第一篇：工业设计中的3d打印
3D打印机调试过程出现中的
几个较为明显的问题
问题描述：经常烧坏主控板、拓展板、步进电机驱动器。 现象描述：严重发热、冒烟。
原因分析：1.线路中存在正负极接反的现象。
2.供电电压不稳定，长时间超过12v。
3.拓展板供给额定电压为12V，主控板额定供给电压为
5V，误将12V电压也作为主控板的供给电压，导致主
控板烧坏。
4.打印时间长，控制板散热不好，导致过热烧坏。
5.传动负载大，为保证步进电机不丢步，主动调节步进电机驱动器电阻，增大电流，电流过大导致驱动器烧坏。
正确做法：1.仔细检查线路是否有错，通电前用相关仪器检查线路是
否合理。
2.主控板与拓展板分开供电，主控板用专用充电器供电或
者用电脑USB供电，拓展板用质量较好输出电压为12V
较稳定的电源供电。
3.驱动器上装散热片，控制板部分安装独立风扇，保证工
作过程中控制板的散热。
4.机器传动件经常加润滑油，保证运动流畅。
5.选用合理型号的步进电机。
问题描述：打印机Z轴传动阻力大，Z轴电机易丢步，打印平台倾斜。 现象描述：Z轴电机带不动Z轴方向上的传动，丝杠径向受力大，打
印平台严重倾斜。
原因分析：1.Z轴轴向只有一根光轴导轨，受力不均，导致丝杠在径向上受力过大。
2.打印平台过重，导致阻力过大。
3.Z轴丝杠螺母为单螺母，与丝杠接触面积小，摩擦力大。
4.导轨滑块(直线轴承)过短，与光轴接触面积小，导致
平台倾斜。
5.平台重，电机选型偏小。
正确做法：1.Z轴至少用2根导轨导向承重，.丝杠置于两导轨之间，
保证丝杠径向受力最小。
2.打印平台采用亚克力板或者其他强度高质量小的材料。
3.Z轴丝杠可采用双螺母增加与丝杠的接触面积，减少单
个螺母所受的摩擦力，双螺母还可以减少回程误差，自
锁性能更好。
4.根据Z轴打印平台的质量及实际受力情况，选用适合的
电机。
5.丝杠一端悬空，使得丝杠传动受力更小，更流畅。
问题描述：打印过程中出现断层。
现象描述：打印过程中打印中心发生便宜，使得打印物出现明显断层。 相关图片：
原因分析：传动丝杠摩擦力过大，导致步进电机失步从而使打印中心
发生偏移。
解决方法：1.调节步进电机驱动器上面的可调电阻，使驱动器电流增
大，从而增大步进电机扭矩，防止电机失步。
2.选用功率较大的步进电机。
3.保持丝杠、导轨等传动件润滑，减少摩擦。
4.丝杠及导轨装配精度要求高，同轴度、平行度、垂直度
要求高。
问题描述：打印物表面不均匀。
现象描述：打印物某几层比较好，某几层不好，熔丝堆积不好，有些堆积在打印物体表面。相关图片：
原因分析：1.喷头吐丝不均匀，时快时慢，主要因为挤出头电机齿轮
不够锋利，或者弹簧弹力不够，导致与丝材摩擦力不够，
出现进丝速度不稳定，不按预定速度进丝，从而出现吐
丝不均匀。
2.喷头喉管内径过小，容易卡丝，使得出丝速度受影响。
3.丝材加热温度不够，同种材料不同厂家生产的融化温度
也会有不同，熔化不充分导致吐丝受影响。 解决办法：1.更换喷头步进电机上的挤出齿轮。
2.调节喷头上进丝挤压弹簧，使得丝材所受摩擦力适中。
3.换内径稍大的喉管。
4.反复测试，确定所用耗材的最佳熔化温度。目前测得最
适合的PLA打印温度为220摄氏度。
第二篇：3D打印技术在小学教学中的应用
1986年美国科学家查尔斯?胡尔发明出世界上第一台3D打印机。随后胡尔成立了世界上第一家3D打印设备公司。然而，这一技术却由于价格昂贵、不够成熟等原因并没有引起业界的重视。经过近30年的发展，3D打印技术已逐步走向成熟，且价格有所降低，开始风靡全球。2013年《地平线报告》的基础教育版，首次将3D打印的教育应用列入了“待普及”的新技术清单。3D打印技术越来越受到教育界的关注。
一、小学阶段开设相关课程的价值与意义
素质拓展课程是传统课堂教学的必要补充，是全面推进素质教育的有效途径，它注重个性塑造和创新能力的培养，旨在开拓学生视野和提升学生设计和动手的能力。随着各地教育教学水平和科学技术水平的发展，越来越多“新鲜”课程走进中小学素质拓展课堂。
小学阶段的学习是学生成长和成才的基础，对学生今后的发展方向起到引领作用。3D打印作为二十一世纪的朝阳产业，理应在人群中推广。“3D打印教育”由高等教育特定领域向基础教育普通课堂过渡，逐渐推向中小学课堂是其发展的必然趋势。目前，国内外对3D打印技术的教学应用处于起步阶段，还需不断摸索。可以明确的是，3D打印可以把新技术和创造性学习联系到一起，让学生体验新技术带来的巨大能量的同时，在项目探究中体会创新的乐趣。
二、3D打印技术在小学的教学内容
1. 3D打印的定义
3D打印是以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，通过逐层打印的方式来构造物体的快速成型技术，它是一种增材制造技术。
2. 3D打印的应用领域
与传统的减材制造相比，3D打印技术摆脱了模型复杂程度的束缚，实现了完全数字化，降低了制造的难度，提高了制造的速度。近年来，3D打印被越来越多地应用于各个领域，如创业产业领域、制造业领域、航空航天领域、文物保护领域、医疗卫生领域等。
3. 3D打印机
