新技能ｌ Ｎｅｗ Ｓｋｉｌｌｓ 【教师也创客】 ３Ｄ打印，改变未来生活和教育的科技 文一陈染／科技学堂 ２０１４年ｌ１月，美国宇航局（ＮＡＳＡ）向国际空间站 指令长发送一封邮件，在空间站工作的３Ｄ打印机收到邮 件后，打印出一个扳手，这是第一个３Ｄ打印制造“太空 工具”的尝试。以往，如果宇航员需要一个扳手，需要等 待下一次运载火箭发射，这个时间往往需要数周甚至数月， 早期的３Ｄ打印多是通过挤压打印喷头来形成铸件或 液体材料，比如热塑性的ＡＢＳ塑料等。目前３Ｄ打印技术 的方式更加多样化，光聚功能３Ｄ打印技术、粉末黏合３Ｄ 打印技术、层叠制造３Ｄ打印技术相继出现；打印材料也 运输成本和风险也比较高。而现在，在材料合适的情况下， 只需要发送一封邮件，就可以在空间站的３Ｄ打印机中制 作出来，３Ｄ打印技术大大节省了空间站的运营成本。目前， 这封邮件已经公开，你可以在其官网上免费下载文档，自 己打印一个国际空间站同款扳手…。 扳手虽小，但它却是３Ｄ打印技术带来的新工业的 一从塑料扩展到金属、陶瓷、生物材料，甚至食品原料；打 印的尺寸、精度及速度也在逐渐提升，在未来３Ｄ打印的 领域也将大大扩展，可以满足人们在不同场景下的打印需 求 在过去，如果你想设计一款产品，需要在图纸Ｌ设计好， 然后到工厂进行开模，才能做成原型产品。开模成本很贵， 种体现。今天，３Ｄ打印已经悄悄走出了工厂，来到了社区、 家庭和学校。未来生活中３Ｄ打印将会是一个司空见惯的技 能：Ｉｊ常生活中临时需要修理工具，只需要在网上下载，自 己打印出来即可；孩子生日了想送独特的巧克力蛋糕，自己 设计模型，就能够用３Ｄ打印出来；你想到了一个解决生活 问题的小设计，也可以用３Ｄ打印制作出来。 花费的时间很长，这些原因让很多优秀的发明创造直接胎 死腹中。而以３Ｄ打印为代表的桌面制造，正任悄然改变 这种现状。 很多人认为３Ｄ打印是一个高新技术，其实不然。３Ｄ 打印技术最早出现在２０世纪８０年代，但早期的３Ｄ打印 机器大且昂贵，不能真正地走进大众生活 。随着技术的 发展，在近十年的时间里，３Ｄ打印机变得小型化和桌面化， 说到打印，我们最熟悉的莫过于喷墨打印机了。喷墨 打印机根据电脑的指令，将墨水逐行精确地喷洒在打印媒 介上，生成文字或图像。３Ｄ打印也采用了类似的原理，根 据电脑指令将打印原料逐层精确地堆积在空间位置，生成 打印物品。 打印材料廉价化，生产不再被工厂垄断，每一个人都叮以 制作出自己的产品。 ３Ｄ打印具有快速成型的特点。以往需要大量时间成本 和劳动力的开模制作，现在只需要一台３Ｄ打印机就ｎ丁以 在很短的时间内自动完成，而且费用甚至是前者的一个零 Ｎｅｗ Ｓｋｉｌｌｓ｛新技能 头。在制造生产模型和工具中，设计师用更少的时间和更 廉价的成本就可以把自己的想法用直接数字化制造的方式 呈现出来。 最后， “三维创意设计课”还为五六年级的学生提 供了一个３Ｄ打印实践项目一一我的校园。学生通过项 目式学习的方式，用３１３打印制作一个校园的等比例模 型。史家小学的校园建筑极具现代气息，学生非常熟悉 并热爱自己的校园建筑。但对于学生来说，这种认识和 热爱是非常抽象的，学校具体有多大，他们并没有一个 明确的概念。课程向学生提供学校的平面图，学生分组 对校园的各个部分丈量，并进行等比例缩放，在电脑中 构建校园的三维模型，用３１３打印制作出来，并涂绘成 彩色的校园模型。 “我的校园”项目让学生的作品制作不再拘泥于眼前 ３Ｄ打印让个人制造变成可能。随着３Ｄ打印机的桌面 化，大多数人都有能力购买一台小型３Ｄ打印机，就可以 设计和生产自己个性化的产品。３Ｄ打印的软件也更加人性 化，容易操作，大大降低了学习成本。随着创客文化的深 入人心，越来越多创客社区为个人制造提供了发展和交流 的空间，每个人都可以将制作的打印文件分享在创客社区， 促进了大众创新。 ３Ｄ打印不仅带来了生产技术的变革，同时也对科技教 的小设计，而是一个巨大的模型。学生需要考虑很多问题： 用怎样的方法才能丈量校园、等比例缩放到多大合适、３Ｄ 育产生了深远的影响。２０１６年新媒体联盟发布中国基础教 育技术展望的（（地平线报告））中，３Ｄ打印技术被视为将在 ２～３年内采纳的一项教育技术的重大进展。 地平线报告）） 项目组认为，教师通过３Ｄ打印的手段获得不太容易得到 的物品，从而方便在教学中进行真实的探究，学生也可以 自己亲手生成模型，赋予学习更多的可能 。 在以往的科技教育活动中，学生在进行某些小发明小 打印的内部结构支撑怎样制作等。很多困难是学生在制作 之前想象不到的。学生在制作过程中，将数学、美术、劳 技等课程知识整合起来，提高了自主学习的意识、拓宽了 学习领域 －。 在“三维创意设计课”中，３Ｄ打印帮助学生实现从模 仿到扩展再到跨越， “鹦鹉螺无源扬声器”的设计就是这 样的过程（见题图）。首先，学生通过对校园中现实需求 的分析，提出无源扬声器的设想。接着，通过数学和物理 的研究性学习，发现螺线对于扬声器的意义。最后，模仿 鹦鹉螺的形状，结合现实需求，用３Ｄ打印的方式设计出 一创作的时候，尽管花了很多时间和精力，但作品一般较为 粗糙，而且往往只能是孤品。在课堂中引入３Ｄ打印技术， 使学生的制作更加快速、精致，易于复制。 目前，很多学校正在探素如何将３Ｄ打印技术融入课堂。 款鹦鹉螺形状的无源扬声器，并用３Ｄ打印的方式生产 在３Ｄ打印中，创意的实现不再是某个学生的灵光一现， ３Ｄ打印技术在课堂中怎样开展？它能够给学生带来什么样 的改变？带着这些问题，笔者采访了北京东城区史家小学 的陈纲老师，看一看史家小学的“三维创意设计课”是如 何进行的。 “三维创意设计课”是史家小学近两年开设的一门面 向３—６年级学生的课程，每周开设２小时。从基础的课程 ３Ｄ模型设计开始，对３Ｄ打印进行深度探究。 课程的入门阶段，学生需要对３Ｄ打印知识有一个基 础认识，如三轴三面是怎么回事，用什么样的原则来处理 ３Ｄ模型。陈纲老师说，入门阶段是学生学习最难的阶段， 出来。 而是一个长期的迭代过程，每一届的学生都可以对往届作 品进行修改。 “三维创意设计课”的作品可以让学生带回 家，还可以进行批量生产进行销售，培养学生的商业能力。 通过这些鼓励方法增强学生的成就感，为学生增加创新的 动力。 参考文献 …国际空间站用首台太空５Ｄ打印机制造出扳手．中国新 闻网．２Ｏ１４—１２—２１ 需要用好几周的时间才能让学生明白３１３打印的基础知识。 我们从笔筒和杯子两个基本的形状开始，让学生创作各种 不同类型的器具，在动手做的过程中学会３Ｄ打印的基础 知识及软件使用的技巧。 “三维创意设计课”与其他多门课程进行跨学科整合， 使学生对三维设计产生更深入的认识。例如，在课程制作 项目中，与另一门人文素养课程“国博课”相结合，让学 生用３１３打印的方式复原出国家博物馆的馆藏文物，不仅 加深了学生的动手制作能力，同时也让学生的人文素养得 到进一步提升。 ［２】克里斯多夫．５Ｄ打印：正在到来的工业．北京： 人民邮电出版社，２Ｏ１ ６ 【５】Ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ ｔｈｅ；３Ｄ ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｙ． Ｆｉａｎｃｉａｌ Ｔｉｍｅｓ． ２０ １ ２－ ０８——０９ 【４］Ｌ・Ｊｏｈｎｓｏｎ，刘德建，黄荣怀，等．２Ｏ１ ６新媒体联盟中国 基础教育技术展望：地平线项目区域报告．浙江教育技术， ２０１ ６（１）：５６—４０ 【５】陈纲．从“思”到“造”——５Ｄ打印教育助理小学生 创新能力的培养．中小学信息技术教育，２０１ ６（４－）：１ ３—１ ５二 ２０１７．０７中国科技教育 ５９
