三、影響3D打印技術(shù)在英國中小學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的因素分析
通過對2012-2013年英國開展的3D打印技術(shù)進(jìn)入學(xué)科教學(xué)項目的分析，總結(jié)出成功背后的影響因素有以下幾個：
1.教師對3D打印技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用持積極的態(tài)度
正如許多參與項目的老師說，他們只花幾個月的時間就能足夠熟練地使用打印機(jī)和相關(guān)軟件，并且能在教學(xué)中成功而自信地使用。在實踐教學(xué)中表明，自信的教師在使用3D打印技術(shù)時要比那些相對孤立且不能堅持解決委托或獲得持續(xù)支持的教師更得心應(yīng)手，因為他們有著對主題探究的熱情和敢于實驗與創(chuàng)新的膽量。正所謂“心之所向，身之所往”。當(dāng)教師憧憬并相信3D打印技術(shù)具有促進(jìn)教與學(xué)的潛能，便會致力于技術(shù)與教學(xué)的有效整合，探究創(chuàng)新教學(xué)方法，最終獲得成功的經(jīng)驗和有效的技術(shù)應(yīng)用策略。
2.教師與教學(xué)支持人員的通力協(xié)作
英國3D打印技術(shù)在中小學(xué)學(xué)科教學(xué)中應(yīng)用項目，是由教育部、物理學(xué)會、全國數(shù)學(xué)教師理事會(NCETM)、3D打印機(jī)廠商、學(xué)校等合作進(jìn)行的。其合作的目的有三個：一是確保教學(xué)中所選擇的軟件是適合跨學(xué)校、跨科目的；二是提高各種資源的有效利用率，包括各學(xué)校的教師資源、技術(shù)資源；三是促進(jìn)交流與共享技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗。技術(shù)與教學(xué)整合需要投入大量的時間、精力和人力。例如參與項目的Highworth女子文法學(xué)校有成功的案例，該校的DT老師和物理技術(shù)人員密切合作，共同設(shè)計一組可以通過金箔模擬阿爾法粒子的散射的設(shè)備。所以，教師與教學(xué)支持人員，包括專業(yè)技術(shù)人員、3D打印機(jī)廠商、同一學(xué)科或不同學(xué)科的教師之間的通力協(xié)作是推動探索技術(shù)促進(jìn)學(xué)科教學(xué)的持續(xù)動力。
3.必要的軟硬件環(huán)境建設(shè)
(1)軟件
項目組織者和支持者為教師和學(xué)生提供使用設(shè)計軟件的專門培訓(xùn)，而且盡可能選擇容易上手且免費(fèi)的設(shè)計軟件，比如很多學(xué)校選擇使用的免費(fèi)Sketchup(草圖大師)?；谠擃愒O(shè)計軟件的數(shù)字設(shè)計模型是3D打印機(jī)打印產(chǎn)品的源文件。該文件在打印輸出時，通常是一個.stl文件，然后送入第二層軟件并生成打印機(jī)指令(G code)，該指令唯一指向于一個特定的打印機(jī)。.s3g文件格式的G代碼通過SD卡輸入打印機(jī)。打印項目中Makerware和復(fù)制因子G計劃通常被用于生成G代碼[13]。數(shù)字設(shè)計模型可以從如Thingiverse等免費(fèi)網(wǎng)站下載，這有助于入門打印機(jī)操作的學(xué)習(xí)。
(2)3D打印機(jī)
從英國3D打印技術(shù)應(yīng)用到學(xué)科教學(xué)的項目經(jīng)驗分享中可以看出，3D打印機(jī)的選擇關(guān)系著能否有效使用打印機(jī)并將其優(yōu)勢功能發(fā)揮到最大化。需要從以下幾點(diǎn)考慮：第一，要考慮3D打印機(jī)的使用者和使用目的。若是教師使用3D打印機(jī)打印教學(xué)模具，優(yōu)先考慮打印機(jī)的速度和質(zhì)量；若是學(xué)生利用該技術(shù)制作模型，則還需要考慮其易用性、耗材和成本。第二，要考慮打印機(jī)本身的一些因素，比如打印速度、打印機(jī)文件傳輸接口、與學(xué)校操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的兼容性以及質(zhì)量和售后支持等。第三，要重視打印機(jī)所置放位置和環(huán)境，防止拖拉或移動，避免要打印出來的物體出現(xiàn)干燥和翹曲等問題。所以，學(xué)?；蛘呓處熢谶x擇和使用3D打印機(jī)時需要全面且慎重考慮。
4.對應(yīng)用過程提供系統(tǒng)的支持
(1)來自學(xué)校管理層的支持
參與項目的大多數(shù)學(xué)校里的領(lǐng)導(dǎo)教師都是具備專業(yè)計算機(jī)輔助設(shè)計能力的設(shè)計與技術(shù)專家，他們通過“低干涉”管理讓學(xué)科教師更專注于技術(shù)使用方法和教學(xué)目標(biāo)實現(xiàn)途徑，這不僅為學(xué)校師生提供財政支持以及他們創(chuàng)新使用3D打印機(jī)的視角，而且在鼓勵和支持教師使用新的、不熟悉的技術(shù)，組織并建立強(qiáng)大的人才團(tuán)隊以及給學(xué)生傳授他們的技術(shù)知識等方面也起著積極作用。
