3D打印技術(shù)：讓學生動起來

◇張 彬

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，3D 打印技術(shù)越來越受到各領(lǐng)域的關(guān)注，在產(chǎn)品設(shè)計、建筑設(shè)計、模具制造等領(lǐng)域有著廣泛的應用。伴著著教育的改革，3D 打印技術(shù)在學校的教育教學中有著舉足輕重的作用，它不僅帶來了課堂教學的變革，還提升了學生的綜合能力，激發(fā)了學生的創(chuàng)造力，開拓了學生的空間想象能力，增強了學生的動手能力。

說起3D 打印技術(shù)，大家就會想起打印模型、打印自行車、打印房子……關(guān)于這項神奇應用的技術(shù)時常在報紙、電視、網(wǎng)絡(luò)上看見。那什么是3D 打印技術(shù)呢？其實，3D 打印技術(shù)是一種新型的快速成型技術(shù)，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。它無須機械加工或模具，就能直接將計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的物體變成現(xiàn)實。這項技術(shù)目前成為一種潮流正迅猛發(fā)展，應用于各行各業(yè)，對社會諸多行業(yè)和領(lǐng)域帶來深刻的影響。隨著3D 打印技術(shù)的發(fā)展，這項技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應用受到教師們的關(guān)注，當3D打印技術(shù)走進課堂，它不僅推動了課堂教學的變革，提升了學生的各種能力，也促進了核心素養(yǎng)的發(fā)展。

一、激發(fā)學生的創(chuàng)造力

隨著社會的發(fā)展和對人才的要求，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力成了教育教育的永恒目標。學生具有很強的想象力，對智能產(chǎn)品的好奇心非常強，他們對新事物的接受與理解能力也很強。3D 打印技術(shù)融入教育，在很大程度上打破了傳統(tǒng)的教育模式。在傳統(tǒng)的教育模式下，學生的許多想法會被不同程度地遏制，從而扼殺了學生的創(chuàng)造力。如制作一個杯子，傳統(tǒng)的教育下如同使用了一個模具，所有的杯子都是一個造型，沒有任何的變化及創(chuàng)新。而3D 打印技術(shù)可讓孩子天馬行空的想法“變現(xiàn)”，做出各種各樣的屬于自己個性化的杯子，有的做成了動物造型杯，有的做成了樹狀杯，枝桿就是吸管，有的做成了蛋糕狀杯……學生的創(chuàng)造力得以激發(fā)。正如著名教育家陶行知先生所說的那樣：處處是創(chuàng)造之地，人人是創(chuàng)造之人。再如在教學制作筆筒的時候，先讓學生閉上眼睛思考一會，打算設(shè)計什么樣的筆筒，做到心中有數(shù)。然后學生開始動手設(shè)計，組內(nèi)成員一起探討，使用“加法”和“減法”兩個小工具解決設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題，齊心協(xié)力，共同制作出各種不同的筆筒模型，這是第一層次的創(chuàng)造。在老師的指導下，在生活經(jīng)驗的啟示下，他們進行了二次創(chuàng)造，有的創(chuàng)作了動感圖，如旋轉(zhuǎn)的木馬、會走動的機器人、3D 彩燈等。總之，3D打印為打開了創(chuàng)造力的大門，讓設(shè)計從單一走向多元，從簡單走向復雜。

二、開拓學生的空間想象力

對于小學生而言，空間想象力是比較弱的，以形象思維為主，不管是平面圖形還是立體圖形的學習對學生來說都是比較困難的。所以，在教師的教學及學生的理解過程中往往難以把握住其實質(zhì)。教師可以通過觀察物體、認識方向、制作模型、設(shè)計圖案等活動，發(fā)展學生的空間想象力。而3D 打印構(gòu)造模型以具體模型的形式展示，將抽象的內(nèi)容更加直觀有效地呈現(xiàn)給學生，激發(fā)學生學習欲望和熱情，讓學生腦洞無限放開，促動著學生的空間想象力。例如制作一個馬克杯。

第一步：放個圓柱（杯體）

第二步：再放個圓環(huán)（把手）

第三步：把圓環(huán)豎起來，拼在杯子上點擊圓環(huán)，下面出現(xiàn)快捷菜單，點擊移動：出現(xiàn)X、Y、Z 三個方向移動箭頭和三個旋轉(zhuǎn)面，拖動X 軸旋轉(zhuǎn)面，轉(zhuǎn)動90 度（或拖動后在旁邊對話框中輸90）。

豎起來了：通過右鍵拖動，改變視圖角度觀察，拖動箭頭或中間小圓點移動圓環(huán)，往杯子上靠并鑲?cè)氡由稀?/p>

最后點擊右上角視圖立方體的Front（前視圖）、Top（頂視圖）觀察并調(diào)整：把手有點大，點擊圓環(huán)，出現(xiàn)快捷菜單，點擊縮放：拖動白色箭頭縮小到合適大小。

如果圓環(huán)離開了圓柱，用移動工具拖回去。

學生：這不是杯子！是錘子！杯子是空心的。

第四步，掏空。

現(xiàn)在，我們要想辦法掏空圓柱，就是要挖掉中間的部分，這就要用到Combine（聯(lián)合）。通過不斷地切換視圖，學生創(chuàng)造出不同的杯子，有的做出了（ ）杯子，有的做出了（ ），整個杯子的創(chuàng)作過程就是一個空間的想象過程，切換視圖的過程就是學生空間的思維過程，有力的發(fā)展了學生的空間想象能力。

三、增強學生的動手能力

蘇霍姆林斯基說過：“兒童的智慧在他的手指尖上?！笨梢?，多讓學生操作，就能發(fā)展學生的思維能力、創(chuàng)新能力和探索實踐能力。

例如在教學生制作馬克杯的過程中，首先明確建模思路：用圓柱體作為杯身，用圓環(huán)作為把手。運用抽殼功能將圓柱體挖空并將其與圓環(huán)合并。在這過程中，可以讓學生制作適合自己的杯子；為了美觀，杯身可以設(shè)計成動物、植物、動畫人物等等圖案（如下圖所示）；造型方面，也可以讓學生通過想象來改變，如把杯身、把手改變等。3D 打印的過程是令人興奮的，因為你馬上就能看見自己制作的模型打印出來了。而在打印過程中，可能會越到各種問題，比如打印頭堵了、斷料、平臺不平等等情況，其實這就是鍛煉孩子的一個好機會。遇到問題，讓孩子分析為什么會斷料呢？該怎么解決？孩子們邊思考邊解決，不僅完成了圖案的變形還解決打印頭堵、斷料等問題。在解決問題的過程中，增強了學生的動手能力。

雖然，3D 打印技術(shù)在教學中的推廣還有著一定的困難，但是3D 打印技術(shù)走進教育領(lǐng)域，給學生、老師、學校帶來的益處是巨大的。特別是在核心素養(yǎng)下的課堂教學，3D 打印技術(shù)可以更好地為教育服務(wù)，促進教育的發(fā)展。作為一名教師，有義務(wù)和責任把3D 打印技術(shù)用好，從而培養(yǎng)出更多、更好的社會所需要的人才。