需求引導創(chuàng)造 夢想照進現(xiàn)實
——3D打印進入小學信息技術(shù)課堂初探

江蘇常熟市昆承小學 陳 平

3D打印（3D printing），又稱三維打印，是指以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。跟傳統(tǒng)的打印相比，3D打印技術(shù)具有以下優(yōu)勢：個性化的設(shè)計制作，設(shè)計驗證成品周期較短；材料具有高效利用率。隨著3D打印技術(shù)不斷進步，其在國內(nèi)外各行業(yè)的應用越來越普及，3D打印在教育領(lǐng)域的應用也越來越廣泛，3D打印技術(shù)進入課堂成為必然的趨勢。

一、3D打印進入課堂的實踐意義

2013年，新媒體聯(lián)盟在“地平線報告”中，首次提出了3D打印技術(shù)是未來值得關(guān)注的新技術(shù)，將帶來教育、教學的創(chuàng)新，并在2014、2015年的報告中再次提及。2016年，第十二屆全國人民代表大會第四次會議中，3D打印被列入“十三五”國家規(guī)劃綱要。2018年，江蘇省小學信息技術(shù)新版教材首次引入3D打印教學內(nèi)容。筆者在本文中展示的教學實踐就是基于信息技術(shù)教材內(nèi)容，并結(jié)合學情適當作了改編。在3D打印課堂教學中，筆者發(fā)現(xiàn)3D打印教學具備如下優(yōu)勢：

1.激勵學生積極創(chuàng)造

3D打印技術(shù)能夠直接將學生的創(chuàng)意想法變?yōu)楝F(xiàn)實，設(shè)計即能生產(chǎn)，極大地鼓勵了學生的創(chuàng)作熱情和創(chuàng)作愿望。筆者在教學實踐中，鼓勵學生踴躍展示自己的作品，并在班級中投票選取一個優(yōu)秀作品進行打印展示。

2.鍛煉培養(yǎng)學生解決問題的能力

解決問題的能力是小學信息技術(shù)課程中著力培養(yǎng)的學生應用能力。而3D打印技術(shù)支持問題的發(fā)現(xiàn)、分析和解決。我們設(shè)計的3D作品最終是要應用于生活以及解決生活問題。在每一次的設(shè)計過程中，學生要經(jīng)歷深入分析問題、嘗試設(shè)計、再次修改等過程，最終設(shè)計完成作品，這就是一次解決問題的體驗過程。在每一次設(shè)計中，學生解決問題的能力逐步提升，科學素養(yǎng)逐步提高。

3.加深空間理解，提升學習體驗

3D打印技術(shù)，能將虛擬設(shè)計變?yōu)榭梢姷膶嶓w模型。獨特設(shè)計的實體模型給了學生直觀的感受，幫助學生更好地理解空間構(gòu)造、結(jié)構(gòu)造型，提升了學生對點、線、面的立體認知。作品可見的過程，也讓學生有了切身感受。這有助于學生鞏固已有學習技能、激發(fā)二次設(shè)計的創(chuàng)作熱情，在作品創(chuàng)作中獲得學習的成就感。

二、3D打印的課堂教學實踐案例

1.建立3D打印認知

3D打印在我們生活中普及的速度很快，并廣泛應用于航空、建筑、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域。學生在社會生活中已有認知，但還沒有理解3D打印的原理，也沒能建立3D打印的全面認知，因此，筆者在“初識3D打印”一課的教學中，作了如下的教學設(shè)計：

（1）情境導入

由動畫片《黑貓警長》片段（黑貓警長打掉了“一只耳”的耳朵）引出問題：將“一只耳”缺的耳朵補回來，你有什么辦法？播放視頻解決方案：中國科學家3D打印人耳成功移植的實驗?！巴瑢W們，科學家們用了什么技術(shù)制作出了耳朵？”筆者提出問題。（揭示課題：初識3D打?。?/p>

（2）認識3D打印

比較普通打印和3D打印。

師：什么是打??？老師手上的文檔是怎么打印的？

師生總結(jié)普通打?。弘娮游臋n→打印機→實物文檔。

師：3D打印是怎么打印的呢？觀察教室中工作著的3D打印機。

學生觀察3D打印機是如何工作的。

師:3D打印需要紙嗎？3D打印用的材料是什么？3D打印的內(nèi)容是哪里來的呢？

師：3D打印技術(shù)是一種快速成型技術(shù)。它是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。（展示實物）

觀看動畫，詳細了解3D打印如何將3D數(shù)字模型打印出3D實物。

（3）3D打印技術(shù)的應用

師：同學們，發(fā)揮你的想象，你想用3D打印技術(shù)打印什么呢？

生：食物、服裝、交通工具、人體器官等。

通過引導學生回答，教師展示相應內(nèi)容的3D打印應用實例，例如，3D打印的四合院、各種滿足病患需要的人體器官等。

師總結(jié)：3D打印技術(shù)已經(jīng)被廣泛應用到生活的方方面面。3D打印幫助人們提高設(shè)計效率，節(jié)約成本，方便生活，尤其在醫(yī)療方面，能幫助病人減輕病痛，造福人類。

