和, 任友群），主要从3D打印的教育创新分析和3D打印的教育创新实践展开介绍。

当前有代表性3D打印教育创新应用项目，主要集中在创客空间、创新实验室和STEAM 课程中。3D打印教育创新应用体系应不断优化3D打印技术实现，完善3D打印教育服务支持体系，在创新理论不断演进与更新中，丰富基于创造的学习样态，拓展基于创造的学习存在形式，使3D 打印从象牙塔里的高科技发展，成为融入学校、家庭和社会教育常态的具有革命性影响的技术，成为技术支持教育应用创新不可或缺的元素。

一、3D打印教育创新分析

1.3D 打印教育特性

3D打印是一种以三维数字形式立体构造物理对象的一种快速成型技术（Rapid Prototyping，RP），原理是先将实体模型分为若干薄层，每次打印材料生成一个薄层，通过塑料或粉末状金属等可粘合材料，层层叠加生成物体，这已成为当前增材制造（Additive Manufacturing，AM）技术的主要存在形态。

理论上，任何3D数字模型都可以实现3D打印成型，最常用于概念模型评估、迭代设计、工程评价、定制、模型展示及工具和成品制造。基于3D打印显著特征和多样化创新应用，3D 打印教育特性体现为：

（1）塑造可重用的多态教育对象

3D 打印作为3D 数字制造技术，体现出的最大特征是精准、全息地快速成型。结合数字扫描，3D 打印能快速精准地打印出自然物体和人造物体的可重用制品。由真实的生活经验、技术以及工具整合形成的创意，不仅可以设计蓝图呈现，更可以通过 3D 打印塑造为多态教育对象。珍贵的标本、化石和历史文物等作为教具和学具受购置、安全和维护成本制约，3D 打印重塑可重用的教育制品，可以保证在信息不失真的条件下，传播珍贵历史人文遗产。

（2）蕴含“设计思维”的个性化创造工具

3D 打印将个性化定制关键的影响因素如技能、成本、时间都降低到最低点，不需要增加额外的成本，不需要掌握专业的工艺，就可以打印出复杂、多样化的构造体；不仅实现独立的零部件成型，更能将所有装配部件作为整体一次性打印成型。在差异化教育模式探索中，3D 打印能使不同教育层次的个人以专业水平实现从想象到产品的个性化创造，满足学习者对个性化创意设计进阶的不同需求。这样，3D打印最大限度地促成了学习者从教育消费者到创造者的转变。

（3）打造虚实结合的教育创新应用平台

紧凑、便携的3D打印作为改变时空限制的制造技术，拓展了制造即服务的新模式。基于网络的3D打印服务支持协同制造，作为一种新型数字技术，教育工作者和学习者能够在3D 打印制造平台上开展课堂或自主研发项目。中小学的科学创新实验室、大学的学术性创客空间以及博物馆的制造空间，都是围绕培育和激励这项技术应用创新而开展的主要形式。

2.3D 打印促进基于创造的学习

3D 打印的三个教育特性促进基于创造的学习。创造是人的本性，创造是认知、社会和情感活动的重要组成部分，具体体现是新颖的独创性想法或行动，是和理解、运用社会文化背景知识产生出某种新颖和有价值产品的创造性思维及活动紧密相连的。在人类进化过程中，心智和动手能力是实现创造的两个关键要素，其养成是持续终生的过程。

（1）有创造的“做”中学

杜威的“做中学”（或“从做中学”）（Learning by Doing）影响教育理论与实践已有百年，践行的基本教育原则是“以学生活动来架构课程，以直接经验的获得为核心旨趣，在情境化的教学场域中，通过学生的各种‘做’——观察、实验、探究、劳作、游戏等来组织实施教学。”基于3D 打印的各种“做”中学活动，通过3D 打印塑造的多态教育对象能够对各种学习策略提供有效的支撑。比如技术与工程教育中的结构设计和机械设计，使用3D 打印技术个性化打造实物模型，如机器人和航模零部件、建筑结构以及类生物组织如骨骼，让学生的想象转换成作品，抽象工程术语转化为可视化的三维模型绘制，学习者自然而然完成了创造者的蜕变。

