将3D打印技术运用于高中地理教学

【摘 要】3D打印已经可以精准地分出地形、水体、地貌和地势特征。在制作繁杂的社会城市结构或自然地理结构模型时，传统的地理模型制造工艺相当耗费人力、物力，成本高，周期长，要求制作人员有非常精湛的技艺水平。3D打印技术在地理教学中将发挥非常重要的作用。

【关键词】3D打印;高中地理;地理教具;地理模型;三维数据

3D打印即快速成型技术的一种，是一种基于数字模型文件，运用可黏合的塑料或粉末状金属等材料，通过3D成型设备，以材料叠加的方式生成的实物模型。也就是说，3D打印机是能够打印出真实物体的一种设备。因而，3D打印技术在地理教学中将发挥非常重要的作用。

一、打印3D地形图

3D打印应用于地理教学的关键之处，在于对地理模型三维数据的设计。要打印出精准的地理模型，先要建设完善的地理模型数据库。目前，获得三维地理数据的主要途径有三种，一是对实物进行三维扫描;二是运用MAX等三维软件设计地理模型;三是直接从卫星提供的3D影像数据库中导出三维DEM（数字高程模型图），或运用GIS软件导入3D打印机兼容的文件，直接打印模型，如果是大范围的地理结构图，可采取分段分块的方式，将地理模型逐块打印，再拼接到一起。

二、制作地理教具

目前，地理教学常用的工具和仪器由专门的教学设备制作工厂制作发行。传统地理教学模型制作过程中，多采用手工制作、模型加工或铸模方法，其生产速度均很缓慢，成本较高昂，多媒体课件中展示的教学内容也无法使学生直接接触和观察三维实体。3D打印地形图仅需几小时即可输出高质量的地理模型，如平原、城区和山地等，成本低廉。教师可通过有形的三维格式展示教科书中提取的二维信息，并可设计个性化的教学模型以适应教学内容的变化。

3D打印无须经过机械加工或模具生产过程，就可从计算机图形数据中生成任意形状的物体，因此可广泛使用于地理教学模具的制作。教师可根据课程需要，自己设计、打印教具。如制作增强型的立体教具、学具，制作等高线判读模型、褶皱与断层模型、火山模型、喀斯特地貌模型、海底地形模型等。

可视化教具对提高地理教学效率有显著促进作用。传统教学场景下，教师多使用语言、图片和视频描述教学内容，较少配备或无法定制形象直观的立体教具，多数教师也都缺乏制作或设计教具的工具和能力。3D打印技术可提供更多的创造空间，教师可自行制作某些教具并在课堂上展示，学生也可观察、触摸和组装这些教具，这种方式显然要比传统的教学效果更好。另外，将3D打印技术应用于教学时，只要共享所设计的文件，这些模型就可以在教师甚至是学生之间分享，充分发挥其作用。

如在学习高中地理（人教版・必修1）第四章“地表形态的塑造”这一内容时，由于学生的生活经验有限，其对许多地形地貌都不了解，简单依靠图片无法形成完整的认知。这时教师就可以利用3D打印技术，快速打印出上课所需地形地貌的微缩模型，如冰川、角峰、冰斗等。

又如，在学习背斜和向斜相关知识时，许多学生对于背斜岩层“中间老，两翼新”、向斜岩层“中间新，两翼老”理解不透彻。教师可利用3D打印机打印出背斜、向斜地形的纵剖面模型，并在剖面上刻出相间的槽痕，规定不同颜色代表不同地质年代的岩层，让学生根据岩层新老给剖面上的槽痕上色。由于3D打印机可快速成型，模型材料成本低，教师可打印出较多模型分发给学生。

再如，山地地形类型多样，包括山谷、山脊、山麓、冲积扇等。这几种地貌分布在山地的不同地段，各自特点和形成原因也不尽相同，学生容易混淆。采用3D打印技术打印出山地地形的模型，可帮助学生更近距离地直观认识这几种地貌。

由于安全、时间等因素的限制，有些课外实践活动学生无法实地进行，这时教师就可运用3D打印技术将原定实践目的地打印出来，让学生更直观地感受并参与到活动中。三维立体实物相对于二维图片或视频而言，更具吸引力，也更能激发学生探索的兴趣。

教师还可以带领学生开展“3D打印三维校园地图”“设计家园别墅”等活动，能大大激发学生设计的兴趣;3D打印将学生的构思转变为真实的立体彩色模型，把抽象的概念和设计带入现实生活中，使学习活动更为生动，能有效激发学生实践的积极性，提高学习热情。这个过程需要学生的实践操作，从设计到打印都由学生自主参与完成，有利于促进其操作能力、观察能力和制作能力的发展，进而全面提高动手能力和参与能力。在实践学习活动过程中，学生的动手能力、设计能力和创新能力等得到全面发展和提高，这是推动学生创新精神和创造能力发展的重要环节，对培养创新型人才具有积极意义。

三、为教师教学效果及学生学习效果提供实时互评的依据

例如，在学生学习“中国黄土高原水土流失的治理”一课后，教师可让学生设计水土流失的治理方案，并运用3D打印技术将设计成果打印出来，进行交流，教师评价后提出改进建议。通过这种方式检测教师教学效果和学生学习效果，并改进教学方式。又如，通过让学生联系课堂知识，设计并动手打印“黄土高原特征”三维模型，可将抽象的知识变成有趣的动手实践，帮助学生更好地掌握复杂抽象的知识。

目前，3D打印在我国地理教学中少有应用，原因主要涉及设备造价较高，成型件多为树脂类，刚度、强度、耐热性有限;数字模型预处理软件与驱动软件运算量大，软件系统操作复杂，入门困难等诸多限制性条件，但笔者相信，随着3D打印技术的不断发展，必将给高中地理教学带来全新的面貌。

【参考文献】

[1]刘步青.3D打印技术的内在风险与政策法律规范[J].科学经济社会，2013（02）

[2]杨阳.P3D数字模型课堂互动的创新教学模式[J].中国教育信息化，2013（04）

[3]罗雨.3D视影仿真数字平台在旅游教学中的应用[J].宁波大学学报（教育科学版），2013（01）

（作者单位：林芝地区第一中学）