3D建模打印在高中通用技術(shù)課程中的實踐探索

摘 要 從通用技術(shù)課程角度出發(fā)，以實踐為基礎(chǔ)，認識3D建模打印對通用技術(shù)課程的價值和意義。從實際教育教學角度，探索3D建模打印有效實踐途徑和方法。

關(guān)鍵詞 3D建模打印；通用技術(shù)；創(chuàng)客

中圖分類號：G633.67 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）07-0027-02

1 什么是3D建模

3D打印、3D建模是目前一個熱門話題。關(guān)于3D的概念，一般這樣解釋：D是英文單詞dimension的縮寫，是維度的意思，3D就是三維。人們都知道并理解二維的概念，三維就是在二維的基礎(chǔ)上再增加一個維度形成立體空間。通常人們可以理解為三維就是三個坐標軸，X軸、Y軸、Z軸。X軸表示左右空間，Y軸表示上下空間，Z軸表示前后空間。三維物體，簡單通俗地講就是具有長、寬、高三個維度的物體。3D打印就是利用打印機打印出三維物體，3D建模簡單來說就是通過三維制作軟件在虛擬三維空間中構(gòu)建出具有三維數(shù)據(jù)的模型。

2 3D建模打印應具備的條件

需具備適合的3D打印機 3D打印誕生于20世紀80年代，在近幾年，發(fā)展勢頭有質(zhì)的飛躍，3D打印產(chǎn)品逐漸被人們熟悉。3D打印是一種快速成型技術(shù)，以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀可聯(lián)合的各種材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體。其實3D打印機和普通打印機工作原理基本相同，區(qū)別點在于普通打印機打印的是二維平面，3D打印機打印的是三維物體。3D打印機只是通過電腦程序控制，把相應的打印材料逐層疊加起來，最終把電腦上的數(shù)字三維模型打印成實物物體，所使用的材料是金屬、陶瓷、塑料等。

對于中學來說，如果有足夠的資金投入，能買到工業(yè)級別的3D打印機那就再好不過了。一般而言，普通的桌面3D打印機即可滿足日常教學的需求。比如，桌面3D打印機Makerbot Replicator、REPGO、Creatbot科瑞特等。這些3D打印機使用的材料是PLA或者ABS。耗材易得，價格實惠，而且桌面3D打印機易學易上手。

通用技術(shù)教師需具備3D基礎(chǔ)建模能力 光有3D打印機還遠遠不夠，我們不能僅僅停留在下載別人的3D建模模型為己用。更需要通用技術(shù)教師具備建模能力，通過三維設(shè)計軟件將自己的創(chuàng)意建模，再利用3D打印機打印出來。學習使用三維軟件并非難事，網(wǎng)絡上有大量的教學視頻以及有相應的論壇、QQ群和微信群，通用技術(shù)教師只要利用好業(yè)余時間，經(jīng)過一段時間的自學，即可具備一定的3D基礎(chǔ)建模能力。3Ds MAX2014、SketchUp2014、Autodesk 123D Design等三維設(shè)計軟件都比較適合教師自學，其中3Ds MAX2014軟件對電腦硬件有一定的要求，其他兩款軟件對硬件要求不高，容易上手。通用技術(shù)教師可根據(jù)自身的學習習慣去選擇相應的軟件學習。

配備一定數(shù)量的電腦 筆者認為，如果僅僅是教師使用，只需要一臺打印機配置一臺電腦即可。如果是想形成規(guī)模，或者是開設(shè)3D基礎(chǔ)建模課程的話，就需根據(jù)實際需要配置一定數(shù)量的電腦和打印機，初期班級人數(shù)不宜多，控制在20人以內(nèi)。3D基礎(chǔ)建模課程理想狀態(tài)配置包括5臺左右的3D打印機、相應的電腦和教室，最好擁有一間專門3D基礎(chǔ)建模教室。3D打印機均放置在這間教室里，同時教室周圍配置3D打印作品展示櫥窗。對于電腦配置要求，筆者認為，有資金投入的話，電腦配置越高越好。如果資金投入有限，近3年的電腦配置版本也可使用。電腦數(shù)量跟學生數(shù)量一致，達到人手一臺。

3 3D建模打印在通用技術(shù)課程中的價值和意義

親近現(xiàn)代科技，激發(fā)學生學習興趣 通用技術(shù)課程的基本理念表明：技術(shù)發(fā)展日新月異，通用技術(shù)課程內(nèi)容同樣要與時俱進，既要體現(xiàn)基礎(chǔ)性，也要選擇具有時代氣息，適合社會發(fā)展、體現(xiàn)未來科技走向的資源。3D建模打印符合這一要求。中學生對未來的科技都有一定的探索欲望，在通用技術(shù)課堂中，引入3D建模打印技術(shù)，可以更好地增強學生學習的積極性。教師在課堂中展示自己建模并3D打印的作品，讓學生真真切切地感受到現(xiàn)代科技就在眼前、就在身邊，也可以更多激發(fā)學生的課堂學習興趣。

加強輔導交流 相信很多通用技術(shù)教師跟筆者一樣有過這樣的經(jīng)歷：學生有時會把自己的創(chuàng)意設(shè)想提出來跟教師一起探討，但是學生的設(shè)想有的停留在腦袋里、有的停留在圖紙上，沒有實物。教師僅靠自己的個人經(jīng)驗無法答復，有了3D打印，教師可以根據(jù)學生的設(shè)想，將其建模出來，再利用3D打印機打印出構(gòu)想，再與學生一起探討方案是否可行，筆者認為，這樣的深層次交流，對彼此都更有促進，都有提升。

