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1、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,著名创客英国Adrian Bowyer(2008)发布第一款桌面级3D打印机RepRap,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,一、3D打印技术是怎样的技术？,2012.3.19,2012.4.21,2012.8.16,2012-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,
2、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,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（ Additive Manufacturing）,被许多人认为是一项将要
3、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。,三维打印（3D printing），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),2013年5月 美国马里兰大学 的几位学生采用3D打印出
4、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,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,3D打印机组成大规模的社
5、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,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,互联网+制造 3D打印技术和社会制造的结合,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。,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
6、式，形成新的产业革命。,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）,二、中小学3D打印教育的价值与意义,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。,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
7、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。,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。,2012 年，英国教育部将 3D 打印列入中小学国家课
8、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。,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，
9、从而很自然地投入到工业变革中来。,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 3D systems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,课程目标,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： 3D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
10、践。 学习运用简易建模软件，发展学生立体空间思维。 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。 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。,三、中小学3D打印课程建设基本思路,选用什么软件与平台,CAD 类软件,Autodesk 123D Design,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，Chris Anderson 在他的 Maker 中也推荐使用。,Trimble SketchUp,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。,选用什么软件与平台,CG 类
11、软件,Blender,免费开源建模软件,Autodesk 123D 适合初学者使用的免费3D建模软件,免费！,123D Catch,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,123D Creature,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。,123D Design,与 123D 家族中其他成员偏重 CG 建模不同，123D Design 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
12、不在话下。,123D Make,123D Make 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。,123D Sculpt,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,微软的3D Builder,我们需要3D扫描仪吗？,MakerBot Digitizer,3D Systems 的3D扫描仪 Sense,3D打印在不同学科/领域的创新应用,3D打印在不同学科/领域的创新应用,3D 打印应用于不同学科/领域的功能表现,3D打印与学生创意设计与能力提升的关系,3D 打印教育课堂教学类型,四、国内外已有课程实践,国内实践现状,山
13、东淄博,南京市秦淮区,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,居家一角,3D 打印项目型课堂,3D 打印项目型课堂,3D 打印项目型课堂,3D 打印项目型课堂,MIT研发的中小学3D打印课程,Chapter 1: Physical Sciences The Nature of Light Coiled Electric Motors Inductor Radios Chapter 2: Life Sciences Muscular Contraction Protein
14、Structure Rendering Biological Molecules Chapter 3: Earth and Space Sciences Erosion Plate Motion and the Inner Earth Chapter 4: Engineering, Technology, and Applications of Science Rube Goldberg Machine Wind Power Egg Drop Chapter 5: Mathematics Conic Section Pythagorean Theorem Chapter 6: English Language Arts Sentence Structure and many more!,1 Print Preview,2 Administrative Control,3 Queue Management,4 Printer Dashboard,3D打印夏令营,讨论,您是否已经知道如何开展3D打印课程了？ 您是否有想法要开始设计3D课程了？ 您还有什么困惑吗？,一起努力，共同进步！,
