3d打印在教育中的應(yīng)用研究

3d打印在教育中的應(yīng)用研究

一、教育創(chuàng)新的3d打印近年來，源系統(tǒng)和創(chuàng)意運動引發(fā)了制造技術(shù)革命，成為第三次工業(yè)生產(chǎn)的主要形式。數(shù)字桌布的3d打印和其他數(shù)字表面制造商、源軟件和互聯(lián)網(wǎng)是重要因素?！督?jīng)濟學(xué)人》、《福布斯》、《紐約時報》、《連線》等主流媒體先后從工業(yè)、商業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)等多方面強調(diào)了3D打印的重要性(Wired,2010-2014;Vance,2011;TheEconomist,2012;Hart,2012)。2012年初,美國政府規(guī)劃未來四年內(nèi)在1000所學(xué)校引入“創(chuàng)客空間”,配備3D打印機和激光切割機等數(shù)字制造工具,通過實踐培養(yǎng)新一代的設(shè)計師和生產(chǎn)創(chuàng)新者(Dougherty,2012)。2015年,我國第一次將“創(chuàng)客”寫入政府工作報告,確定支持發(fā)展“眾創(chuàng)空間”,為創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新搭建平臺。致力于預(yù)測影響全球教育領(lǐng)域的教學(xué)、學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性探究新興技術(shù)的新媒體聯(lián)盟地平線報告,更是連續(xù)兩年在基礎(chǔ)教育、高等教育和圖書館教育的三個版本中,將教育應(yīng)用中主流技術(shù)的重要進展聚焦到3D打印上(L·約翰遜等,2014)。文獻分析表明,在醫(yī)學(xué)、機械工程、建筑、材料、電子工程以及教學(xué)科研等領(lǐng)域,基于3D打印的學(xué)術(shù)性研究與日俱增。二、3d.打印教育的創(chuàng)新分析1.3打印材料層壓3D打印是一種以三維數(shù)字形式立體構(gòu)造物理對象的一種快速成型技術(shù)(RapidPrototyping,RP)(王娟等,2015),原理是先將實體模型分為若干薄層,每次打印材料生成一個薄層,通過塑料或粉末狀金屬等可粘合材料,層層疊加生成物體,這已成為當(dāng)前增材制造(AdditiveManufacturing,AM)技術(shù)的主要存在形態(tài)。理論上,任何3D數(shù)字模型都可以實現(xiàn)3D打印成型,最常用于概念模型評估、迭代設(shè)計、工程評價、定制、模型展示及工具和成品制造。基于3D打印顯著特征和多樣化創(chuàng)新應(yīng)用,3D打印教育特性體現(xiàn)為:(1)打印可復(fù)用制品3D打印作為3D數(shù)字制造技術(shù),體現(xiàn)出的最大特征是精準(zhǔn)、全息地快速成型。結(jié)合數(shù)字掃描,3D打印能快速精準(zhǔn)地打印出自然物體和人造物體的可重用制品。由真實的生活經(jīng)驗、技術(shù)以及工具整合形成的創(chuàng)意,不僅可以設(shè)計藍圖呈現(xiàn),更可以通過3D打印塑造為多態(tài)教育對象。珍貴的標(biāo)本、化石和歷史文物等作為教具和學(xué)具受購置、安全和維護成本制約,3D打印重塑可重用的教育制品,可以保證在信息不失真的條件下,傳播珍貴歷史人文遺產(chǎn)。(2)實現(xiàn)個性化設(shè)計3D打印將個性化定制關(guān)鍵的影響因素如技能、成本、時間都降低到最低點,不需要增加額外的成本,不需要掌握專業(yè)的工藝,就可以打印出復(fù)雜、多樣化的構(gòu)造體;不僅實現(xiàn)獨立的零部件成型,更能將所有裝配部件作為整體一次性打印成型。在差異化教育模式探索中,3D打印能使不同教育層次的個人以專業(yè)水平實現(xiàn)從想象到產(chǎn)品的個性化創(chuàng)造,滿足學(xué)習(xí)者對個性化創(chuàng)意設(shè)計進階的不同需求。這樣,3D打印最大限度地促成了學(xué)習(xí)者從教育消費者到創(chuàng)造者的轉(zhuǎn)變。(3)協(xié)同制造下的課堂教學(xué)緊湊、便攜的3D打印作為改變時空限制的制造技術(shù),拓展了制造即服務(wù)的新模式?