3D打印教學的實踐探索

徐欽

3D打印是快速成型技術的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。為了讓學生更好地學習建模軟件，快速掌握3D設計的基本方法，筆者選擇3D one 作為學習軟件，并在六年級中開設3D打印校本課程，讓學生近距離地感受到前沿的科技，立足信息技術學科素養(yǎng)，培養(yǎng)學生的計算思維和創(chuàng)新精神。

一、3D打印引領潮流，教育理論奠定基礎

（一）基于設計的學習（DBL）

基于設計的學習是由國外引入的一種較為新型的學習方式，英文為Design-based Learning?；谠O計的學習精髓在于“設計”。在基于設計的學習中，學生增強了自己的動手設計能力，也鍛煉了交流協(xié)作能力，培養(yǎng)互幫互助的優(yōu)良品質。在3D建模學習過程中，學生運用技術化手段進行模型的設計，通過實體化的作品來驗證設計的合理性，不斷地自我檢查和完善，最終解決生活中的實際問題。

（二）六步半模型（BT）

美國加州理工大學的多林·尼爾森教授以DBL教學理念為基礎，搭建了逆向思維模型。他將教育過程分解為六步加半步，特點是設計了一個半步的環(huán)節(jié)，在將基礎性知識傳授結束后，提出一個學生從未見過的挑戰(zhàn)（半步），以挑戰(zhàn)為出發(fā)點，教師引導學生戰(zhàn)勝挑戰(zhàn)，解決問題。如圖。

綜上，基于設計的學習理念和3D打印的學習非常契合。將3D打印引入信息技術教學，鼓勵學生運用3D打印技術提出問題的多種解決方案并進行對比、修正出最優(yōu)方案，最終通過3D打印機實現(xiàn)三維模型的輸出打印。學生充分體驗到將想象、創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實的過程，享受到一個作品從無到有的過程，獲得滿足感和成就感。

二、實踐探索真知，構建課堂教學模式

（一）教學模型初探

逆向思維模型的六步半提供了值得借鑒的教學步驟，教師在教學之初提出學習的主題，通過問題的方式繼而提出一個全新的挑戰(zhàn)任務，學生圍繞挑戰(zhàn)展開合作學習，在組內進行規(guī)劃設計三維模型，共同挑戰(zhàn)創(chuàng)造一個有形的實物。隨后，師生在互動的氛圍中展示與欣賞作品，同時也激勵了學生動腦思考問題、動手將想象變成實踐的勇氣，激發(fā)學生創(chuàng)造的天性。筆者經過實踐探索，設計了適合3D打印課程教學的BT 模型。

（二）教學案例展示

以《3D美味冰激凌》這一節(jié)課為例，筆者采取BT教學模式，具體教學環(huán)節(jié)設計展示如下：

教學過程的主要環(huán)節(jié)：

（1）確定教學主題（教什么）

教師播放多媒體視頻，展現(xiàn)冰激凌的制作過程，提出本節(jié)課的設計主題。

（2）確定教學問題（提出挑戰(zhàn)）

學生通過網絡查閱資料，了解冰激凌的發(fā)展歷史和常見冰激凌的造型。教師展現(xiàn)圖片以及實物模型，學生進行觀察與思考。在此基礎上教師進一步提出挑戰(zhàn)任務：小組合作，設計一款獨特的冰激凌模型，參加冰激凌博物館的展覽。此環(huán)節(jié)的設計極大地激發(fā)了學生動手實踐的欲望，積極地參與到挑戰(zhàn)任務中去。

（3）確定設計的標準（規(guī)范設計要求）

師生共同制定一個基本的作品評價標準，標準的制定需要在學生已有知識經驗的基礎之上，并在教師的指導下進行制定。評價量表的制定需要得到師生的認可，方便后續(xù)開展作品的評價。

（4）學生實踐操作（學生合作設計模型）

冰激凌分為蛋筒和奶油兩個部分。學生在小組間討論、研究，掌握冰激凌最基本的模型構造，并商討出想要設計的模型創(chuàng)新點，制定冰激凌三維模型的設計方案。學生在學習單上繪畫簡單的設計圖，并確定尺寸以及可能運用到的3D one 軟件中的工具。學生在3D one中進行冰激凌模型的操作與設計。

（5）教師巡視指導（幫助指導、展評作品）

教師在學生操作過程中進行巡視，提供指導與幫助。教師提供微視頻供學生參考學習。各小組完成模型設計后進行作品的展示，師生對照評價標準進行作品的點評，提出作品的優(yōu)缺點以及改進的建議。

在作品呈現(xiàn)環(huán)節(jié)，可分為兩個部分，一個是3D one軟件中設計的模型;另一個是通過3D打印機輸出的實物作品。實物作品的展評要根據(jù)學校的實際情況，安排到第二或后續(xù)課時中進行。這對于學生的3D打印課程學習是極大的肯定，也是最為直接的檢驗方式。

（6）修改完善、總結反思（加深挑戰(zhàn)印象）

小組成員選擇性地采納大家的修改意見，再次在3D one 軟件中修改完善模型設計，并將其放到清曉科技公司的FDM 3D打印機中進行打印。學生將打印出的冰激凌實物進行展覽，師生欣賞成果作品。學生將冰激凌的模型文件上傳到3D one社區(qū)，可獲得“豌豆”和“創(chuàng)意值”。

三、攜手創(chuàng)想未來，共筑3D夢想

3D打印為學校開展STEAM教育提供了讓創(chuàng)意物化的技術支持。學生在進行3D打印技術創(chuàng)作的過程中，提高了創(chuàng)新能力和動手實踐能力。

1.增強有趣的學習體驗。3D打印課程的學習讓學生在操作技能上得到鍛煉，也增加了接觸實物模型的機會。實物模型給學生提供了真實的切身感受，讓他們體驗到學習的樂趣。學生通過設計模型并將其實體化來驗證自己的設計是否符合要求，并在實踐中不斷地完善作品，激發(fā)創(chuàng)意靈感。

2.豐富創(chuàng)新思維和設計創(chuàng)造力。3D打印技術是從二維平面思維到三維立體思維的拓展，在設計的過程中，學生的空間想象力得到了延伸和發(fā)展。學生在設計的過程中，需要不斷地調整參數(shù)，計算機生成的圖形也在發(fā)生尺寸、距離、形狀等各種變化。這在無形中就鍛煉了學生觀察力、數(shù)字感知力、空間感和創(chuàng)新思維等。

3.促進創(chuàng)客教育的探索。創(chuàng)客教育打破了學科之間的壁壘，融合多學科領域的知識，著重培養(yǎng)具有綜合能力的工程師精神。3D打印的學習有助于師生在設計中融入創(chuàng)客理念，將創(chuàng)意轉化為現(xiàn)實，實現(xiàn)真正的“教”“學”“做”合一。3D打印點燃了學生的創(chuàng)客熱情，讓無數(shù)的思想火花進行碰撞，讓無數(shù)個創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實。

我相信，通過廣大教育者的不懈探索和努力，3D打印將會走進更多的中小學校園，提升3D打印技術在教育領域的價值，培養(yǎng)越來越多的“工匠”“創(chuàng)客家”。

【作者單位：南市京棲霞區(qū)實驗小學江蘇】