在小学教学中，我们主要使用了HOFI-X1 3D打印机。HOFI-X1 3D打印机是基于熔丝沉积制造(FDM)原理的3D打印设备，它与台式电脑或笔记本电脑通过USB电缆连接就可以打印出三维实体模型。3D打印的方式是逐层打印，每一个层都在上一层上堆积而成，上一层起到支撑的作用。随着打印时长的推移，3D打印作品逐步完成。学生可以清晰地看到打印的整个过程。这种设备结构一目了然，机器坚固耐用，性能稳定十分适用于小学教学。
4.制图软件介绍
Sketchup使用简便，学生可以快速上手，是一个极受欢迎的三维设计软件，它就像“铅笔”一样，可以画出理想的图形。TinkerCAD是一个基于浏览器的3D建模平台，没有软件安装条件的学生可以选择这个绘图方式。UG NX可以用于绘制二维和三维图形，是一款专业级的制图软件，多用于工程制图，功能强大，学生学习基本操作也不难上手。AutoCAD是一款计算机辅助设计软件，同样可以用于二维制图和基本三维设计，使用无需懂得程序设计，即可自动制图，因此它可以用于土木建筑、装饰装潢、工业制图、工程制图、电子工业、服装加工等多个领域。
5.三维扫描仪
三维扫描仪可以扫描出静态或者动态物体，由于三维扫描仪的扫描范围有限，因此需要变换扫描仪与物体的相对位置或将物体放置于电动转盘上，在光线充足的条件下经过多次扫描以拼凑物体的完整模型。三维扫描出的模型可以直接导入到3D打印机，并打印出来。
6.沙盘制作
学习了三维制图和打印机的使用后，学生已经具备自己设计制作简单模型的能力，他们不再满足于制作个人的小物品。给学生分组，以团队的形式分工合作制作沙盘，让他们在合作中真正实现自主创意、自主管理、自主学习，通力合作。学生自主创意的作品有颇具天津特色的天塔湖公园等。
三、结语
3D打印技术的原理、电脑制图是本课程的难点。小学生学起来还是需要一定时间，需要教师耐心教授。创意设计和模型制作是本课程的重点，教师应引导学生，并随时对他们提出的问题给予指点和反馈。3D打印技术在小学是一门全新的课程，教学没有经验可循，教师可通过总结归纳的方式，把学生提问的知识点转化为系统的知识结构。
素质拓展课程是激发学生兴趣和培养小学生动手能力的重要途径，这一阶段的学习对其终身发展起着至关重要的作用，值得重视。如今，3D打印的风暴已经波及全球，让学生接触并学习3D打印技术对于我国的科技发展具有战略性意义。
参考文献：
[1]兀旦晖，赵晨飞.3D打印技术在教学中的应用研究[J].教学信息，2013.
[2]童宇阳.3D打印技术在中小学教学中的应用研究[J].现代教育技术，2013.
第三篇：3D打印技术在教学中的应用与探索
摘要：随着3D打印技术的日益成熟，以及其在各行业和领域极具潜力的革命性应用，如何普及3D打印并为社会培养专业的3D打印人才是当前学校教育的一个重要课题之一。本文分析了3D打印分别在不同教学阶段的受众特点，针对大、中、小学总结出不同的教学目标和教学方法，提出了一个全过程的3D打印教学体系和培养方针。通过具体案例，本文指出可以将3D打印融入主流课程的教学实践当中，服务和提升已有课程的教学水平。最后，本文总结了3D打印在教学实践中可能面临的问题和解决方案，为有效开展3D打印在各阶段的教学提供了理论指导和实际建议。
Abstract： With the increasingly mature of 3D printing technology， as well as its application in various industries， how to popularize 3D printing and cultivate professional 3D printing talents for the society is an important task of the current school education. This paper analyzes 3D printing audience characteristics in different stages of teaching， sums up different teaching goals and teaching methods respectively for college， middle school and primary school， and puts forward a whole process of 3D printing teaching system and cultivation guidelines. Through the specific case， this paper points out that 3D printing could be included in the mainstream curriculum teaching practice to serve and enhance the level of existing teaching. Finally， this paper summarizes the problems and solutions of 3D printing teaching practice， provides theoretical guidance and practical advice for effectively carrying out 3D printing in every stage of the teaching.