(2)對應(yīng)用3D打印技術(shù)的教師團(tuán)隊進(jìn)行專門的培訓(xùn)
學(xué)校管理者與相關(guān)技術(shù)專家在學(xué)校引入3D打印技術(shù)后需要對校內(nèi)擬在教育教學(xué)中的應(yīng)用3D打印技術(shù)的教師進(jìn)行專門的、系統(tǒng)的培訓(xùn)。培訓(xùn)初始期間，3D打印技術(shù)的使用輕松實現(xiàn)教師、技術(shù)工作人員和學(xué)生的一些大膽創(chuàng)新性想法，進(jìn)而激發(fā)他們對技術(shù)持續(xù)探索的熱情。而且，跨部門在使用相關(guān)軟件時證明專門的培訓(xùn)和持續(xù)的支持對技術(shù)使用與推廣起著至關(guān)重要的作用，因為沒有經(jīng)驗的教師必須花一段時間來提高使用打印機(jī)和應(yīng)用設(shè)計軟件的能力。
培訓(xùn)課程一般包含為教師提供3D打印機(jī)項目基礎(chǔ)內(nèi)容和實踐機(jī)會，組織討論會分享使用3D打印機(jī)的經(jīng)驗想法等活動。此外，教師需要花費(fèi)正常教學(xué)以外的時間和精力來鞏固編程技術(shù)和CAD專業(yè)技術(shù)，以保證熟練使用3D打印機(jī)并充分發(fā)揮3D打印機(jī)的功能。
四、結(jié)束語
2014年地平線報告中將3D打印技術(shù)應(yīng)用劃為2-3年的中期計劃，報告中指出3D打印技術(shù)對教學(xué)和學(xué)習(xí)有很大的潛在價值[14]。3D打印技術(shù)將無形的思想與設(shè)計有形化，通過提供觀摩與探究、演示與構(gòu)建、創(chuàng)造與制造等技術(shù)支持，為學(xué)生搭建一個知識運(yùn)用空間，創(chuàng)造一個體驗式學(xué)習(xí)中心，充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)活動主體性的原則，有助于培養(yǎng)并發(fā)展學(xué)生的成功智力，即分析性智力、實踐性智力和創(chuàng)新性智力。
3D打印技術(shù)在英國中小學(xué)學(xué)科教學(xué)中取得比較明顯的應(yīng)用成果，并且由此總結(jié)了相應(yīng)的學(xué)科教學(xué)應(yīng)用模式，不僅開啟3D打印技術(shù)促進(jìn)教與學(xué)的探索，而且有望為其他國家或地區(qū)的學(xué)校引入該技術(shù)提供成功的案例和有價值的指引。但從項目試點(diǎn)學(xué)校反饋中可以發(fā)現(xiàn)在實踐過程中存在一些問題，比如打印復(fù)雜模型時耗時、耗力的問題，網(wǎng)絡(luò)軟件與打印機(jī)接口契合的問題，教師和學(xué)生熟練使用3D打印機(jī)的問題等。如何將3D打印技術(shù)恰當(dāng)有效地應(yīng)用到學(xué)科教育中以優(yōu)化教與學(xué)活動過程，提升教學(xué)質(zhì)量，仍然是教育研究者值得探索的問題。
參考文獻(xiàn)：
[1][13]Dimitrov D,Schreve K,de Beer N.Advances in three dimensional printing-State of the art and future perspectives[A].10th European Forum on Rapid Proto-typing and Manufacturing[C].Paris,France Sep,2004.
[2]李青，王青.3D打?。阂环N新興的學(xué)習(xí)技術(shù)[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2013，(4)：29-35.
[3]王萍.3D打印及其教育應(yīng)用初探[J].中國遠(yuǎn)程教育，2013，(8)：83-87.
[4]3D打印技術(shù)在英國學(xué)校試點(diǎn)[EB/OL].http：//www.zhizaoye
.net/3D/dong/2013-01-04/20495.html.
[5][7][9][11][12]Department for Education.3D printers in schools:Uses in the curriculum[EB/OL].https://www.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/251439/3D_printers_in_schools.pdf.
[6][8][10]Department for Education.National curriculum in England:Science programmes of study[EB/OL].https://www.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/239132/PR
IMARY_national_curriculum_Science.pdf.
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