；诰W(wǎng)絡(luò)的3D打印服務(wù)支持協(xié)同制造,作為一種新型數(shù)字技術(shù),教育工作者和學(xué)習(xí)者能夠在3D打印制造平臺上開展課堂或自主研發(fā)項目。中小學(xué)的科學(xué)創(chuàng)新實驗室、大學(xué)的學(xué)術(shù)性創(chuàng)客空間以及博物館的制造空間,都是圍繞培育和激勵這項技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新而開展的主要形式。2.3兩者都具有獨創(chuàng)性,但創(chuàng)造活動的特點,文化背景知識和社會文化背景知識是社會文化背景知識組成的重要組成部分,其核心表現(xiàn)是創(chuàng)造性思維和創(chuàng)造活動相結(jié)合3D打印的三個教育特性促進基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)。創(chuàng)造是人的本性,創(chuàng)造是認(rèn)知、社會和情感活動的重要組成部分,具體體現(xiàn)是新穎的獨創(chuàng)性想法或行動,是和理解、運用社會文化背景知識產(chǎn)生出某種新穎和有價值產(chǎn)品的創(chuàng)造性思維及活動緊密相連的。在人類進化過程中,心智和動手能力是實現(xiàn)創(chuàng)造的兩個關(guān)鍵要素,其養(yǎng)成是持續(xù)終生的過程。(1)情境化情境下的學(xué)習(xí)場域杜威的“做中學(xué)”(或“從做中學(xué)”)(Learn-ingbyDoing)影響教育理論與實踐已有百年,踐行的基本教育原則是“以學(xué)生活動來架構(gòu)課程,以直接經(jīng)驗的獲得為核心旨趣,在情境化的教學(xué)場域中,通過學(xué)生的各種‘做’——觀察、實驗、探究、勞作、游戲等來組織實施教學(xué)(屠錦紅等,2014)。”基于3D打印的各種“做”中學(xué)活動,通過3D打印塑造的多態(tài)教育對象能夠?qū)Ω鞣N學(xué)習(xí)策略提供有效的支撐。比如技術(shù)與工程教育中的結(jié)構(gòu)設(shè)計和機械設(shè)計,使用3D打印技術(shù)個性化打造實物模型,如機器人和航模零部件、建筑結(jié)構(gòu)以及類生物組織如骨骼,讓學(xué)生的想象轉(zhuǎn)換成作品,抽象工程術(shù)語轉(zhuǎn)化為可視化的三維模型繪制,學(xué)習(xí)者自然而然完成了創(chuàng)造者的蛻變。(2)創(chuàng)設(shè)符合創(chuàng)造的個性化學(xué)習(xí)空間代表了當(dāng)今教育改革新思路與發(fā)展趨勢的“21世紀(jì)技能”,旨在培養(yǎng)學(xué)習(xí)者未來必需的技能(學(xué)習(xí)與創(chuàng)新技能,信息、媒介和技術(shù)技能,生活與職業(yè)技能)。我國新課程改革綱要提出的設(shè)置“綜合實踐活動課程”(信息技術(shù)教育、研究性學(xué)習(xí)、社區(qū)服務(wù)與社會實踐活動以及勞動與技術(shù)教育),倡導(dǎo)“自主、合作、探究”的多元學(xué)習(xí)方式,注重聯(lián)系學(xué)習(xí)者日常社會生活經(jīng)驗,在科學(xué)和藝術(shù)人文知識的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上,加強社會責(zé)任、創(chuàng)新精神和動手實踐能力的培養(yǎng)。賦含“設(shè)計思維”的3D打印教育創(chuàng)新平臺開辟的是基于創(chuàng)造的個性化學(xué)習(xí)空間,從提出探究問題開始,到構(gòu)建新穎的獨創(chuàng)性想法和構(gòu)思,最后制造出某種有社會價值的創(chuàng)意產(chǎn)品。這是一個“學(xué)”與“做”的循環(huán)迭代過程,實現(xiàn)真正完整的基于創(chuàng)造的人性化學(xué)習(xí)體驗與實踐。三、3d打印教育創(chuàng)新應(yīng)用筆者通過相關(guān)文獻的分析和國內(nèi)外相關(guān)網(wǎng)站的檢索,包括閱讀報刊文摘、報告、論文以及其他材料,再結(jié)合各類項目開展的實際狀況,重點系統(tǒng)梳理了當(dāng)前有代表性的3D打印教育創(chuàng)新應(yīng)用項目。筆者對所屬教育類型、用途和存在形式進行分析,并根據(jù)存在形式將3D打印教育創(chuàng)新應(yīng)用項目劃分為創(chuàng)客空間、創(chuàng)新實驗室、STEAM課程三類,提供典型案例加以具體闡述,旨在為3D打印教育應(yīng)用創(chuàng)新的實踐探索提供借鑒。