关键词：3D打印;技术创新;教学方法;人才培养
Key words： 3D printing;technological innovation;teaching methods;cultivation of talents
中图分类号：G40-057 文献标识码：A 文章编号：1006-4311(2015)32-0178-04
0 引言
发达国家已经开始探索3D打印技术对教育的影响，并成立了相关的项目用以促进3D打印技术与教育的融合，从而培养出适应现代设计、制造潮流的人才，从而提高自身的竞争力。新媒体联盟(New Media Consortium，NMC)在2013年地平线报告中提出，3D打印是未来四到五年内值得关注的新技术，它将带来教学、学习和研究领域的创新[1]。英国教育部已经选取多所小学作为试点学校，设立相关的基金，为学校购买3D打印机，并对教师进行相关培训，此外，还开设3D打印的相关课程作为学生的手工课。学生可以通过电脑建模，打印自己所喜欢的模型[2]。欧洲的一些国家也进行了3D打印的相关教学调研，如“未来教育与学习”(LIFE)项目，对欧洲7国的师生进行调研，以获得3D教学对学生课堂的专心度和学习成绩的影响[3]。希腊在两所高校开始初步试验将3D打印作为学习手段的教学方法[4]。美国STEM教育中的STARBASE Minnesota是对学生提供STEM训练的教育项目。该项目通过引入3D打印的支持，使学生能通过CAD软件自行设计相应课程的模型，并进行实际的测试和分析。该课程项目能极大地调动学生的积极性，使枯燥的数学分析亦能激发学生的兴趣[1]。此外，还有一些职业学校的项目，如PlayMaker。该项目围绕着3D打印技术这一核心的课程，学生可以设计、打印和验证模型的物理理论。
较之国外而言，国内3D打印的普及和教育仍处于起步的阶段。国家当前十分重视3D打印技术和应用的发展，例如我国科技部已将3D打印技术纳入国家863计划，各地学校也开始进行有关3D打印课程的试点。
1 3D打印发展现状以及学校教育的可行性
目前3D打印机的成本及其打印材料、质量、时间等都是制约3D 打印在学校教育中普及的因素。解决好这些瓶颈能更好地促进教学和研究的发展，为探索教学新方向提供有效的方法。
1.1 3D打印机成本 3D打印机的成本一直是制约3D打印发展的瓶颈。3D打印机的售价从几千元到几十万元不等。为了降低3D打印机的成本，许多公司已经着手相对廉价的3D打印机的研发。据报道，有些公司已经开始抢占教育行业的市场，推销千元以下的3D打印机。随着3D打印机的成本进一步降低，其普及将不再是难题。
1.2 3D打印的材料 另一个制约3D打印普及的瓶颈是耗材。目前的3D打印可以支持多种打印材料，如热塑性塑料、尼龙、合金、金属粉末、石膏、陶瓷、可食用材料、光敏树脂等。虽然3D打印支持多种类型的材料，但不同的材料需要相应打印设备的支持，此外打印材料的价格也并不便宜。目前的教学研究中使用较为普遍的是PLA(生物降解塑料聚乳酸，Polylactic Acid)材料和ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，Acrylonitrile Butadiene Styrene Acrylonitrile Butadiene Styrene)。一千克的PLA或ABS耗材的市场价格为60元左右。随着材料的进一步改进和研发，生产技术的发展和生产厂商的增加，普通耗材的价格将慢慢降至教学可接受的范围内。
1.3 3D打印的质量 在打印模型的过程中，有时会由于机器本身或环境的问题，导致打印的质量并不理想，成品率一般在30%-50%左右，甚至更低。其中廉价的3D打印机也是使成品率降低的原因。种种原因将不利于教学实践和教学研究的使用。随着3D打印技术将不断改良和创新，打印质量会随之而提高。
1.4 打印时间 打印时间长也是一个亟待解决的问题，现在的3D打印时间普遍偏长，阻碍了教学实践以及教学研究的发展。据报道，现下最新研究的3D打印技术CLIP(Continuous Liquid Interface Production)的打印速度是旧式打印的几十倍以上，其打印出的物体表面也十分光滑，完整。这项技术若能普及，将弥补3D打印时间长的缺点。
2 3D打印在不同教育群体中的教学分析与探讨
在3D打印的教学上，学校应该在3D打印的课程进行细致、深入地规划，推行多方向、多环节的主题学习。学生通过探索、想象、实践等环节的学习后，将激发想象力以及提高学习效率与兴趣。结合不同时期学生的学习方向，学生在各阶段的进程和方向上都有所侧重，进程如图1所示。
2.1 小学教学 以“感性认识”与“培养想象力”作为小学教学的方向。这一阶段的学生，发散思维力强，想象力丰富，活泼好动，接受新鲜事物的能力强。
