初中信息技術(shù)3D打印創(chuàng)客課程的教學(xué)實(shí)踐探討

福建省霞浦縣第七中學(xué) 王 嫻

隨著基礎(chǔ)教育智能化、信息化的日益發(fā)展，創(chuàng)客、3D打印、機(jī)器人、人工智能等新技術(shù)形式不斷呈現(xiàn)，對初中信息技術(shù)課程教學(xué)提出了更高的要求。本文結(jié)合本校開展創(chuàng)客教育的實(shí)際情況，圍繞初中信息技術(shù)教學(xué)，探討分析3D打印創(chuàng)客課程的實(shí)踐問題，力求探索獲得促進(jìn)3D打印創(chuàng)客課程深度實(shí)踐的有效路徑，真正提高初中生的創(chuàng)新創(chuàng)造意識和終身學(xué)習(xí)能力，為核心素養(yǎng)培養(yǎng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

一、初中信息技術(shù)3D打印創(chuàng)客課程的核心概念

（一）創(chuàng)客

創(chuàng)客英文為“Maker”，本意指制造者，本文強(qiáng)調(diào)那些具有廣泛興趣和愛好，富有創(chuàng)新理念和創(chuàng)造精神，樂于奮斗鉆研，能將自己的各種創(chuàng)意和想法轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實(shí)作品的群體。

（二）創(chuàng)客教育

創(chuàng)客教育是創(chuàng)客文化與時(shí)代教育的結(jié)合，根據(jù)學(xué)生的研究、學(xué)習(xí)興趣，通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)，有效利用數(shù)字化工具，鼓勵(lì)相互交流分享，提倡跨學(xué)科、跨領(lǐng)域創(chuàng)造事物，鍛煉團(tuán)隊(duì)協(xié)作、創(chuàng)新創(chuàng)造、探索解決現(xiàn)實(shí)問題等能力，培養(yǎng)綜合素養(yǎng)的一種素質(zhì)教育模式。創(chuàng)客教育主要通過搭建創(chuàng)客平臺(tái)，設(shè)置創(chuàng)客空間，融合科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、藝術(shù)等跨學(xué)科知識，創(chuàng)設(shè)創(chuàng)客課程為載體，培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力和素質(zhì)。

（三）3D打印創(chuàng)客課程

3D打印創(chuàng)客課程是通過將先進(jìn)的3D打印技術(shù)（也稱增材制造技術(shù)）引進(jìn)校園、融進(jìn)信息技術(shù)課堂，創(chuàng)編3D打印創(chuàng)客校本課程，整合開發(fā)3D打印創(chuàng)客教學(xué)活動(dòng)案例，并利用三維模型設(shè)計(jì)軟件開展創(chuàng)意設(shè)計(jì)，運(yùn)用3D打印機(jī)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新成果落地的課程。當(dāng)前，3D打印創(chuàng)客作為一種熱門實(shí)踐活動(dòng)被許多學(xué)校引入校本課程，3D打印獨(dú)特的成型技術(shù)日益引發(fā)學(xué)生的關(guān)注，3D打印創(chuàng)客課程為學(xué)生提供了一個(gè)盡情展示風(fēng)采和才華的平臺(tái)，使他們能掌握使用3D打印技術(shù)的方法和技能，自由表達(dá)思想，激揚(yáng)創(chuàng)意和靈感，拓寬創(chuàng)新性思維，從而在潛移默化中提高信息技術(shù)課堂學(xué)習(xí)成效。

二、初中信息技術(shù)3D打印創(chuàng)客課程的開發(fā)現(xiàn)狀

（一）國家政策支持

近年來，我國政府非常重視3D打印技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用和推廣，先后頒布了多項(xiàng)政策，大力支持3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)和教育事業(yè)發(fā)展。2015年，《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015—2016年）》突出強(qiáng)調(diào)了3D打印技術(shù)的重要意義，提出將3D打印技術(shù)列入國家戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃，推廣和普及3D打印技術(shù)教育教學(xué)。2016年，中華人民共和國教育部制定《教育信息化“十三五”規(guī)劃》，要求各類學(xué)校積極探索先進(jìn)技術(shù)在“眾創(chuàng)空間”“創(chuàng)客教育”等新領(lǐng)域中的教育研究和利用空間。這為優(yōu)化初中信息技術(shù)課程教學(xué)、融合3D打印創(chuàng)客教育、完善青少年學(xué)生創(chuàng)客教育課程體系迎來了新的發(fā)展機(jī)遇，但同時(shí)也帶來了諸多的挑戰(zhàn)。