1.創(chuàng)客運動實現(xiàn)的相關(guān)文獻創(chuàng)客空間(Makerspace)是配備創(chuàng)客所需設(shè)備和資源的開放的工作場所。在創(chuàng)客空間里,可以依托互聯(lián)網(wǎng)支持協(xié)同創(chuàng)新,利用3D打印機等桌面制造設(shè)備與工具完成個人產(chǎn)品的DIY制作。對于想方設(shè)法把自身各種創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H產(chǎn)品的創(chuàng)客來說,3D打印資源的可重用性是實現(xiàn)快速創(chuàng)新應(yīng)用的保障。在針對美國圖書館的調(diào)查顯示,3D打印主要出現(xiàn)在公共圖書館和學(xué)校圖書館,公共圖書館給不同能力、層面的社會大眾傳授3D打印使用方法,并指導(dǎo)相關(guān)的設(shè)計與制造,高校圖書館將3D打印用于支持師生開展日常教學(xué)與科研活動。如實現(xiàn)大眾歷史文化傳播的史密斯學(xué)會的SmithsonianX3D項目,用于機械工程教育的特拉華大學(xué)機械工程系的DesignStudio項目,哈佛大學(xué)和伊利諾伊大學(xué)厄巴納-尚佩恩分校開展協(xié)同創(chuàng)新的微電池項目,探索器官制造的澳大利亞臥龍崗大學(xué)生物繪圖儀項目,開創(chuàng)科學(xué)儀器制造新途徑的密歇根理工大學(xué)的開放可持續(xù)發(fā)展技術(shù)研究小組的開源、可3D打印光學(xué)實驗室項目。還有值得一提的是,麻省理工學(xué)院的比特與原子中心,開展跨學(xué)科的數(shù)字制造技術(shù)研究與實驗,研究實現(xiàn)比特數(shù)據(jù)與原子物體的相互轉(zhuǎn)化,并推行制造實驗室(FabLabs),配備3D打印機等桌面制造設(shè)備以及編程工具,方便學(xué)習(xí)者利用這些技術(shù)進行科學(xué)探究,該項目已經(jīng)擴展到包括中國在內(nèi)的世界各地。創(chuàng)客運動開啟了基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式新探索,不同社會文化背景的個體在創(chuàng)客空間里,可以創(chuàng)造性地思考,借助于可重用的3D打印資源,最終實現(xiàn)自己問題解決的方案和構(gòu)想。這不僅包括非正式學(xué)習(xí)環(huán)境中培養(yǎng)藝術(shù)人文等方面的終身教育,也涵蓋正式學(xué)習(xí)環(huán)境下的創(chuàng)新實驗與STEAM教育。2.進展之一:d打印課堂通過提高3D打印機等數(shù)字工具與資源為學(xué)習(xí)者提供適宜的學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)資源,許多面向正式學(xué)習(xí)環(huán)境的教育創(chuàng)新應(yīng)用也應(yīng)運而生,如HodLip-son發(fā)起探索科技創(chuàng)新的Fab@Home項目和PauloBlikstein創(chuàng)設(shè)的科學(xué)探究與工程教育項目FabLab@School。Fab@Home的學(xué)校項目Fab@School由美國國家科學(xué)基金會(NationalScienceFoundation)、摩托羅拉(MotorolaInc.)和麥克阿瑟基金會(Ma-cArthurFoundation)資助,該項目旨在探索如何將3D打印融合到小學(xué)課程中。該課程計劃創(chuàng)設(shè)一個任務(wù)驅(qū)動的學(xué)習(xí)情境,在解決實際問題過程中結(jié)合3D打印技術(shù),增強對數(shù)學(xué)和科學(xué)抽象概念的理解和應(yīng)用,體驗和掌握工程和設(shè)計的核心概念和準(zhǔn)則,促進學(xué)生創(chuàng)新能力和動手能力。弗吉尼亞大學(xué)的GlenBull和他的專家團隊為該項目創(chuàng)立了稱為“邊做邊學(xué)”的課程計劃(胡迪·利普森等,2013)。該課程計劃講述了一個生活在非洲村落的小男孩,借助一本有關(guān)能源的書,反復(fù)嘗試和修改,最后找到了制作自己風(fēng)力發(fā)電機的最佳設(shè)計方案。