结合以上的特点，每个小学单位至少配备一台以上的3D打印机。设置的3D打印课程应该“浅入浅出”。所谓的“浅入”，就是用生动活泼、浅显易懂的语言对3D打印的原理和3D打印机进行简单的介绍，让学生在感性上对3D打印有初步的认识，对打印原理、设备以及应用范围有个大致的了解。“浅出”就是通过做些有趣味性、引发联想、充分结合课程的简单小实验、小制作来加深学生对3D打印的认识和理解。此外，学校不能一味地使用强制性的考试、规范化的实验对学生进行应试教育，而应使用更自由、轻松的教学方式以提高学生的兴趣，使学生产生成就感，形成教学的良性循环[5]。3D打印课程的目的是将3D打印作为学生通往兴趣爱好的一座“桥梁”，而非仅作为一门来自于课堂又终结于课堂的课程。
在教学上，可以根据学校自身的特点、专家的研究等设计小实验、小制作。课程的核心必须是以拓展学生的思维、引导想象力为主，目的是要激发学生的想象力和兴趣、培养其思维能力。
2.2 中学教学 以“想象力和实践相结合”作为中学教学的方向。这一阶段的学生，发散性思维的能力与接受新鲜事物的能力依然很强，有一定的知识基础和逻辑思维能力。在小学阶段，学生有异想天开、天马行空的想法，在中学阶段，开设的3D打印课程应该有意识地引导学生的想象力，将想象力与实践结合。在数学、地理、生物等科目可以结合3D打印课程进行科目的交叉与融合。应该让学生在已有的认识基础上，加深对三维空间的理解，并且能简单地掌握建模软件如Auto CAD的操作，能进行简单或者相对复杂的建模。
在中学教学中，学生已经学习到地理、物理、生物、化学等学科。在现阶段的中学教学中，教学道具仍然匮乏，尤其在经济不发达的地区，更是如此。教师基本无法使用道具进行演示，只能利用课件、播动画和视频来替代。学习知识不应该和活动情景分离而独立抽象存在[5]，在情境中学习，与社会实践活动结合起来的学习将有利于学习的横向拓展和纵向深入。3D打印不受图形限制，可以打印出结构复杂的教学模型，教师将内部认知结构可视化，化抽象为具体，化复杂为简单[6]。理工科的课程中，实体化、可拆卸与装配、可运动的教学道具更能激发学生的兴趣和想象力。在制作个性化、非大批量的教学道具中，可以很好地利用3D打印的打印能力。
2.2.1 3D打印在地理课程中的应用 在地理课程的学习中，应用到大量的实体模型。实体模型能培养学生视空间能力，如教师可以打印出可运动的太阳系模型(其中包含可拆卸的太阳、水星、金星和地球等模型)，在不同节气改变地球的位置;可以打印出不同时间段物体或现象的标志性状态的模型;也可以打印出可拆卸的房屋模型，用以演示地震对房屋的破坏;或者打印天气现象的运动模型，用以表现气旋、冷锋、暖锋等天气现象的运动;再比如使用模型层层分离的展示方式，展示不同地带的地形地貌、山岳的形状等。
通过打印图2的恒星系统，如太阳系(组件均来自3D打印)。教师可以结合课本介绍太阳系，并且移动地球等行星，以及对节气等知识点进行介绍。还可以从系统中拆卸地球模型，取出内部的每一层结构进行细致地讲解，让学生从宏观到局部系统地了解太阳系的结构。通过实物化的可运动太阳系系统，可以使知识生动形象，加深学生的认识。
2.2.2 3D打印在物理课程的应用 在物理的课程学习中，物理的许多电路、定律皆可由3D打印模型演示。如对自由落体、胡可、弹性碰撞等定律进行验证，或是合力的箭头模型、同步卫星模型、地球模型、实验电路模型的演示以及电阻、电容、电感等模型的类比演示等。同时，制作的3D模型可以与电子电路相结合，使模型能够完成相应的演示功能，如模型的LED发光、自行水平移动、垂直移动和旋转等。
通过打印如图3设备(含打印的无盖盒子、机械结构、排液管等，除了电压表、电源以及导线外，其他结构均由3D打印而成)的零件，可以引导学生在宏观上对电容有一个深刻的认识。在盒子里倒入导电液体，与电源、电压表连成闭合电路后，旋转可移动间距的旋钮，调整盒子的间距，或者调整排液旋钮，排出一定量液体，观察电压表的电压示数变化。随后教师可以通过联系所学知识，解释实验现象。学生能调整盒子间距、导电液体的量、以及更换“电容”介质等进一步加深对电容的重要公式及相关知识的理解。3D打印类似的实验装置可以很好地应用于教学，不仅可以验证理论的正确性，还能培养学生的动手能力，激发他们的想象力和兴趣。只要有3D模型就能随时打印并组装，快捷且方便。
2.2.3 3D打印在生物课程中的应用
在生物课程的学习中，能应用到大量的实体模型。使用3D打印的技术，可以打印出可拆卸的细胞、细菌、病毒的结构模型、可拆卸的多肽链、多糖、蛋白质、核酸等大分子的化学球形结构模型或者可运动的细胞膜的结构模型。打印理解难度较大的细胞有丝和无丝分裂等模型可以很好地解决学生的理解问题。