（二）教育實(shí)踐應(yīng)用

3D打印創(chuàng)客課程是學(xué)校加強(qiáng)信息化課堂建設(shè)的重要指標(biāo)和內(nèi)容。當(dāng)前，3D打印技術(shù)引發(fā)了許多教育專家和學(xué)者的重視，也受到了廣大師生的歡迎和推崇，逐漸成為開創(chuàng)創(chuàng)客教育新視窗的重要工具。國內(nèi)有些知名學(xué)校在探索和踐行3D打印創(chuàng)客教育方面已初見成效，為其他學(xué)校提供了許多值得借鑒的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)用成果。不少學(xué)校紛紛結(jié)合各個(gè)學(xué)科教學(xué)需要，積極打造3D打印創(chuàng)客團(tuán)隊(duì)，廣泛開設(shè)了各種形式多樣、豐富多彩的創(chuàng)客競賽活動(dòng)和創(chuàng)新主題實(shí)踐活動(dòng)，形成具有各校特色的校本教育項(xiàng)目。并且，我校教師在初中信息技術(shù)教學(xué)中非常關(guān)注3D打印技術(shù)這一高科技應(yīng)用技術(shù)，嘗試將信息技術(shù)教學(xué)與3D打印創(chuàng)客課程有機(jī)融合在一起，創(chuàng)設(shè)實(shí)施3D打印創(chuàng)客教育新模式，編設(shè)3D打印創(chuàng)客教育典型課例，更好地讓學(xué)生盡情體驗(yàn)“在做中學(xué)”“在動(dòng)手中創(chuàng)造”，并通過深度教學(xué)實(shí)踐、加強(qiáng)推廣和應(yīng)用，使創(chuàng)客教育理念真正落實(shí)落細(xì)，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

三、初中信息技術(shù)3D打印創(chuàng)客課程的應(yīng)用評析

（一）應(yīng)用優(yōu)勢

1.有助于豐富創(chuàng)客課堂，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

教師將3D打印技術(shù)融匯應(yīng)用到學(xué)生的現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)和生活中，能為學(xué)生開辟更多豐富多樣的創(chuàng)客活動(dòng)課堂，不斷激發(fā)其參與創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的興趣和熱情。學(xué)生踴躍參加3D打印創(chuàng)客課程，充分領(lǐng)略和感受精彩的3D打印技術(shù)，盡情體驗(yàn)創(chuàng)客教育活動(dòng)，能大大激起自己的創(chuàng)新興趣和激情，積極驗(yàn)證自己的奇思妙想，展現(xiàn)自己的創(chuàng)意和物化成果。

2.有助于增添輔學(xué)工具，提升學(xué)習(xí)能力

融合實(shí)施3D打印創(chuàng)客課程，不僅能指引學(xué)生深入研究學(xué)習(xí)過程，提高學(xué)生解決問題的能力，而且能鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮聰明才智，應(yīng)用3D打印技術(shù)展現(xiàn)自己的創(chuàng)意作品，促進(jìn)創(chuàng)新意識培養(yǎng)。教師指導(dǎo)學(xué)生利用3D One三維建模軟件開展學(xué)習(xí)時(shí)，由于軟件的操作界面簡潔直觀，操作命令豐富，不需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力，即使是初學(xué)者也容易上手，能幫助學(xué)生快速入門，自由地開展建造模型，使他們在“玩中學(xué)、學(xué)中創(chuàng)、創(chuàng)中玩”的良好氛圍中鍛煉空間想象思維，提升動(dòng)手實(shí)踐和創(chuàng)新學(xué)習(xí)等能力。

3.有助于轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，培育綜合素質(zhì)

