中小学3D打印课程-zhangjb

中小学3D打印课程-zhangjb第一页，共67页。中小学3D打印课程横跨《通用技术》《信息技术》《科学》等课程的宠儿张进宝副教授、主任北京师范大学3D技术与学生创新能力发展研究中心第二页，共67页。著名创客——英国AdrianBowyer(2008)发布第一款桌面级3D打印机RepRap第三页，共67页。大纲3D打印技术是怎样的技术？中小学3D打印教育的价值与意义国内外已有实践评述中小学3D打印课程设置思路第四页，共67页。一、3D打印技术是怎样的技术？第五页，共67页。2012-今美国总统奥巴马在卡内基梅隆大学宣布创立美国“制造创新国家网络”计划。由政府主导、联邦政府和工业部门共同斥资10亿美元逐步建立15个“制造创新中心”，组成创新网络英国《经济学人》刊文【第三次工业革命】，认为3D打印技术将与其他数字化生产模式一起，推动第三次工业革命的实现。美国“国家增材制造创新中心”作为其首个“样板示范”创新中心剪彩成立。号称要成为增材制造技术全球卓越中心并提升美国制造全球竞争力。3D打印作为媒体和资本的新宠，从飞机、汽车、枪支、巧克力、比基尼到星球再造式的沙漠打印，被广泛憧憬“3D打印机将来不是要取代某一个制造业，而是要取代几乎所有的制造业。”3D打印与第三次工业革命第六页，共67页。3D打印技术是怎样的技术？源于快速成型和快速制造，已3D打印技术为核心手段的加式制造（AdditiveManufacturing）,被许多人认为是一项将要改变世界的“破坏性”新技术，引起全球性的关注。英国《经济学人》（2012）：3D打印技术即将引发新一轮“工业革命”浪潮.它将诱发的人类新理念：社会制造。第七页，共67页。三维打印（3Dprinting），即快速成形技术的一种，它是一种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技术。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。概念和原理“未来你想要什么，只需下载图纸，按一下‘打印’键，就可以去喝咖啡听音乐了，剩下的所有事，请统统交给打印机。”

阿德里安·鲍耶(英国工程学家)第八页，共67页。2013年5月美国马里兰大学的几位学生采用3D打印出的机器飞鹰，能俯冲、盘旋2013年5月,普林斯顿大学采用3D打印的彷生耳，可以听到无线电波2013年5月，3D打印枪支可能违规，美参议员呼吁立法3D打印的金属部件2013年5月10日，3D打印技术展在北京举办歼-15应用3D打印制造钛合金主承力部分包括整个前起落架3D技术在珠宝，鞋类，工业设计，建筑，工程和施工（AEC），汽车，航空航天，牙科和医疗产业，教育，地理信息系统，土木工程，枪支以及其他领域都有所应用第九页，共67页。3D打印改变世界的十种方式服装定制低成本假肢打造万物配件药品DIY花式糖果你的家，你做主器官移植打印汽车复制著名艺术品枪支第十页，共67页。3D打印机组成大规模的社会制造阵列——满足人类个性化产品物质需求，使得生活与产业中的“长尾效应”常态化第十一页，共67页。3D打印的核心价值将完整体现于社会制造的发展与成熟过程中第十二页，共67页。互联网+制造

3D打印技术和社会制造的结合第十三页，共67页。社会制造可以使传统企业转变为能够主动感知并且相应用户大规模定制需求的智能企业.

其核心是主动、实时地将社会需求与社会制造能力有机衔接起来，从而有效地实现需求和供应之间的相互转化。第十四页，共67页。为此，我们必须将社会搜索、社会计算、社会制造等相关的新兴领域有机地结合起来，将互联网、物联网和物流网与3D打印机组成的社会制造网无缝地连接，通过众包等方式使社会民众充分参与产品各个环节的全生命制造过程，促成个性化、实时化、经济化的生产和消费模式，形成新的产业革命。第十五页，共67页。希望像蒸汽机一样，3D打印机能够通过社会制造的理念和实践，使人类社会再一次从以开发“地下”资源为主的“工业”社会，一步跃入以开发“地上”数据和智力为特征的“智业”社会，充分发挥人类共有的智力，使数据真正成为驱动和支撑大数据时代社会发展的“石油”和“黄金”矿藏。