學(xué)生跟隨故事情節(jié),利用清晰圖解信息,使用軟件設(shè)計風(fēng)車葉片和齒輪等零部件,然后3D打印和測試他們自己的風(fēng)力發(fā)電機。學(xué)生通過一系列動手實驗了解動能、電流和傳動比等抽象的科學(xué)和工程概念。不同于傳統(tǒng)的實驗室關(guān)注可預(yù)測的驗證實驗,這些創(chuàng)新實驗室的學(xué)習(xí)情境基于的主要是有關(guān)科學(xué)和設(shè)計的開放式問題,遵循學(xué)習(xí)者的差異化學(xué)習(xí)過程,利用3D打印等技術(shù)強化協(xié)作和創(chuàng)造性地解決問題。此類創(chuàng)新實驗項目核心部分包括:指導(dǎo)教師使用具有本地特色和全球化的課程計劃,并注重與學(xué)校課程的融合;一系列可讓學(xué)習(xí)者從事尖端科學(xué)研究和工程項目的活動設(shè)計;一套適合科學(xué)的實驗裝備(除去3D打印和掃描等數(shù)字化制造設(shè)備外,還配備易用的建模與仿真軟件以及各類傳感器)。3.steam技術(shù)近幾年,一些國家和組織探索3D打印應(yīng)用于STEM課程,以推動技術(shù)驅(qū)動的教學(xué)創(chuàng)新,使得技術(shù)與工程教育和藝術(shù)人文教育融合成為學(xué)校文化的一部分,這被稱為STEAM教育。英國教育機構(gòu)在2012-2013年策劃的一個探索科學(xué)與工程教育及教師教育的實驗項目證實,3D打印作為一種課程教學(xué)資源,對學(xué)生的參與和學(xué)習(xí)有積極的影響(DepartmentforEducation,2013)。美國斯特塔西有限公司在職業(yè)教育領(lǐng)域推廣技術(shù)與工程教育的3DPrintingCurriculum是典型的STEAM學(xué)習(xí)資源包。STEAMtrax是由3D打印機制造商3D系統(tǒng)公司(3DSystemsInc.)設(shè)計的面向中小學(xué)的一種科技創(chuàng)新課程,將3D打印技術(shù)和工程設(shè)計整合到科學(xué)、數(shù)學(xué)、人文藝術(shù)的核心理論知識實踐體驗中,在相關(guān)的學(xué)習(xí)情境里,培養(yǎng)問題解決、協(xié)作、溝通和批判性思維的基本技能。STEAMtrax課程模式是基于問題探究的教學(xué)模式,通過主題式故事情境設(shè)計,借助3D設(shè)計和打印技術(shù)增強的科學(xué)實驗工具包(Hands-onScienceKits),提供自主探究和動手實驗的學(xué)習(xí)機會,建構(gòu)核心科學(xué)理論知識和應(yīng)用技能。這種主題式課程設(shè)計能靈活地配合開展形成性評價和總結(jié)性評價,包括工程教育指標(biāo)的評估。TheCityXProject創(chuàng)設(shè)了創(chuàng)新工作坊(theCityXWorkshop)開展體驗學(xué)習(xí)。該項目在建設(shè)外星球X城市情境中,學(xué)習(xí)者扮演不同的虛擬市民角色,與專業(yè)人士一起通過集體智慧,解決相關(guān)的健康、安全、通信、交通運輸?shù)纫幌盗芯哂写硇缘恼鎸嵣鐣栴},最終提出可3D打印的創(chuàng)意設(shè)計。為把設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實,創(chuàng)新工作坊采納的是蘊含“設(shè)計思維”的工程設(shè)計模式,如下表所示,課程分為三個單元,每個單元2小時。TheCityXProject提供免費的在線工具包,包括教學(xué)指導(dǎo)手冊、學(xué)習(xí)者訓(xùn)練手冊和3D打印講義等。通過創(chuàng)新工作坊的學(xué)習(xí),掌握3D技術(shù)和STEM(科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué))技能,實現(xiàn)問題解決能力、創(chuàng)造力、批判性思維等素質(zhì)培養(yǎng)教育。