3D打印在STEM教育中的应用--冒险家3

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2023-04-03

3D 打印机作为 STEM（科学、技术、工程和数学）教育的辅助教育设备，既丰富了课程内容，又使STEM教育更有趣和更具参与性。今天我们就向大家介绍韩国第一家也是唯一一家专门的 STEM 学校——美国 STEM Prep (以下简称ASP) ，看看 ASP 学校是如何通过 3D 打印实践教学让学生更紧密地接触工程和技术。

▲ASP学校及其创客空间

3D打印助力课程开展

ASP学校规划工程与技术 (E&T) 课程作为其 STEM 课程的一部分。E&T 课程有3个最先进的创客空间，并配备了 12 台 3D 打印机用于开展教育任务。

E&T 课程中的主要学习内容为 CAD 和 3DP 打印，学生学习使用 3D 设计程序（小学为 TinkerCAD，中学和高中为 Blender）设计数字 3D 模型以及学习使用 3D 打印机将这些虚拟模型制作成真实物体。

ASP针对不同阶段的学生设置不同程度的学习内容，循序渐进地引导学生提高其他学科的学习能力。如 1-2 年级主要教授基础入门的建模及3D 打印知识， 3 -5 年级进入复杂结构或者功能性的模型建模和3D 打印学习。在中学和高中，学生可以更自由地独立使用 3D 打印机，并将 3D 打印融入其他机器人或工程类学科中。

此外，学校还会组织一些主题性课程的学习，如数学模型、科学类模型以及建筑社会类模型设计，这些活动的目的是在建模时教授有关3DP技术和过程，以及艺术设计/创造性思维或结构/工程原理。

▲ASP CAD&3DP班级及学员

课堂案例示例：制作弹性玩具

ASP 学生在设计程序上构建铰链模型，并学习导入矢量角色图像来创建他们自己的灵活角色玩具。他们将人物形象切割成几段，然后用铰链连接起来。通过 3D 打印的结果测试之后，角色会在铰链上轻微弯曲。口袋妖怪、彩虹、奇幻生物和动物都是流行的角色形象。

▲3D打印的柔性玩具

▲3D打印滑索篮

3D 打印激发学生的学习动力

“我发现学生们在课程中完成设计并打印出来成品感到非常兴奋，因此这大大提高了学生的参与度并激励他们在学习中尽最大努力甚至加倍努力。”ASP 学校的 STEM 项目主管兼 3D 打印协调员 Jacob Kaminski 说。

因为3D打印机可以直接帮助学生们呈现学习成果，使得STEM 科目变得更具趣味性和吸引力。三维立体的展现方式加强了学生对数学、科学和工程学中复杂、抽象概念的理解。学生们可以在学习理论知识后，使用软件创建原型并通过3D打印机打印出来进行测试，然后通过一次次的测试验证进一步迭代完善自己的作品，这种教学方式在潜移默化中引导学生主动地探索，发展其解决问题的能力，同时激发学生的想象力和创造力，促进学生对学习的热爱。“通过操作3D打印机实现自己的想法，使得学生感受到技术魅力，而这是传统教学方式无法实现的。”Jacob Kaminski 。

▲ASP同学用闪铸3D打印机进行3D打印

选择闪铸冒险家3 3D 打印机的理由

“我们学校和家长都非常关心 3D 打印机的安全使用，所以我们购买了外观是封闭式的闪铸冒险家3 来替换了其他型材类3D 打印机，使用的耗材仅用PLA，并进一步配置了HEPA空气过滤。另外，我们还对所有老师进行了设备管理和3D打印活动的相关培训，以确保学生们都以安全、负责任的方式使用打印机。这也是未来我们重点关注的方向之一， ” 雅各布主任说。

注重安全教育的ASP 学校为创客空间配备了新封闭式3D 打印机。“我们去年（2022 年）开始使用闪铸3D打印机。我们有 9 台冒险家3——5 台在小学部，4 台在初中和高中部。经过一段时间的应用，我们现在正考虑扩大闪铸打印机系列的投入，包括冒险家4以及其他机型。”

自使用冒险家3以来ASP 学校对其非常满意，Jacob 总监给出了更多认可的理由：
1.开箱即用只需要简单调试；
2.便捷的模块化维修——尤其是喷嘴和热端；
3.实惠的价格——由于进口费用3D 打印机在韩国都比较贵；
4.可靠的打印 - 良好的平台附着力和优质的打印质量；
5.易于使用 - 切片软件flashPrint 和冒险家3操作界面既直观又易于使用；
“特别是对于刚接触 STEM 3D 打印的学生和老师，我认为它（冒险家 3）是一款很棒的 3D 打印机，可以让学生很容易地学习 3D 打印。”

▲ASP创客空间中的冒险家3

ASP向我们展示了如何将 3D 打印与STEM 课程有效结合，增强学生在数学、科学和社会研究等各个学科的学习体验，为学生提供了实践经验，培养了在 STEM 领域取得成功所必需的创造力和实践技能，为未来应用型领域培养创新技术型人才。