通过打印出细胞模型，如图4所示的半截面的植物细胞模型。3D打印出层1(细胞壁)、层2(细胞液)外壳以及各种不同的细胞器(使用不同颜色材料的打印，以增加细胞器的区分度)后，再组合起来。因为打印的难度不大，整体耗材少，所以可以打印出整班的数量。教师进行相关知识的讲解前，可以把打印好的模型分发给所有的学生。学生除了能在课堂上结合老师的讲解和课本的介绍，利用细胞的立体模型对植物细胞的知识进行深入了解外，课下还可以用模型做进一步的对照复习。通过拆卸细胞模型，可充分调动学生的视觉、触觉等感官，加深其对知识的理解。
在中学阶段，除了在课堂教学上使用结合3D打印的教学用具外，可以适度举行涉及3D打印的竞赛，竞赛可以采用外观设计、组合结构、教学用具创新等形式。考虑到中学生的3D设计能力并没有良好的基础，因此学校或比赛举办方可以提供相关的模型给学生参考。如在机器人DIY竞赛中，比赛举办方提供种类繁多的3D模型包，学生可以自行设计机器人的结构图，并从模型包中取出相应的3D模型并打印，最后根据结构图组装起来。
2.3 大学教学 在目前的大学教学中，3D打印技术使用比较广泛。涉及到实物的外观、结构、机械、电路等的课程，皆可使用3D打印技术。除了在高等数学、大学物理、机械原理与设计、材料力学等基础课或专业课程的教学中使用3D打印的教学模型外，也能在实验、课程设计中使用3D打印。
随着各专业学科的交叉与融合，以及3D打印技术的日益成熟，它与各相关学科的结合会越加紧密，其作为“桥梁”性质的实现方式会越来越重要。各高校的专业设置虽涉及到3D打印，但并没有开设3D打印技术的相关课程，因此学生建模水平不高，设计出的成品与实际需求相距甚远。
3D打印本科专业建设的核心是“创新、设计、建模”。由于3D打印的接口面广，因此专业课设置要在不同方向上有所侧重。要学习的课程分为公共基础课、专业基础课、专业课以及课程设计。公共基础课包括高等数学、大学英语、大学物理、工程制图、线性代数、机械原理及设计、电工电子技术等。鉴于目前缺少适用于大学教学的3D打印教材，在此仅提供基础专业课的教学课程有：3D打印导论、3D打印原理、常规3D打印机的结构及组装、3D打印基础设计、3D建模基础与提高(使用目前流行的3DMAX、MAYA、Rhino等软件进行学习与应用)等。
学生自行选择不同行业方向的专业课，如动漫、机械、建筑、汽车、首饰等。以首饰专业课为例，它涉及到首饰设计、加工工艺、创意设计以及结构美学等课程。在选择相应的方向后，应增加该行业的相关知识的课程，以提高学生的基础。公共基础课、专业基础课作为学习基础，专业课则作为所学知识的综合运用。课程由浅至深，逐层递进和深入，最终促使学生掌握创新、应用的技能。教师在教授专业课时应注重引导学生的创新思维能力、发散思维能力，在实验、课程设计上应设计弹性大的题目。
至此，可以通过表1总结出小、中、大学不同学习阶段学生特点、教学基础、教学目标和教学内容。
3 教学实践中的问题与建议
3D打印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[7]。
目前，3D打印在教学实践中存在诸多问题或空白，拓宽教学实践的各环节将促使3D打印与教学实践进一步的融合与发展。以下提出相关的建议。
3.1 学校安装相关配套的3D打印机 目前大多数学校没有配备相关配套的3D打印机，而3D打印机是进行教学、研究的基础设备。如果教学条件允许，还可以配备相关的外围设备，如3D Camega、KinectDIY等专业3D扫描仪。此外政府可以出台相关的政策，为大中小学配备3D打印机及相关设备。据了解，我国政府计划将在两年内为全国四十万所小学安装3D打印机，用于学校的教学和研究。未来可能会在大、中学推行进一步的相关政策。
3.2 编撰规范化的教材 3D打印技术虽然不是一门新兴的技术，发展的时间也相应的比较长，但目前的教学中仍然缺少内容丰富、案例经典的教材作为教学的参考。因此可编写适合大中小学使用的3D打印技术的书籍作为教学的材料。但不强制要求各学校必须采用，学校也可以自行编写符合自身教学要求的教材。规范化教材编写的主要出发点是用于规范化的教学。
3.3 对教师进行培训 3D打印教师应该在技术和教学设计等层面进行学习和提高，做好领路人的角色。课程设计应该围绕“切合实际、拓展思维和激发想象力”的目的。在中小学教师的培训上，培训人员除了教授相应的3D打印原理、机械结构、耗材等知识外，应该将重点放在培训教师对学生的思维与想象力进行引导的方法和技巧上。培训大学和职校教师，应该使其“各习所长”，即在他们的专业方面，针对性地教授不同专业的结构、建模、耗材、支撑等方面的知识和经验，辅以典例为佳。