3D打印創(chuàng)客課程教學(xué)充分體現(xiàn)了當(dāng)下先進(jìn)的創(chuàng)客教育理念，獲得廣大師生的認(rèn)可和贊同，能促使教師緊跟時(shí)代發(fā)展的步伐，積極轉(zhuǎn)變自己的教育教學(xué)觀念，融合創(chuàng)客教育思想，勇于創(chuàng)新設(shè)計(jì)新穎活潑的課堂教學(xué)模式，開啟學(xué)生新的學(xué)習(xí)旅程，促進(jìn)學(xué)生培育創(chuàng)新學(xué)習(xí)綜合素養(yǎng)。在良好的創(chuàng)客文化環(huán)境中，學(xué)生踴躍參加創(chuàng)客集訓(xùn)營、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等有趣的學(xué)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)，積極探索解決現(xiàn)實(shí)問題，創(chuàng)新設(shè)計(jì)制作個(gè)性化作品，親眼見證自己的創(chuàng)意和想法在3D打印技術(shù)支持下鮮活地得以實(shí)現(xiàn)，無限激起了學(xué)生豐富的新奇感和想象力。

（二）應(yīng)用局限

3D打印技術(shù)在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的推廣還需經(jīng)過長期的過程，在編設(shè)3D打印創(chuàng)客課程、加強(qiáng)應(yīng)用效果等方面仍具有一定的局限性。首先，要求初中信息技術(shù)教師掌握必備的專業(yè)學(xué)科知識，擁有跨學(xué)科、多領(lǐng)域的創(chuàng)客文化知識，有效開展創(chuàng)客教育活動(dòng)。其次，3D打印創(chuàng)客課程需要一定的投入成本，模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的專業(yè)3D打印機(jī)價(jià)格昂貴，維修難度大。基層學(xué)校資金短缺，教學(xué)條件受限，就只能采用桌面級3D打印機(jī)，但技術(shù)精度不足，打印樣式不夠美觀，模型打印效果會(huì)打折扣，難以滿足某些復(fù)雜模型的打印需求；同時(shí)，打印材料多、打印次數(shù)增加時(shí)容易造成材料和資源的浪費(fèi)。最后，開設(shè)3D打印創(chuàng)客課程需要?jiǎng)?chuàng)建特定的創(chuàng)客空間，需要配置獨(dú)立的設(shè)計(jì)活動(dòng)室，更好地開展創(chuàng)客活動(dòng)。

四、初中信息技術(shù)3D打印創(chuàng)客課程的實(shí)踐路徑

加強(qiáng)應(yīng)用實(shí)踐是推進(jìn)初中信息技術(shù)3D打印創(chuàng)客課程的關(guān)鍵。3D打印創(chuàng)客課程給學(xué)生帶來了全新的研究學(xué)習(xí)模式，有效激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)了其探索科學(xué)、實(shí)踐創(chuàng)新等求知精神。接下來，利用“設(shè)計(jì)制作富有個(gè)性特色的筆筒作品”項(xiàng)目活動(dòng)案例，探討初中信息技術(shù)3D打印創(chuàng)客課程的具體教學(xué)環(huán)節(jié)與開發(fā)和應(yīng)用實(shí)踐過程。

（一）研究學(xué)生學(xué)情，設(shè)計(jì)課程目標(biāo)

3D打印創(chuàng)客課程項(xiàng)目活動(dòng)面向的對象是本校七、八年級學(xué)生，選擇該課程的多數(shù)學(xué)生對3D打印創(chuàng)客活動(dòng)非常感興趣，動(dòng)手實(shí)踐能力也比較強(qiáng)，富有創(chuàng)意激情，樂于動(dòng)腦動(dòng)手，但他們對三維建模、創(chuàng)客設(shè)計(jì)等缺乏深入了解。初中生已見識過圓柱體、棱柱體、球體以及多面體等幾何體，通過參與創(chuàng)客課程實(shí)踐，他們能學(xué)會(huì)將課本中的各種空間和平面幾何體轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實(shí)的實(shí)物模型作品，促進(jìn)藝術(shù)創(chuàng)造和審美能力的發(fā)展。