（2）完整的基于创造的人性化学习

代表了当今教育改革新思路与发展趋势的“21 世纪技能”，旨在培养学习者未来必需的技能（学习与创新技能，信息、媒介和技术技能，生活与职业技能）。我国新课程改革纲要提出的设置“综合实践活动课程”（信息技术教育、研究性学习、社 区服务与社会实践活动以及劳动与技术教育），倡导“自主、合作、探究”的多元学习方式，注重联系学习者日常社会生活经验，在科学和艺术人文知识的学习基础上，加强社会责任、创新精神和动手实践能力的培养。赋含“设计思维”的3D 打印教育创新平台开辟的是基于创造的个性化学习空间， 从提出探究问题开始，到构建新颖的独创性想法和构思，最后制造出某种有社会价值的创意产品。这是一个“学”与“做”的循环迭代过程，实现真正完整的基于创造的人性化学习体验与实践。

二、3D打印教育创新应用

作者通过相关文献的分析和国内外相关网站的检索，包括阅读报刊文摘、报告、论文以及其他材料，再结合各类项目开展的实际状况，重点系统梳理了当前有代表性的 3D 打印教育创新应用项目。作者对所属教育类型、用途和存在形式进行分析，并根据存在形式将3D 打印教育创新应用项目划分为创客空间、创新实验室、STEAM 课程三类，提供典型案例加以具体阐述，旨在为3D 打印教育应用创新的实践探索提供借鉴。

1.创客空间

创客空间（Makerspace）是配备创客所需设备和资源的开放的工作场所。在创客空间里，可以依托互联网支持协同创新，利用3D打印机等桌面制造设备与工具完成个人产品的DIY 制作。对于想方设法把自身各种创意转变为实际产品的创客来说，3D打印资源的可重用性是实现快速创新应用的保障。在针对美国图书馆的调查显示，3D打印主要出现在公共图书馆和学校图书馆，公共图书馆给不同能力、层面的社会大众传授 3D 打印使用方法， 并指导相关的设计与制造，高校图书馆将3D打印用于支持师生开展日常教学与科研活动。如实现大众历史文化传播的史密斯学会的Smithsonian X 3D项目，用于机械工程教育的特拉华大学机械工程系的Design Studio项目，哈佛大学和伊利诺伊大学厄巴纳-尚佩恩分校开展协同创新的微电池项目，探索器官制造的澳大利亚卧龙岗大学生物绘图仪项目，开创科学仪器制造新途径的密歇根理工大学的开放可持续发展技术研究小组的开源、可3D打印光学实验室项目。

还有值得一提的是，麻省理工学院的比特与原子中心（FabLabs），配备3D打印机等桌面制造设备以及编程工具，方便学习者利用这些技术进行科学探究，该项目已经扩展到包括中国在内的世界各地。创客运动开启了基于创造的学习的创新人才培养模式新探索，不同社会文化背景的个体在创客空间里，可以创造性地思考，借助于可重用的3D打印资源，最终实现自己问题解决的方案和构想。这不仅包括非正式学习环境中培养艺术人文等方面的终身教育，也涵盖正式学习环境下的创新实验与STEAM教育。

2.创新实验室

通过提高3D 打印机等数字工具与资源为学习者提供适宜的学习环境和学习资源，许多面向正式学习环境的教育创新应用也应运而生，如Hod Lipson发起探索科技创新的Fab@Home 项目和Paulo Blikstein创设的科学探究与工程教育项目FabLab@School。Fab@Home 的学校项目Fab@School 由美国国家科学基金会（National Science Foundation）、摩托罗拉（Motorola Inc.）和麦克阿瑟基金会（MacArthur Foundation）资助，该项目旨在探索如何将3D 打印融合到小学课程中。该课程计划创设一个任务驱动的学习情境，在解决实际问题过程中结合3D 打印技术，增强对数学和科学抽象概念的理解和应用，体验和掌握工程和设计的核心概念和准则，促进学生创新能力和动手能力。弗吉尼亚大学的Glen Bull 和他的专家团队为该项目创立了称为