3.4 相关竞赛设计 在各类大中小学竞赛中，学生往往只能使用举办方所提供的配套组件进行组装和二次开发，这在很大的程度上阻碍和限制了学生想法的表达，不利于学生在实践中自由发挥和拓展。3D打印能很好地提供解决方案，学生可以根据自己的想法设计并打印出相应的模型，并组装在自己的参赛作品中。此外，为了使3D打印能更好地与教学、实践等融合，可以举行不同主题的比赛。竞技类型，如机器人足球、机器人篮球、机器人搏击比赛、竞速、花样飞行、抢夺比赛等;解决任务型，如智能辅助;开拓思维型，如组合联动结构。也可以举行开拓参赛团队思维的比赛，设计并打印出新颖、独特、具有创造性的机器人零部件、外壳、骨架等。鼓励比赛优秀的作品进行进一步的研发。这样的比赛除了能促进3D打印的技术更新和发展外，还能拓展学生对控制芯片的编程、机械结构、模拟电路的认识。
3.5 成立相关委员会 目前的3D打印并没有很好地纳入规范化的组织和管理中，成立相关的委员会是行之有效的方法。通过成立相关委员会，创立评选制度，可以支持大中小学的学生对感兴趣的方向进行创新。可以通过评选项目提供必要的资金，并配给相应的指导老师。再者，如果学生能够靠自身的能力切实改进了3D打印的技术，并有相应的展示方式，通过委员会的审核后，可报销其费用，并给予相应的奖励。
3.6 其他 授课老师引领学生发挥想象力，记录下他们对3D打印的想法(学习方法、技术的改进)等，将想法在大中小学校的网络共享平台上进行汇总，让不同的想法互相“碰撞”。也可以邀请相关方面的专家来校演讲，或是组织学生到政府、公司等开设的3D打印展区进行参观，使学生能接触到3D打印行业的新方向，了解3D打印的最新进展。
4 总结
重视3D打印，就是要发挥一切积极的因素，使3D打印的课程和实践在学校教学中进行交叉与融合，不断循环发展。在3D打印教学的创新中，可以结合现在的在线教育、大数据等新技术，不断挖掘3D打印在课程教学的潜能和优势。在建设3D打印课程的体系中，需要多方协调和政策的支持，才能形成良好的教学和研究的氛围。
未来3D打印在教学、研究、设计、制造等方向的应用和实践将会进一步的深入和发展，它将以其独特的方式影响着人们生活的方方面面。
参考文献：
[1]王萍.3D打印及其教育应用初探[J].中国远程教育(综合版)，2013(8).
[2]刘翠.3D打印技术及其在职业教育领域中的应用[J].电子制作，2014(6).
[3]王娟.3D技术教育应用创新透视[J].现代远程教育研究， 2015(1).
[4]Vasilis Kostakis. Open source 3D printing as a means of learning： An educational experiment in two high schools in Greece [J]. Telematics and Informatics， 2015(32).
[5]黄敏.3D打印向基础教育走来――访南京市秦淮区校园3D研究社团[J].中小学信息技术教育，2014(10).
[6]杨洁.3D打印在教育中的创新应用[J].中国医学教育技术，2014(1).
[7]童宇阳.3D打印技术在中小学教学中的应用研究[J].现代教育技术，2013(12).
第四篇：3D打印教具在数学课堂教学中的应用
【内容摘要】数学课堂教学中，作者认为好的教具能够形象直观的反映一些抽象的数学模型，有助于学生认识理解和掌握抽象的数学理论知识，进而促进良好数学思维的形成.随着信息技术的发展，3D打印技术日趋完善，且成本趋于市场化、大众化，更有利于制作一些特别的、个性化的教具，以便服务于教学。
【关键词】3D打印技术 数学教具 课堂教学
3D打印即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用PC材料等热塑性材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术.3D打印机的工作原理和传统打印机基本一样，都是由控制组件、机械组件、打印头、耗材和介质等架构组成，只不过3D打印机喷的不是墨水，而是液体或粉末等“打印材料”，打印原理是一样的.打印前在电脑上设计了一个完整的三维立体教具模型，然后再进行打印输出。
一、3D打印大众化普及的趋势
1.桌面级3D打印机及耗材价格
根据3D打印技术种类的不同，3D打印机的价格也有很大差距，对于打印教具而言，以往大多数桌面级3D打印机的售价在两万元人民币左右，而现在一些国内研发的产品价格仅在两千到一万元左右。打印材料大多使用尼龙条或塑料耗材，而现在市场上销售的3D打印机专用耗材ABS通常在100元左右，PLA塑料丝在200元左右，已经比较实惠，对于教育经费投入逐步加大的大多数学校来说，购买几台甚至几十台桌面级3D打印机已经不是问题，况且耗材费用也比较经济。
2. 3D打印设计软件的普及
基于3D打印民用化普及的趋势，3D打印文件的设计平台已经从专业的设计软件向简单的设计应用发展，网络上比较成熟的平台有基于WEB的3D设计平台3D Tin，另外，一些网站也相继推出了基于各种开放平台的3D打印应用，大大降低了3D设计的门槛，甚至有的应用已经可以让普通用户通过类似玩乐高积木的方式设计3D模型。所以教师学习简单的3D打印设计软件，掌握基本的3D打印技术是未来的一种趋势。