通過以上的教學設(shè)計，學生從理解3D打印原理、了解3D打印過程和體驗各類3D打印的應用中，全面構(gòu)建起對3D打印的基礎(chǔ)認知。同時，筆者在教學中也嘗試引導學生建立將3D打印作為解決問題方案的意識，將3D打印更好地應用于我們的生活之中。

2.學生創(chuàng)意設(shè)計3D打印作品

3D打印的關(guān)鍵為3D建模，這是最重要的學習內(nèi)容。江蘇省小學信息技術(shù)五年級教材中，以“制作立體剪影”“制作筆筒”等5課講授3D建模。筆者結(jié)合學情設(shè)計了“我的定制筆筒”一課，教學設(shè)計如下：

（1）談話導入課堂

師：同學們常用的筆筒都是圓柱體或長方體的。但生活中，我們常常要在筆筒中放入筆、尺子、剪刀、橡皮等。（師邀請學生拿出鉛筆、橡皮等）

師：這樣的筆筒有什么缺陷？

生：分類不明確。

這節(jié)課請根據(jù)你的實際需要，設(shè)計你的專屬定制筆筒。（板書課題：我的定制筆筒）

（2）學習基本圖形命令

3DOne軟件的基本圖形命令中已列出常規(guī)的六面體、球體、圓柱體等，點擊相應圖形，拖動到工作區(qū)，設(shè)置圖形尺寸。（提示：輸入數(shù)字后，按回車鍵確認）

（3）學習抽殼命令

對基本實體實現(xiàn)挖空，這就需要抽殼命令。抽殼命令執(zhí)行中需選取基本圖形的一個面作為開放面進行挖空操作。操作中，需要注意選取合適的開放面、厚度一般為負數(shù)。

（4）學習組合編輯命令

多個基本圖形需要組合形成整體。組合圖形用組合編輯命令。在操作中，注意選擇組合圖形中的中心圖形為基體，另一個為合并體，合并時邊界為切割面，會將圖形相交的多余部分裁切。

（5）學生作品展示評比

引導學生展示作品，闡述產(chǎn)品功能和設(shè)計意圖。班級評選出優(yōu)勝作品，用3D打印機打印成品（見圖1、圖2）。

圖1 學生設(shè)計的多功能筆筒

圖2 打印中的多功能筆筒

本節(jié)課的教學設(shè)計以“我的定制筆筒”入手，鼓勵學生發(fā)現(xiàn)設(shè)計需求；教學中簡單講授基本圖形、抽殼、組合編輯等命令，以學生的自主創(chuàng)作為主，旨在鼓勵學生針對設(shè)計需求，運用合適的命令實現(xiàn)3D模型的創(chuàng)意設(shè)計。

三、目前，3D打印在小學信息技術(shù)課堂教學中的困惑

3D打印進入課堂，無疑能夠激發(fā)學生想象創(chuàng)意，將學生的夢想變?yōu)楝F(xiàn)實，但在實際教學中，筆者遇到了一些教學困惑：

1.如何鼓勵學生主動進行創(chuàng)意設(shè)計

小學生以具體形象思維為主，3D創(chuàng)意設(shè)計對小學生來說是較為困難的內(nèi)容。而3D打印課程旨在將學生培養(yǎng)成創(chuàng)意設(shè)計者和問題解決者，同時也要求教師能成為學生創(chuàng)意設(shè)計中的引導者、協(xié)助者，而絕非主導者。這就需要學生在日常生活中成為觀察者、思考者，嘗試解決生活中的問題，這無疑對學生提出了很高的要求。筆者預想在今后教學中添加學生自主選題，即由學生預先提出設(shè)計選題，師生共同討論，引導思維碰撞，鼓勵學生關(guān)注生活、發(fā)現(xiàn)問題。

2.如何在教學中平衡技術(shù)傳授和學生創(chuàng)新創(chuàng)作的矛盾

3D建模初期的教學以命令學習為主，教師需引導學生學習基礎(chǔ)建模技術(shù)，范例的演示教學常常會束縛學生的發(fā)散思維，而3D建模需引導學生的獨立思考、實現(xiàn)創(chuàng)造。這二者之間較難調(diào)和。筆者預想在教學中引入鼓勵機制，例如，擇優(yōu)打印作品、小組合作二次創(chuàng)作等，激勵學生參與創(chuàng)作，提升其創(chuàng)作熱情。

總之，3D打印為學生信息技術(shù)學習開辟了新領(lǐng)域，學生可以從設(shè)計模型、制作作品、展示作品等多方面參與學習過程，其有效地激發(fā)了學生學習的熱情，增強了學生的思維和解決問題的能力，推動了學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力。作為一線教師，筆者也需要在教學中不斷加強研究學習，努力成為學生3D打印學習中有力的引導者。