四、3d打印教育創(chuàng)新3D打印技術(shù)已跨入技術(shù)成熟期,為包括教育在內(nèi)的社會各領(lǐng)域廣泛接納和掌握,3D打印教育創(chuàng)新應(yīng)用研究面對的是構(gòu)建新一代信息技術(shù)融合的基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)環(huán)境,進行理論、技術(shù)與應(yīng)用的協(xié)同推進,使得3D打印從象牙塔里的高科技發(fā)展成為融入學(xué)校、家庭和社會教育常態(tài)的具有革命性影響的技術(shù),成為技術(shù)支持的教育應(yīng)用創(chuàng)新不可或缺的元素。這包括不斷優(yōu)化3D打印技術(shù)實現(xiàn),完善3D打印教育服務(wù)支持體系,在3D打印教育創(chuàng)新理論不斷演進與更新中,豐富基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)樣態(tài),拓展基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)存在形式。如在電子書包平臺中,融入“3D打印技術(shù)”和“STEAM教育”,使學(xué)習(xí)者獲得基于創(chuàng)造的個性化學(xué)習(xí)服務(wù)與學(xué)習(xí)體驗,從而培養(yǎng)具有較高設(shè)計思維和創(chuàng)新思維等思維品質(zhì)的21世紀(jì)人才。本文據(jù)此以層次結(jié)構(gòu)提出了3D打印教育創(chuàng)新應(yīng)用體系,如圖1所示。1.實現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)用戶終端包含輸入和輸出兩種,承載著學(xué)習(xí)者接入和訪問3D打印制造平臺的有效交互實現(xiàn)。終端設(shè)備包括PC、平板電腦、智能手機以及穿戴式計算設(shè)備等。終端設(shè)備除傳統(tǒng)交互式顯示外,拓展3D顯示設(shè)備如3D投影儀、顯示頭盔(HMD)、護目鏡(Goggles)和體三維顯示器(Volumetric3DDisplay)等,以構(gòu)建人、設(shè)備與產(chǎn)品實時聯(lián)通,實現(xiàn)虛擬信息和現(xiàn)實世界的融合呈現(xiàn)。在3D打印制造平臺中,為體現(xiàn)工業(yè)4.0個性化和數(shù)字化智能制造模式,會使用一系列特定的設(shè)備,包括3D打印機、3D掃描儀和激光切割機等來支持靈活的基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)。2.d打印服務(wù)構(gòu)成用戶終端配置有CAD/CAM轉(zhuǎn)換軟件,將輸入的CAD文件(STL文件)轉(zhuǎn)換為3D打印機能識別的CAM文件(G-code文件),自動完成產(chǎn)品打印。3D打印機接入互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成3D打印網(wǎng)絡(luò),發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)群體智慧支持學(xué)習(xí)者的交流學(xué)習(xí)與創(chuàng)意分享。3D打印應(yīng)用服務(wù)關(guān)鍵構(gòu)成是能將學(xué)習(xí)者的創(chuàng)意轉(zhuǎn)換為3D模型的3D設(shè)計,包括提供3D模型創(chuàng)建工具箱、設(shè)計庫和模型裝配。此外,通過3D瀏覽器檢索支持多用戶終端訪問與評價,通過3D打印服務(wù)提供商(如Shapeways和Ponoko)提供網(wǎng)絡(luò)化3D打印設(shè)施和原材料服務(wù),解決個性化定制帶來的打印材料和打印尺寸的限制。3.創(chuàng)造與創(chuàng)造DIY(DoingbyYouself)、創(chuàng)客教育和做中學(xué)作為3D打印教育創(chuàng)新理論基礎(chǔ),一方面指導(dǎo)3D打印教育創(chuàng)新,另一方面在3D打印教育應(yīng)用實踐中不斷豐富和完善其理論基礎(chǔ)。DIY與3D打印強調(diào)的“DoingbyMaking”交相呼應(yīng),通過自己動手體驗,發(fā)揮學(xué)習(xí)者的創(chuàng)造力。作為新一代信息技術(shù)支持下的培養(yǎng)21世紀(jì)的設(shè)計和生產(chǎn)創(chuàng)新者的創(chuàng)客教育,著重強調(diào)的就是要為學(xué)習(xí)者基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)體驗與實踐提供適宜的學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)資源,特別是3D打印機等成本效益和易用性高的數(shù)字工具與資源。