豐富通用技術(shù)選修課程 通用技術(shù)課程包括必修和選修課程，選修課程可以根據(jù)各校的能力有選擇地開設(shè)。只要具備筆者前面提及的3D建模打印所具備的條件，3D基礎(chǔ)建模課程完全可以在中學開設(shè)，同時3D基礎(chǔ)建模完全可以與創(chuàng)客活動進行整合，將想法落地。

為校創(chuàng)客社團添磚加瓦 “創(chuàng)客”本意是指勇于創(chuàng)新，努力將自己的創(chuàng)意變成現(xiàn)實的人。如今大部分學校為適應時代的發(fā)展，尊重學生的個性化需求，都成立了創(chuàng)客社團。江蘇省錫山高級中學的創(chuàng)客社團是以Arduino開源資源為核心，進行一系列的創(chuàng)客活動，3D建模打印技術(shù)讓創(chuàng)客們的想象能即刻變成現(xiàn)實，為促進創(chuàng)客的快速發(fā)展增添力量。

4 3D建模打印在通用技術(shù)課程中的實踐探索

自制教具，提升課堂教學效率 自制教具是教學設(shè)施的重要部分之一，在自制教具方面，師生們經(jīng)常有好的創(chuàng)意、好的想法，但苦于一些硬件設(shè)備的缺乏，導致無法或難以制作出來，或者要花費很長時間，得不償失。通過3D桌面打印技術(shù)，可以很好克服自制教具的困難，以前是想得到而做不出，現(xiàn)在是想到就能做到，極大方便了師生。

比如通用技術(shù)“簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計”內(nèi)容的學習，要想讓學生理解構(gòu)件的橫截面與結(jié)構(gòu)強度的關(guān)系，光靠書本上的幾幅圖或者靠教師口頭直接傳授，學生只能停留在記憶的層面，達不到深層次的理解，課堂效率不高，更談不上在結(jié)構(gòu)產(chǎn)品制作上的應用。這時教師可以借助3D技術(shù)，打印出相應的3D產(chǎn)品，在課堂上現(xiàn)場演示，或者課前攝錄成微課視頻，讓隱性的知識轉(zhuǎn)變?yōu)榭筛兄木唧w實物，不僅加深對所學知識的理解，而且還為下一步的項目制作奠定理論基礎(chǔ)。

再如在講解“技術(shù)試驗”章節(jié)時，可以利用3D打印技術(shù)打印三種長度一樣、厚度一樣、截面周長一樣，僅僅是截面的形狀不一樣的產(chǎn)品（正方體、圓柱體、三棱柱），然后再打印一個支架，這樣就可以給同學們現(xiàn)場演示什么樣的截面載重能力比較出色，一目了然。而且3D打印可以批量打印出產(chǎn)品，滿足日常教學需要。

優(yōu)化項目制作方案，提升項目制作質(zhì)量 在通用技術(shù)教學過程中，項目制作是不可缺少的。在設(shè)計方案環(huán)節(jié)，出現(xiàn)多方案是常有的事。怎樣在多方案中進行抉擇？傳統(tǒng)的方法是先花費一定的時間做出模型，再進行技術(shù)試驗，再比較，這樣的方法費時費力。現(xiàn)在有了3D打印技術(shù)，可以短時間之內(nèi)通過將方案進行3D數(shù)字建模，然后再進行技術(shù)試驗，可以高效率地進行方案的遴選。這個過程由師生共同進行，教師利用自身掌握的3D建模技術(shù)協(xié)助學生完成數(shù)字建模，然后再打印出來，由學生自己進行技術(shù)試驗，得出需要改進和優(yōu)化的地方。找出最佳方案進行制作，一定程度上提升了制作的質(zhì)量。

輔助科技創(chuàng)新制作 以往在作品制作活動過程中，曾遇到這樣的問題：有時需要一個小零件、小部件，走遍市場、網(wǎng)絡都難以尋到蹤跡。怎么辦？放棄很是不舍，不放棄又難以完成，去外面定制，費用昂貴。利用3D打印技術(shù)，可以自己參與建模打印使用到作品制作中。如果教師覺得自己沒有足夠多的時間來建模，可以在創(chuàng)客社團中挑選出對3D感興趣的學生，利用業(yè)余時間進行3D建模軟件的學習和培訓，培養(yǎng)3D建模群體，共同參與建模。比如，筆者以前在制作科技小車時，發(fā)現(xiàn)沒有十分適合放置板子的地盤，自己手工制作，時間不夠，通過3D技術(shù)應用，利用游標卡尺測量好數(shù)據(jù)即可進行3D建模，有效縮短了制作進程，提高了作品制作效率。

3D建模打印不僅可以在通用技術(shù)課堂教學、創(chuàng)客社團、科技創(chuàng)新等領(lǐng)域發(fā)揮作用，還可以促進通用技術(shù)教室文化建設(shè)。傳統(tǒng)的通用技術(shù)教室，通過3D建模打印，教師可以把日常新穎有創(chuàng)意的產(chǎn)品設(shè)計、工業(yè)設(shè)計獲獎作品打印出來，一一展示在教室櫥窗里，還可以自行建模打印一些日常用品，比如花瓶、茶幾、古式窗幾、涼亭建筑、肥皂盒、手機支架、水杯、鉛筆筆帽、橋梁模型等，擺放在教室櫥窗里。學生一走進通用技術(shù)教室，撲面而來的時代氣息、創(chuàng)新設(shè)計，潛移默化中激發(fā)了學生的創(chuàng)新熱情，無形之中激起了學生制作的興趣，豐富了通用技術(shù)教學內(nèi)容，促進了通用技術(shù)教學目標的實現(xiàn)?！?/p>

參考文獻

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作者：呂士媛，江蘇省錫山高級中學（204174）。

10.3969/j.issn.1671-489X.2017.07.029