二、未来数学教具的制作需要3D打印
1. 3D打印数学教具
3D打印技术是以数字模型文件为基础，通过三维造型软件或三维扫描仪制作出三维模型，再利用3D打印机就可将设计的任何有益于教学的模型很方便的打印出来，最终呈现在课堂上，学生可以对照实物模型学习理论知识，加深对理论的理解。
2.利用形象、直观的教具反映一些抽象的数学模型，课堂效果更佳
在数学教学中科学有效的使用教具，不仅能调动学生学习的积极性，激发学生的直觉形象思维，而且能使抽象的数学模型变得形象直观，利于学生更好的理解和掌握。3D打印可用于制作增强型的立体教具、学具，可视化教具。对提高课堂教学的效率和效果有显著的促进作用。原?淼慕萄С【跋拢?教师多使用语言和图片描述教学内容，形象直观的立体教具较少配备，或是无法定制。3D打印提供了更多的创造空间，教师可以自行制作某些教具，并在课堂上展示.学生也可以观察、触摸和组装这些教具，这种方式显然要比原来的教学效果更好。
3. 3D打印的教具会在未来教学中得到普及
在数学课堂教学中使用教具，可以培养学生的学习兴趣，促进数学概念的形成 ，儿童认识规律是“感知――表象――概念”，而操作教具恰恰符合这一规律，能变学生被动地听为主动地学，充分调动学生的各种感官参与教学活动，通过感知形象直观的教具，获得感性知识，形成知识的表象，并诱发学生积极探索，从事物的表象中概括出事物的本质特征，从而形成科学的概念。还可以帮助学生理解算理知识，提高解决数学问题的能力，培养他们的创新能力。加强数学思想方法的渗透，是突出数学本质，提高数学能力的重要组成部分。如数形结合的思考方法，变换思想，对应、集合的思想，估测意识以及分析、综合、转化、归纳、类比等基本思考方法，这些都是发展学生数学思维能力，提高学生数学素质不可缺少的金钥匙。在课堂教学中，充分利用教具和学具，可有利于加强数学思想方法的渗透。
因此，高效课堂教学要求师生教具制作的智能化、简便化、个性化，这一定会使3D打印技术在教具制作中的应用得到大力发展。
结束语
本文试图通过对3D打印技术以及3D打印机民用化普及的趋势，分析3D打印技术在数学教具制作中的作用，及部分数学抽象模型直观化反映的可行性，进而提高学生对数学学习的兴趣和创新能力。并且展望未来教学对3D打印技术的需求，让成熟的3D打印技术为高效课堂服务。
【参考文献】
[1] 王德花，马筱舒.需求引领 创新驱动――3D打印发展现状及政策建议[J].中国科技产业，2014，(8)：46-53.
[2] 匡 鑫，3D打印技术在教具制作与教学中的应用[J].南方农机，2015.12：64.
[3] 吴菲菲，段国辉，黄鲁成，等.基于引文分析的3D打印技术研究主题发展趋势[J].情报杂志，2014，(12)：64-70.
【本文系甘肃省教育科学“十二五”规划2015年度“陇原名师”工作室专项课题“基于TMPCK理念的初中课堂教学研究” (课堂编号GSGB[2015]MSZX043)成果之一.】
作者简介：李增国(1979-)，男，汉族，甘肃甘州人，现供职于甘肃省张掖市甘州区南关学校，中学一级教师，本科学历，长期从事初中数学课堂教学研究.
(作者单位：甘肃省张掖市甘州区南关学校)
第五篇：3D打印技术在中小学教学中的应用研究
摘要:近些年来，3D打印技术逐渐走进了人们的生活之中，受到越来越多的关注，目前由于此项技术可在短时间内制造出各种物件，被广泛的应用于航空、医学等等领域。而且，随着技术越来越成熟，在教育行业也在逐渐的被普及起来，本文将对3D技术在教育行业中的应用进行分析，并对目前在教育行业中存在的问题进行探讨，为此项技术在教育行业更好的发展提供借鉴意义。 关键词：3D打印技术;中小学教育;应用研究 引言
现如今，3D打印技术在教育行业逐渐被广泛的应用，英国教育部已经实现了大约1年的试点应用，将3D打印技术应用到各个学科体系之中，已经取得了不错的效果，极大的增加了对于3D技术在教育行业应用的信心。本文将首先介绍3D打印技术的概念，在通过中小学各个学科教育中的实际应用，来探究3D打印技术在教育行业中对于应用问题，最后再指出3D打印技术目前存在的问题，提供借鉴意义。
二、3D打印技术在教育行业的应用
(一)数学学科
在数学学科的领域中，在学习几何立体图案的主视图、侧视图和俯视图时，对于较为复杂的几何立体时，很多中小学生在想象时，较为抽象，脑海中的空间思维能力相对较弱，缺乏具体的实物来模拟，很多教师也很难对同学之间产生共鸣。有了3D打印技术，老师们可以很方便、很快捷的打印出所需要的几何体，展示在中小学生们的面前，将图案分别从正面、侧面、俯面进行观看，十分直观的实现了在此章节的教学工作。除此之外，比如一个复杂的几何体，被横切后，出现什么样的图案，在3D打印技术的帮助之下，也可以迎刃而解。