為此，教師圍繞“設(shè)計(jì)制作富有個(gè)性特色的筆筒作品”項(xiàng)目活動(dòng)主題，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)、運(yùn)用3D One建模設(shè)計(jì)軟件中的草圖繪制、拉伸、布爾運(yùn)算、陣列等命令的一般流程和操作方法；同時(shí)，明確設(shè)定了課程教學(xué)目標(biāo)：著重指導(dǎo)學(xué)生掌握應(yīng)用3D One建模軟件繪制規(guī)則實(shí)體和不規(guī)則實(shí)體的常用方法；使學(xué)生通過應(yīng)用3D One建模軟件繪制各種規(guī)則實(shí)體，深入理解三維建模思想方法；使學(xué)生通過巧用布爾運(yùn)算，創(chuàng)新設(shè)計(jì)出獨(dú)具特色的筆筒造型，突破創(chuàng)客難點(diǎn)。

（二）精選教學(xué)軟件，保障課程實(shí)施

為保障3D打印創(chuàng)客課程項(xiàng)目的順利實(shí)施，教師要重視選用合適的教學(xué)軟件，切實(shí)促進(jìn)課程項(xiàng)目的有效開展。3D One建模設(shè)計(jì)軟件是一款相對簡單易學(xué)的3D空間建模軟件，功能界面簡潔便利，適合初中生的知識基礎(chǔ)和認(rèn)知水平，更易于啟迪青少年學(xué)生的創(chuàng)新學(xué)習(xí)思維，能滿足他們零起點(diǎn)、易上手的學(xué)習(xí)需求，使學(xué)生輕松愉悅地體驗(yàn)創(chuàng)新學(xué)習(xí)過程，充分感受在“玩中學(xué)、學(xué)中創(chuàng)、創(chuàng)中玩”的成就感，將一個(gè)個(gè)創(chuàng)意變成現(xiàn)實(shí)作品。同時(shí)，軟件配設(shè)的社區(qū)平臺(tái)還有各地優(yōu)秀創(chuàng)客教師的教程、講座和講課視頻等資料，為開展創(chuàng)客課程教學(xué)提供了豐富的教學(xué)資源。

（三）優(yōu)化教學(xué)過程，實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)

1.引入項(xiàng)目情景

進(jìn)入3D打印創(chuàng)客課程教學(xué)，教師首先要對學(xué)生明確提出項(xiàng)目任務(wù)。針對“設(shè)計(jì)制作富有個(gè)性特色的筆筒作品”項(xiàng)目活動(dòng)主題，提出的任務(wù)不能過于具體。例如，教師節(jié)即將到來時(shí)，教師可以巧妙提出問題：“你會(huì)以什么樣的方式感恩自己的老師？”引發(fā)學(xué)生的個(gè)性思維，激勵(lì)學(xué)生發(fā)揮自己的想象力，設(shè)計(jì)制作出具有特色、飽含謝意的教師節(jié)禮物。有了項(xiàng)目情景的巧妙引入，學(xué)生就能激起研究學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)機(jī)，將建模學(xué)習(xí)與生活事物緊密聯(lián)系，不再覺得學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)過程枯燥，從而投入有意義的深度學(xué)習(xí)活動(dòng)。

2.模仿簡單任務(wù)

學(xué)生明確了3D打印創(chuàng)客項(xiàng)目任務(wù)之后，要積極開展合作探究，解決項(xiàng)目問題，模仿簡單實(shí)踐任務(wù)。學(xué)生可以通過互聯(lián)網(wǎng)搜索各種相關(guān)的設(shè)計(jì)制作筆筒模型的信息和資源，或下載網(wǎng)盤中相關(guān)的微課學(xué)習(xí)資源，初步探索、熟悉“設(shè)計(jì)制作筆筒作品”的設(shè)計(jì)步驟。鼓勵(lì)學(xué)生模仿簡單任務(wù)，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)客熱情，提升學(xué)習(xí)效果。

3.講解知識要點(diǎn)

