高中校本課程“3D造型與表達(dá)”的實(shí)踐與反思

馮慶

【摘要】3D打印發(fā)展之勢尤為迅猛，3D打印技術(shù)也被注以定制化的最佳呈現(xiàn)。我校是廣東省最早大規(guī)模配備了3D打印機(jī)，且很早就普及開設(shè)了相應(yīng)的3D設(shè)計(jì)校本課程《3D造型與表達(dá)》。本文從有效提升學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)的角度，介紹該課程的理念、課程內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)技巧及反思。

【關(guān)鍵詞】3D打印 通用技術(shù) 校本課程

【中圖分類號】G63 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）10-0126-02

一、課程開設(shè)的背景

在國務(wù)院頒布的《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015-2016年）》中特別提到“在學(xué)校配置增材制造設(shè)備及教學(xué)軟件，開設(shè)增材制造知識的教育培訓(xùn)課程，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)的興趣、愛好、意識，在具備條件的企業(yè)設(shè)立增材制造實(shí)習(xí)基地，鼓勵開展教學(xué)實(shí)踐?！?/p>

近年來，3D打印機(jī)作為一種有趣的造物工具，逐步受到大眾的關(guān)注，隨著奧巴馬、李克強(qiáng)等政要的推動，3D打印機(jī)更是迅速地向校園教育普及。原航空航天部部長林宗棠先生在2013年底上書中央，要求推動全面3D打印機(jī)的發(fā)展。在他蒞臨我校、親自推動下，本校校友在2014年校友贊助了10臺桌面式和1臺大型激光燒結(jié)式3D打印機(jī)，立刻點(diǎn)燃了師生探索3D打印技術(shù)的熱情。

二、課程的準(zhǔn)備

1.課程的地位、性質(zhì)和任務(wù)。這門課是否適合作為通用技術(shù)的選修課，從教育部新提出的核心素養(yǎng)中，對技術(shù)意識的描述為：“技術(shù)意識是對技術(shù)現(xiàn)象及技術(shù)問題的感知與體悟”，具體體現(xiàn)在工程思維、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、圖樣表達(dá)、物化能力上。而信息素養(yǎng)的描述為：“信息意識是指個體對信息的敏感度和對信息價值的判斷力”，體現(xiàn)在計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任上?；仡欉@門課程，發(fā)現(xiàn)其能更多地呈現(xiàn)培養(yǎng)技術(shù)意識的特點(diǎn)，而作為一門與信息技術(shù)整合的學(xué)科，也展現(xiàn)如“數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新”和些少“計(jì)算思維”的特點(diǎn)。因此，這門校本課程的通用技術(shù)味道更濃。

2.硬件的準(zhǔn)備。3D打印機(jī)是目前教學(xué)中最常用的3D打印機(jī)是FDM（熔融沉積技術(shù)），這種打印機(jī)的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單可靠，操作難度低，材料成本低（使用環(huán)保的PLA材料打印絲，也能雖然ABS打印，但因?yàn)闅馕短蟛贿m合在教學(xué)使用），打印精度不夠高（但滿足一般教學(xué)使用）。激光SLS（選擇性激光燒結(jié)技術(shù)）的打印機(jī)，使用粉末材料打印。我們配備了一臺，但其體積很大，加工體的體積卻很小，而且材料非常的昂貴，因此不適合教學(xué)使用。

3.3D設(shè)計(jì)軟件的確定。3D設(shè)計(jì)軟件多種多樣，有面向工業(yè)設(shè)計(jì)的Solidworks、UG、ProE、AUTOCAD等，也有面向影視動漫和藝術(shù)創(chuàng)作3DMax、Maya、C4D等，這些軟件雖然功能很強(qiáng)大，但往往掌握起來非常復(fù)雜，不適合中小學(xué)生學(xué)習(xí)。最近也有公司開發(fā)了一些面向初學(xué)者的軟件，比如其中的佼佼者有國外AutoDesk的123D Design和國內(nèi)中望公司出品的3D One。這兩個軟件上手很快，用來做3D打印的小型部件建模很適合，但復(fù)雜的大場景建模則不擅長。

但筆者更傾向于選擇SketchUP（草圖大師，以下簡稱SU）。由于該軟件的操作很簡潔，上手快，繪圖功能卻比前兩者更強(qiáng)大，還能比較輕松的對大型場景建模，因此很多藝術(shù)家和建筑師喜歡用來繪制創(chuàng)意草圖。這個軟件也有很多不足的地方，但大量的愛好者開發(fā)了很多插件外掛，不但彌補(bǔ)了這些缺點(diǎn)，還讓SU像專業(yè)3D軟件一樣煥發(fā)著蓬勃的生機(jī)。3D設(shè)計(jì)軟件有一些共有的規(guī)律，借助SU可以快速的掌握和理解其中的主要規(guī)律。通過幾年的實(shí)踐，筆者還是認(rèn)為SU是適合中學(xué)階段的首選建模工具。