杜威的“做中學(xué)”理論在富技術(shù)環(huán)境下的支撐3D打印教育的“做”中學(xué)中與時俱進,得以完善發(fā)展。4.基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)過程教育傳播和技術(shù)研究者基于3D打印啟動了一系列的實踐研究,創(chuàng)造性地開展了面向科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)與工程教育素養(yǎng)和人文藝術(shù)素養(yǎng)的教育創(chuàng)新應(yīng)用探究(葉兆寧,2013;Bulletal.,2014)。對比科學(xué)家、工程師和設(shè)計師創(chuàng)造性的工作過程,基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)過程包括實證調(diào)查要解決的問題,建構(gòu)解決方案,以及科學(xué)和工程研究必需的分析與評價,這些活動形成的是一個循環(huán)迭代過程。在這些活動中要嘗試使用最合適的技術(shù)來解決復(fù)雜的問題,提高基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)素養(yǎng),使得教育工作者和學(xué)習(xí)者可以像專業(yè)人士一樣思考和創(chuàng)造,更有效地開展科學(xué)和藝術(shù)人文學(xué)科“親自動手”的體驗學(xué)習(xí)?；趧?chuàng)造的學(xué)習(xí)過程框架如圖2所示,“技術(shù)與社會”涉及技術(shù)對社會和自然世界的影響以及由此產(chǎn)生的倫理問題;“設(shè)計與系統(tǒng)”涵蓋系統(tǒng)地使用技術(shù)知識、工具和技能來解決問題的工程設(shè)計過程,以及維護和故障排除等日常技術(shù)處理的基本原則;“信息和通信技術(shù)”包括支持各種溝通方式的現(xiàn)代技術(shù),用于訪問、創(chuàng)建和傳播信息以及促進創(chuàng)造性解釋。3D打印教育創(chuàng)新應(yīng)用,不僅是技術(shù)工具的運用,也是創(chuàng)新學(xué)習(xí)模式的有意義探索。根據(jù)面向教育類型的不同,基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)模式可分為面向基礎(chǔ)教育的科藝創(chuàng)新、面向高等教育的教研創(chuàng)新和面向職業(yè)教育的工學(xué)結(jié)合。依托開放式的創(chuàng)造空間,不僅可以面向正規(guī)學(xué)習(xí),也可涵蓋需求導(dǎo)向的非正規(guī)學(xué)習(xí),從而推動人類社會的科技進步與深度學(xué)習(xí)融合,使整個社會成為基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)空間。5.d打印支持的基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)研究與實踐目前3D打印教育應(yīng)用主要為創(chuàng)客空間、創(chuàng)新實驗室和STEAM,隨著3D打印在教育領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,針對不同學(xué)習(xí)情境,比如學(xué)校、企業(yè)等不同學(xué)習(xí)場所,或者教師、學(xué)生等不同學(xué)習(xí)對象,3D打印支持的基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)研究與實踐將不斷深入,進而開拓出更多、更具創(chuàng)新的存在形式。五、3d.印刷教育的創(chuàng)新發(fā)展趨勢和建議3D打印正逐漸融入我們的生活、工作和學(xué)習(xí)中,并將成為開拓基于創(chuàng)造的創(chuàng)新教育必要組成部分,在其漸進發(fā)展的過程中呈現(xiàn)以下發(fā)展態(tài)勢:1.其他打印材料隨著3D打印技術(shù)日趨成熟和普及,3D打印將會不斷地深化和拓展其應(yīng)用領(lǐng)域,如建筑、電子儀器、醫(yī)學(xué)、食品、生物乃至太空制造。