——王飞跃（中国科学院自动化研究所研究员、复杂系统管理与控制国家重点实验室）第十六页，共67页。二、中小学3D打印教育的价值与意义第十七页，共67页。克里斯·安德森：

所有重要的科技都在短时间内被过度炒作，其功效被高估，但从长期来看，它们的影响却远被低估。第十八页，共67页。2012年，奥巴马总统在国情咨文演讲中强调了3D打印技术的重要性，并表达了自己对3D打印技术的期望，希望它将成为令美国制造业重新焕发出活力的重要推动力。同年，在俄亥俄州的扬斯敦成立了首个制造创新中心，多所高校也开始研究这项技术。其中，弗吉尼亚大学通过一些项目，在夏洛茨维尔市的幼儿园到12年级的各个年龄的学生中推广3D打印技术，希望学生能够具备未来制造业技术的相关知识。第十九页，共67页。随着可能影响美国未来教育走向的行动计划——STEM教育被提上政府工作日程，越来越多的学校主动引进3D打印机，与高校合作，一起探讨如何通过新技术来吸引学生，投入到科学、技术、工程和数学学习中，成为新一代高级设计师和工程师，在未来国家科技竞争中起到引领作用。第二十页，共67页。2012年，英国教育部将3D打印列入中小学国家课程表，并向21所国立中学的STEM和设计课程提供资金资源。从2013年10月起，英国的上千名中小学教师将接受3D打印相关的教学培训课程，为学生们能够获得这一在工程领域中的新的实用技术做教学准备。2014年这门课程将正式开始教授，目标为5岁以上，14岁以下的孩子们。明确要求5至7岁的儿童应学习如何建造模型和改进模型，11至14岁的学生则将学习使用像3D和数字建模这样的高级设计技术。第二十一页，共67页。3D打印被列入国家课程的意义越来越多的对3D打印机显示出兴趣的孩子可以从小就开始接触、学习和使用这一新兴的工具。孩子们在自主制造的环境中长大，会认为社会就是这样运行的，从而很自然地投入到工业变革中来。第二十二页，共67页。3D打印机厂商开始关注教育

除了政府对3D打印技术的大力扶持，世界上两大3D打印机厂商3Dsystems和Stratasys目前的重点都放在了基础部署上，他们都非常看重3D打印机在教育教学领域的应用，并推出了相应的产品和教育服务平台第二十三页，共67页。第二十四页，共67页。课程目标第二十五页，共67页。第二十六页，共67页。第二十七页，共67页。3D打印课程对学生的影响3D打印技术可以给学生的“学习方式”带来新的思考，让抽象的教学概念更加容易理解，可以激发学生对科学、数学尤其是工程和设计创意的兴趣，带来实践与理论、知识与思维、现实与未来三方面的相互结合。具体表现为：①3D打印让学生的想象更容易变成现实，培养学生的创新意识，鼓励学生的创新实践。②学习运用简易建模软件，发展学生立体空间思维。③通过3D打印实体的触觉过程，为学生建立一种新型的学习通道。④选择贴近生活的建模主题，培养学生解决生活实际问题的能力。第二十八页，共67页。三、中小学3D打印课程建设基本思路第二十九页，共67页。选用什么软件与平台CAD类软件

Autodesk123DDesign

能够使用各种现成的部件，组成机器人之类的3D物体，操作非常简单，ChrisAnderson在他的Maker中也推荐使用。TrimbleSketchUp

之前由Google开发的3D建模软件，于2012年出售给了Trimble，适合构造建筑物的3D模型。第三十页，共67页。选用什么软件与平台CG类软件Blender

免费开源建模软件第三十一页，共67页。Autodesk123D–适合初学者使用的免费3D建模软件免费！第三十二页，共67页。123DCatch

只要几张不同角度的照片，就能构建出物体的3D模型。整个过程都是在云端完成第三十三页，共67页。123DCreature

在iPad上轻松的用手指就能创造自己想象的生物。内建了各种皮肤材质以及3D骨骼，使得完成的模型栩栩如生，可以直接用来制作动画以及3D打印。第三十四页，共67页。123DDesign