(二)物理学科
在学习力学的章节时，很多的机械模型在进行受力分析时，学生们很难在大脑中呈现出每一个时刻的受力状况，比如：横摆运动、转动带受力分析等等，有了3D打印机之后，老师打印出机械的模型，并对机械模型的受力进行分析，十分形象的展现每一时刻的受力状况，在教学方面，大大的降低了难度，让学生们更加形象的得到理解。
(三)地理学科
在学习地理学科时，很多学生搞不懂太阳、月亮及地球之间的转动关系，不明白自转与公转运动，脑海中没有清晰的认识，学生们理解起来相对比较困难，老师们可以用3D打印机将其打印出来，比例得到一定的缩小，老师们可以更加形象的通过调整三者之间的位置，来描绘自转和公转运动的情况，大大的降低了教学难度，使得学生们可以更加方便的理解。
(四)历史考古学科
老师在讲解历史各个朝代工艺品时，未来能够用个清晰的认识，老师们可以使用3D打印机进行制作，比如：西周时期的鼎、西汉时期的竹简、清代时期的青花瓷等等，可以丰富学生们的阅历，增加对历史文物的了解。
(五)生物医学科
在学习生物医学类的知识时，对很多人体器官的构造在理解起来，有一定难度，比如：细胞的结构、体内循环系统、皮脂的结构、脑部结构等等，在理解起来有一定的难度，像上面的内容，可以用3D打印技术很好的实现，使教学变得相对容易，可以将这些结构以放大的比例进行打印，展现在学生们面前，可以更加详细的了解。
(六)航空类学科
在航空类的教学中，对于飞机的构造，学生们可能很难去理解，飞机的启动和落地的流程也很难形成记忆，有了3D打印机，这些问题都可以解决。以缩小的比例打印出飞机，老师模拟演示操控飞机的起飞和落地的过程，有利于学生们更好的形成记忆，使学生们的对飞机的构造及动力系统了解的更加深刻。
三、3D打印技术的局限性
(一)在教育行业推广有限，应用较少
3D打印技术在我国国内的各大中小学校中实践案例较少，实际运用3D打印技术来教学的较少，同时此类的期刊论文研究也相对较少，不少的学校领导对此技术心存顾虑，整体的在教育行业推广较少，缺乏成功的案例实践。
(二)成本相对较高
由于3D打印机属于稀缺类型的物件，而且科技含量相对较高，处于进入市场的初期阶段，价格处以“新贵”的姿态，普通大众在接受起来相对困难。不过，随着技术的进步，听说小型桌面的3D打印机大概售价低到一万以下，但成品率不能保证百分之百，在制作质量和工艺水准上存在一定的误差。
(三)使用材料种类有限
在使用3D打印机时，需要使用与之相符合的材料，各种材料种类有限，能够应用于3D打印的材料还非常单一，以塑料为主，并且打印机对单一材料也非常挑剔。且在采购起来，存在一定的困难，同时采购材料还存在着一定的成本，对各个学校来说，又是额外支付的一笔成本，加重了成本的负担。
(四)产品强度问题
在教学工作中，对于打印出来的仅用于观看的小物件产品，仅用于观看，在磨损及使用上不会造成太大伤害，倘若打印出来的产品时大物件，而且需要长时间的进行使用和模拟，那么物件的强度也是一个很大的问题，产品的强度有效期大概多久，能够使用多长时间，是每一个学校在购买3D打印机时的重要考虑因素。
(五)产权保护及税务问题
如果3D打印技术流放到教育行业之后，必然的会产生很多的模仿者和创新者，这就需要实现知识产权的保护，同时，由于货物的制造均是打印出来的，非真正的商品价值，在税务征收方面存在一定的问题，传统的征税模式将无法适应。
四、结论
毋庸置疑，3D打印技术对于中小学的教育行业起到了巨大的作用，可以极大的激发学生们的学习兴趣，同时还能够降低教师的教学困难，增加了课堂的创新精神，但是，由于目前国内在此技术的应用上，确实还存在着局限性，需要逐一克服，实现更广泛的推广。同时，在技术应用上，厂家需要更多的站在市场的角度来思考问题，得到政府相关部门的扶持，充分的迎合市场，才能够更加广泛的得到推广。相信未来5年内，3D打印技术会逐渐的走向成熟，逐渐的走进每一个人的生活之中。
参考文献：
[1]. 李昕, 3D打印技术及其应用综述. 凿岩机械气动工具, 2014(04): 第36-41页. [2]. 刘金畅,3D打印技术以及应用趋势.计算机工程应用技术,2014(34):8315-8316.
[3]. 王雪莹, 3D打印技术与产业的发展及前景分析. 中国高新技术企业, 2012(26): 第3-5页.
[4]. 花燕锋,张龙革,3D打印技术在教育中的应用研究.中小学电教,2014(06):第16-18页.
[5]. 童宇阳, 3D打印技术在中小学教学中的应用研究. 现代教育技术, 2013(12): 第16-19页.
[6].卜娟娟等, 3D打印技术在中小学教育中的应用研究. 软件导刊, 2014(12): 第94-95页.
[7]. 黄敏, 3D打印向基础教育走来——访南京市秦淮区校园3D研究社团. 中小学信息技术教育, 2014(10): 第74-76页