這離不開滿足各種制造需求的新技術(shù)和新型材料。FDM、SLA和SLS技術(shù)專利開放和工藝創(chuàng)新,與之配套的打印材料也在不斷豐富和發(fā)展,如光敏樹脂、尼龍、金屬粉末、陶瓷、玻璃、蛋糕糖霜和石灰混凝土等。Carbon3D最近公布了成為CLIP(ContinuousLiquidInterfaceProduction)的新打印技術(shù),相比以往的逐層堆疊打印方式,速度提高了25~100倍,并且打印的幾何形體更是前所未有。從教育應(yīng)用創(chuàng)新角度來看,新技術(shù)、新材料和新工藝一方面提升了3D打印效率,滿足了3D打印需求,另一方面拓展了3D打印教育科研應(yīng)用范圍,構(gòu)建起基于STEAM教育的學(xué)習(xí)情境,提升基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)環(huán)境,使得動手創(chuàng)意更為便利。2.3終端產(chǎn)品設(shè)計與制造影響“工學(xué)結(jié)合”人才培養(yǎng)模式的核心特征第三次工業(yè)革命所帶來的生產(chǎn)方式在很多方面是顛覆性的,隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化,產(chǎn)業(yè)鏈趨于扁平化,逐漸聚焦到用戶終端創(chuàng)意設(shè)計與制造,從根本上影響了“工學(xué)結(jié)合”人才培養(yǎng)模式的核心特征(唐智彬等,2013)。3D打印服務(wù)平臺可以支持各類基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)空間,通過提供相關(guān)課程、研討會和工作坊,將創(chuàng)造和設(shè)計融入教與學(xué)的實踐活動中,滿足個性化的長尾教育應(yīng)用需求,為未來從事受工業(yè)4.0影響即將發(fā)生變革的職業(yè)做好準(zhǔn)備,或成為創(chuàng)業(yè)先鋒。3.健全創(chuàng)新協(xié)作的團隊多年以來,教育技術(shù)和教學(xué)設(shè)計領(lǐng)域研究者一直研究設(shè)計思維和創(chuàng)新思維等高級思維品質(zhì)如何教與學(xué)的問題(ElizabethBoling等,2012)。在基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)中,需要跨學(xué)科整合學(xué)習(xí)團隊,以創(chuàng)新協(xié)作推動學(xué)習(xí)的發(fā)生。團隊成員可以是來自學(xué)校和業(yè)界的各個領(lǐng)域,以特色主題項目形式解決一些實際的社會問題。一方面加強新型技術(shù)對深度學(xué)習(xí)的技術(shù)支撐,一方面從設(shè)計、開發(fā)、運行、評估等層面變革教學(xué)理念,實現(xiàn)向跨學(xué)科的多元學(xué)習(xí)策略轉(zhuǎn)變。密歇根理工大學(xué)的基于3D打印和開源技術(shù)打造光學(xué)創(chuàng)新實驗室項目表明,3D打印能夠使科學(xué)實驗室的成本減少97%,效率和能力大幅度提高(Zhangetal.,2013)。4.3基于3d打印的steam課程及學(xué)習(xí)資源相比于其他技術(shù)支持的教育(如在線教育),目前3D打印教育應(yīng)用服務(wù)支持體系還處于成長期,缺乏能充分體現(xiàn)3D打印獨特性的學(xué)習(xí)資源,如基于3D打印的STEAM課程及學(xué)習(xí)資源包。我國3D教育的一大發(fā)展趨勢是將其作為基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)平臺融入電子書包構(gòu)筑數(shù)字化教育生態(tài)新環(huán)境(吳永和等,2013),使3D打印教育應(yīng)用服務(wù)更實用、更加普適和社會化,成為技術(shù)支持的教育創(chuàng)新應(yīng)用不可或缺的元素。5.打造基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)視角,促進3d打印教育創(chuàng)新發(fā)展3D打印在探索深化“做中學(xué)”、體驗學(xué)習(xí)和基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)等理論的實踐過程中,不僅提供了逼真生動的可重