三、教學(xué)內(nèi)容與實(shí)施

從知識構(gòu)成上，本門課涵蓋了造型和表達(dá)兩大部分，重難點(diǎn)集中在3D建模軟件SU的相關(guān)課程上，其他以體驗(yàn)性的實(shí)驗(yàn)課，或則以閱讀材料、視頻資源包等形式呈現(xiàn)的拓展內(nèi)容。從圖1可以看出，這門課不但傳授了3D建模技術(shù)，還較全面地反映了3D技術(shù)的概況。

通用技術(shù)每周1節(jié)，全學(xué)期共計(jì)16課時。需要細(xì)心地設(shè)計(jì)，巧妙利用好時間才能有效地完成教學(xué)任務(wù)。從提高核心素養(yǎng)的能力培養(yǎng)角度看，課堂教學(xué)內(nèi)容主要分為三類：

1.培養(yǎng)技能型，這個階段主要教會學(xué)生工具用途，操作方法。教學(xué)方法以教師講授，學(xué)生模仿、重復(fù)操作為主。

2.探究方法型，這個階段學(xué)生要熟悉、掌握一系列必要的操作方法，包括一些工具的組合運(yùn)用的技能，其中包含了一定的操作順序和技巧。教學(xué)方法先從模仿重復(fù)開始，逐步給學(xué)生提供學(xué)案指引（引導(dǎo)他們學(xué)會用教程學(xué)習(xí)軟件），再到自主探究（借助小組協(xié)作、分享交流）。最終的目的是要讓學(xué)生在“語法”的層面理解電腦軟件的操作，從“算法”的角度理解3D建模的技巧。這個階段的案例安排要有銜接性，但內(nèi)在技巧又有一定的重復(fù)性，幫助學(xué)生加深理解。

3.創(chuàng)作設(shè)計(jì)型，這個階段是在掌握了一定的技能和方法的基礎(chǔ)上，運(yùn)用技術(shù)設(shè)計(jì)的思想，對任務(wù)進(jìn)行創(chuàng)作并建模實(shí)現(xiàn)的高度綜合的課程。通常應(yīng)安排在學(xué)期的末尾，也可以巧妙穿插于課程章節(jié)結(jié)束的部分。為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，應(yīng)先從案例欣賞入手啟發(fā)學(xué)生用逆向工程的思維分析作品，進(jìn)而在通用技術(shù)設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下，自主開展設(shè)計(jì)。

STEAM的教育理念給予技術(shù)課程很多指引的方向。一些老師誤認(rèn)為每節(jié)課都能體現(xiàn)STEAM的內(nèi)容才是好課，這是不切實(shí)際的。但如果放在一個課程周期中有計(jì)劃有步驟地去實(shí)現(xiàn)，則顯得自然流暢、水到渠成。比如體現(xiàn)工程制圖的有第7節(jié)、第11節(jié)跟三視圖內(nèi)容相關(guān)，其中第11節(jié)的求解正交三圓柱體，為學(xué)生用軟件解決數(shù)學(xué)問題提供了一次良好的實(shí)踐開端。又如第2、6、8節(jié)的練習(xí)任務(wù)則側(cè)重是藝術(shù)創(chuàng)作。第12節(jié)的制作手機(jī)架任務(wù)，對藝術(shù)和工程思維有所鍛煉。

四、反思

在課堂教學(xué)中，認(rèn)真?zhèn)湔n是教學(xué)成功的保障。做好任務(wù)情境的創(chuàng)設(shè)，以小項(xiàng)目驅(qū)動，設(shè)計(jì)良好的教學(xué)支架。要充分研究學(xué)生的特點(diǎn)，不要在課堂上講太多，一節(jié)課10分鐘左右為宜，內(nèi)容上多留些空白給學(xué)生發(fā)揮。及時開展有效的評價，學(xué)生會更加認(rèn)真。重視學(xué)生的差異化，精心設(shè)置分級任務(wù)，兼顧不同層次學(xué)生，有利于充分調(diào)動學(xué)生積極性和創(chuàng)造性，促進(jìn)學(xué)生的進(jìn)步。課堂教學(xué)實(shí)踐中，可以采用兩個老師教學(xué)，即主教和助教模式，有利于及時輔導(dǎo)學(xué)生，課堂效果明顯好于只有一個老師輔導(dǎo)的班級。

根據(jù)連續(xù)幾年的全年級的開設(shè)，從學(xué)生反饋看出這門課非常受學(xué)生歡迎，學(xué)生覺得實(shí)實(shí)在在學(xué)到了東西，做出了東西，興趣很高。相信這門課產(chǎn)生的遷移價值將使他們終身受益。

我們連續(xù)幾年都是第一學(xué)期上通用必修的內(nèi)容，第二學(xué)期上本校本課程。我們將嘗試調(diào)轉(zhuǎn)過來，先學(xué)3D課程，學(xué)生有了圖樣表達(dá)的基礎(chǔ)后，第二學(xué)期就可以開展更復(fù)雜的任務(wù)。通過這些任務(wù)，將通用技術(shù)必修的核心內(nèi)容傳承給學(xué)生領(lǐng)悟，可能會取得更好的教學(xué)效果。

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