“边做边学”的课程计划（胡迪·利普森等，2013）。该课程计划讲述了一个生活在非洲村落的小男孩，借助一本有关能源的书，反复尝试和修改，最后找到了制作自己风力发电机的最佳设计方案。学生跟随故事情节创客空间平台，利用清晰图解信息，使用软件设计风车叶片和齿轮等零部件，然后3D 打印和测试他们自己的风力发电机。学生通过一系列动手实验了解动能、电流和传动比等抽象的科学和工程概念。

不同于传统的实验室关注可预测的验证实验，这些创新实验室的学习情境基于的主要是有关科学和设计的开放式问题，遵循学习者的差异化学习过程，利用3D 打印等技术强化协作和创造性地解决问题。此类创新实验项目核心部分包括：指导教师使用具有本地特色和全球化的课程计划，并注重与学校课程的融合；一系列可让学习者从事尖端科学研究和工程项目的活动设计；一套适合科学的实验装备（除去3D 打印和扫描等数字化制造设备外，还配备易用的建模与仿真软件以及各类传感器）。

3.STEAM 教育

近几年，一些国家和组织探索3D 打印应用于STEM 课程，以推动技术驱动的教学创新，使得技术与工程教育和艺术人文教育融合成为学校文化的一部分，这被称为STEAM 教育。英国教育机构2012-2013年策划的一个探索科学与工程教育及教师教育的实验项目证实，3D 打印作为一种课程教学资源，对学生的参与和学习有积极的影响（Department for Education，2013）。在职业教育领域推广技术与工程教育的 3D Printing Curriculum 是典型的STEAM 学习资源包。STEAMtrax 是由3D 打印机制造商3D 系统公司（3D Systems Inc.）设计的面向中小学的一种科技创新课程创客空间平台，将3D 打印技术和工程设计整合到科学、数学、人文艺术的核心理论知识实践体验中，在相关的学习情境里，培养问题解决、协作、沟通和批判性思维的基本技能。STEAMtrax 课程模式是基于问题探究的教学模式，通过主题式故事情境设计，借助3D 设计和打印技术增强的科学实验工具包（Hands-on Science Kits），提供自主探究和动手实验的学习机会，建构核心科学理论知识和应用技能。这种主题式课程设计能灵活地配合开展形成性评价和总结性评价，包括工程教育指标的评估。

The City X Project 创设了创新工作坊（the City X Workshop）开展体验学习。该项目在建设外星球X 城市情境中，学习者扮演不同的虚拟市民角色，与专业人士一起通过集体智慧，解决相关的健康、安全、通信、交通运输等一系列具有代表性的真实社会问题，最终提出可3D 打印的创意设计。为把设想变为现实，创新工作坊采纳的是蕴含“设计思维”的工程设计模式，如下表所示，课程分为三个单元，每个单元2 小时。The City X Project 提供免费的在线工具包，包括教学指导手册、学习者训练手册和 3D打印讲义等。通过创新工作坊的学习，掌握3D 技术和STEM（科学、技术、工程和数学）技能，实现问题解决能力、创造力、批判性思维等素质培养教育。

小 • 编 •有•话• 说

看完这些是不是对3D打印更有兴趣了，反正小编是很感兴趣了，不过国内的3D打印好像都在偏向中小学教育，感觉如果大学也能够开设这样的课程肯定也是很有意思的，如果你上过，欢迎留言说说你的感想呀~

参考文献：孙江山, 吴永和, 任友群. 3D打印教育创新:创客空间、创新实验室和STEAM[J]. 现代远程教育研究, 2015(4):96-103.