教師要針對“設(shè)計(jì)制作筆筒作品”3D打印創(chuàng)客項(xiàng)目內(nèi)容做必要的講授和解析，向?qū)W生介紹3D打印機(jī)的起源、發(fā)展、應(yīng)用領(lǐng)域及其主要功能，利用簡單案例對學(xué)生解析各種命令的用法，講清楚利用3D打印機(jī)進(jìn)行建模、切片、打印等主要流程以及相關(guān)的技術(shù)要領(lǐng)，從而使學(xué)生在制作筆筒模型的過程中真正掌握信息技術(shù)應(yīng)用技能。例如，講解“設(shè)計(jì)制作筆筒作品”3D打印的主要步驟：（1）設(shè)計(jì)筆筒：單擊“基本實(shí)體”，選擇、建立適當(dāng)大小的圓柱體或棱柱體等多面體作為筆筒的基礎(chǔ)模型；（2）單擊“基本實(shí)體”，結(jié)合所設(shè)多面體，單擊對話框中的“減運(yùn)算”按鈕，設(shè)置長和寬尺寸，拖動(dòng)紅色箭頭，合理控制多面體的高度和外形；（3）描繪筆筒：操作、單擊“材質(zhì)渲染”按鈕，渲染自己選中的顏色；（4）單擊“特征造型”，選取“由指定點(diǎn)開始變形實(shí)體”，按照所彈出的對話框，依次選擇變形實(shí)體。

4.激發(fā)引導(dǎo)創(chuàng)新

當(dāng)學(xué)生的“設(shè)計(jì)制作筆筒作品”3D打印建模任務(wù)完成后，教師要圍繞本次3D打印創(chuàng)客項(xiàng)目的主題和任務(wù)要求，引導(dǎo)學(xué)生從主題和造型等多方面積極探索創(chuàng)新視角，啟發(fā)學(xué)生發(fā)散思維，激勵(lì)他們大膽地開展創(chuàng)意設(shè)計(jì)，獲得筆筒作品模型。

5.協(xié)同完成任務(wù)

筆筒作品模型導(dǎo)入到位后，教師就可以指導(dǎo)學(xué)生一起應(yīng)用3D打印機(jī)打印出自己設(shè)計(jì)的創(chuàng)意作品。目前，打印作品時(shí)，通常可以利用耗費(fèi)成本最低的FDM原理的3D打印機(jī)，通過計(jì)算機(jī)控制打印原料，逐層地堆疊累積物料，構(gòu)筑形成三維模型。在此，教師要指導(dǎo)學(xué)生選用黏合性高的低熔點(diǎn)絲材作為3D打印材料，這樣打印出來的筆筒模型可以更逼真，效果更佳。還可以針對打印出的作品中存在的某些問題，適時(shí)進(jìn)行微調(diào)，進(jìn)一步改進(jìn)和完善三維模型作品。

6.分享創(chuàng)意作品

學(xué)生合作完成筆筒作品之后，應(yīng)鼓勵(lì)各小組學(xué)生積極展示成果，與其他學(xué)生分享交流自己的心得體會(huì)。學(xué)生彼此分享創(chuàng)意作品也是他們享受3D打印創(chuàng)新創(chuàng)造的過程，可以充分體驗(yàn)到創(chuàng)客的無限樂趣。教師可以讓各小組把作品提交到班級網(wǎng)主頁、學(xué)科微信交流群，或鼓勵(lì)他們將優(yōu)秀作品上傳到3D One建模軟件配設(shè)的社區(qū)平臺(tái)，進(jìn)行展示、互動(dòng)、交流。隨著學(xué)生累積越來越多富含亮點(diǎn)的創(chuàng)客作品，他們頻頻獲得了教師、同學(xué)的點(diǎn)贊和認(rèn)可，收獲了滿滿的成就感，不斷激勵(lì)了他們的創(chuàng)造性學(xué)習(xí)熱情。

創(chuàng)新源于生活，創(chuàng)新美化生活。教師要堅(jiān)持以學(xué)生為中心的教育理念，融合開展3D打印創(chuàng)客課程教學(xué)，不斷豐富信息技術(shù)課堂，為學(xué)生添設(shè)更為新穎別致、生動(dòng)有趣的創(chuàng)客課堂。學(xué)生只有經(jīng)歷真實(shí)的實(shí)踐學(xué)習(xí)活動(dòng)，才能主動(dòng)探知、快樂學(xué)習(xí)，全面提高動(dòng)手實(shí)踐、設(shè)計(jì)制作和創(chuàng)新思維等能力，形成良好的學(xué)科綜合素養(yǎng)。