与123D家族中其他成员偏重CG建模不同，123DDesign是个CAD建模软件。它通过简单直观的操作界面以及丰富的预定义零件，使得用户可以自由的建造精确模型，火车、房子、机器人，都不在话下。第三十五页，共67页。123DMake

123DMake支持各种软件生成的3D模型，你可以在其中调整切片的数量或者角度，为之后的打印做好准备。第三十六页，共67页。123DSculpt只需要在屏幕上进行揉、捏、挤的操作，就能构建物体模型，基本上就像玩陶土一样第三十七页，共67页。微软的3DBuilder第三十八页，共67页。我们需要3D扫描仪吗？MakerBotDigitizer3DSystems的3D扫描仪Sense

第三十九页，共67页。3D打印在不同学科/领域的创新应用学科/领域创新应用数学根据数学方程打印出模型，用于解决几何面问题工程设计打印出自己设计的原型产品进行测试、研究与探索建筑设计快速打印出自己设计的建筑实体模型，检验自己的设想平面设计艺术品以及一些基本的模型，创新设计形式第四十页，共67页。3D打印在不同学科/领域的创新应用学科/领域创新应用地理绘制真实的地势图、人口分布图、自然现象等，以了解地理知识食品设计食物的造型，使之更加得生动、有趣，富有美感化学打印分子模型，进行观察，以更好地了解概念、知识生物、医学打印出细胞、病毒、器官和其他特殊的样本模型力学根据设计制作桥梁等模型，进行力学实验历史、考古用于复原历史上的工艺品、古董，复制易碎物品第四十一页，共67页。3D打印应用于不同学科/领域的功能表现学科/领域主要功能数学、地理、化学、生物、医学、力学可视化，加深对抽象的概念、原理和知识的理解工程设计、建筑设计速成模型，检测设想平面设计、食品激发想象力，创新表现形式历史、考古复原珍稀的物品第四十二页，共67页。3D打印与学生创意设计与能力提升的关系第四十三页，共67页。第四十四页，共67页。3D打印教育课堂教学类型第四十五页，共67页。四、国内外已有课程实践第四十六页，共67页。国内实践现状山东淄博南京市秦淮区第四十七页，共67页。上海市闸北区和田路小学3D打印设计型教学实践设计思维通常包含七个关键词：理解、研究、形成概念

、形成原型、选择、执行和学习，这七个关键词组成了设计思维的过程

第四十八页，共67页。第四十九页，共67页。第五十页，共67页。居家一角第五十一页，共67页。第五十二页，共67页。第五十三页，共67页。第五十四页，共67页。3D打印项目型课堂项目名称项目简介项目要求明尼苏达星站学生以工程师的身份参与，为探索火星的模拟任务设计和建造模型火箭学习火箭基础知识，设计和构建三维模型。运用3D打印机打印出火箭模型的组件，以测试不同的火箭设计。收集相关数据，分析结果，与工程师讨论火箭鳍的设计如何影响火箭的飞行路径第五十五页，共67页。3D打印项目型课堂项目名称项目简介项目要求从数学到饰品学生将数学中的等值曲面转化成三维模型，并打印出可用于课堂教学的实物或者很酷的装饰品掌握对数学曲面建模的可视化软件，熟悉等值曲面的公式，设计和修复三维模型，进行打印第五十六页，共67页。3D打印项目型课堂项目名称项目简介项目要求X城市来自世界各地的孩子们，面对外星球的第一个殖民城市X市的主要问题：污染、交通、饮用水、卫生设施和健康等，需要运用3D打印技术，创造新的解决方案学会不同文化差异下的沟通和交流，达成共识。了解不同问题背后涉及的工程原理，大胆想象，运用3D打印技术，创造性地解决问题第五十七页，共67页。3D打印项目型课堂项目名称项目简介项目要求Fab@school（学校工厂）学生假设自己身处一个村庄，没有电，身边只有拖拉机部件、废金属和一本关于能源的书，利用这些东西制作风力发电机理解动能、电流、传动比等抽象概念，学习指导材料，利用3D打印机打印出需要的相关组件，组装、试验，找到最佳设计方案第五十八页，共67页。MIT研发的中小学3D打印课程Chapter1:PhysicalSciencesTheNatureofLightCoiledElectricMotorsInductorRadiosChapter2:LifeSciencesMu