淺談3D打印技術(shù)在高中通用技術(shù)課堂教學(xué)的幾點嘗試

【內(nèi)容摘要】基于3D打印技術(shù)是 “設(shè)計即生產(chǎn)”的基本理念，可讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中深度體驗與參與，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和跨學(xué)科思維，提升學(xué)生的實踐能力。此論文分析3D打印技術(shù)在高中通用技術(shù)課程的幾點嘗試，探討如何提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)積極性、動手設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。

【關(guān)鍵詞】3D打印技術(shù) 課堂教學(xué) 通用技術(shù)

3D打印技術(shù)是當(dāng)今社會比較火的一項快速成型技術(shù)。這一技術(shù)非常特別，它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，以逐層打印的方式，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料進行物體架構(gòu)?！镀胀ǜ咧型ㄓ眉夹g(shù)課程標準（2017年版）》指出，通用技術(shù)課程是“以提高學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨，以設(shè)計學(xué)習(xí)、操作學(xué)習(xí)為主要特征，是一門立足實踐、注重創(chuàng)造、體現(xiàn)科技與人文相統(tǒng)一的課程?！痹诟咧型ㄓ眉夹g(shù)課中應(yīng)用3D打印技術(shù)，無疑能提高學(xué)生的積極性、激發(fā)他們的創(chuàng)新意識，也能提高學(xué)生的動手實踐能力，促進創(chuàng)新思維的發(fā)展。下面淺談3D打印技術(shù)在高中通用技術(shù)課堂教學(xué)的幾點嘗試：

一、變抽象為具體，突破教學(xué)重難點

通用技術(shù)學(xué)科是一門具有啟發(fā)性、嚴謹性和實用性特點的學(xué)科。這一課程的培養(yǎng)目標是期待學(xué)生通過學(xué)習(xí)，能激發(fā)想象力與創(chuàng)造意識，最終在生活實踐中創(chuàng)造產(chǎn)品和解決生活問題。將3D打印技術(shù)與通用技術(shù)課進行整合并應(yīng)用到課堂之中，3D打印技術(shù)的創(chuàng)造性和實效性可以得到很好的展示。它能將原本只存在于學(xué)生腦海里的想象轉(zhuǎn)化為活生生的實物，如三維制圖軟件為學(xué)生實現(xiàn)自己的想象提供了一個平臺，在制圖軟件設(shè)計完成后，3D打印技術(shù)則可以將這一設(shè)計很快轉(zhuǎn)化為可視化圖形，待打印機打印出來，學(xué)生腦海里的想象力已經(jīng)具體化、物質(zhì)化，成為實實在在的創(chuàng)造物。如學(xué)生在嘗試創(chuàng)造一個新型桌子時，在進行圖紙設(shè)計與打印中，第一必須充分考慮這張桌子的平衡性，應(yīng)確保桌子在打印過程中保持平衡與直立，防止出現(xiàn)斜倒現(xiàn)象；第二，桌子有其固定的承載力，必須統(tǒng)籌考量新創(chuàng)造的載重能力；第三，因為成本核算問題，也必須進行成本核算，確保物有所值。在這一過程中，不難看出，整個過程要用到生產(chǎn)相關(guān)的技術(shù)知識，而且涉及有關(guān)于桌子的自身的平衡性、承受力、穩(wěn)定性等物理知識。由此，3D打印技術(shù)可以為學(xué)生獲得并應(yīng)用知識提供可靠、便捷的技術(shù)支持，也輕而易舉解決了本節(jié)課的教學(xué)重難點。

二、從理論到實踐，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新動機

3D打印技術(shù)的“變現(xiàn)”功能非常特別，它可以將天馬行空的“創(chuàng)意”，甚至是毫無根基的“空中樓閣”轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸嵉奈矬w，可以大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。例如：在學(xué)習(xí)《結(jié)構(gòu)與設(shè)計》這一章中，分析結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，通過3D打印技術(shù)打印裝沙不倒翁實體，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)在外力相同的外力作用下， 外力退出結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化。同時，也正因為這一3D打印技術(shù)的先天優(yōu)勢，它能將復(fù)述式課堂變?yōu)椤皩嵗苯虒W(xué)，3D打印技術(shù)所創(chuàng)造的打印模型可以直接展示給學(xué)生，幫助學(xué)生更好地去理解知識點和關(guān)鍵要素。如在學(xué)習(xí)第七章《模型或原型的制作》中，通過3D打印技術(shù)設(shè)計不同模型，讓學(xué)生得到不同體驗，讓學(xué)生對知識有了更為清晰的認識，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力。3D打印技術(shù)為開展通用技術(shù)教學(xué)創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

三、由被動到主動，激發(fā)學(xué)生求知動力

興趣是最好老師。加入3D打印技術(shù)的高中通用課程，學(xué)生可以自主動手設(shè)計建構(gòu)模型，然后再動手打印出來，這有助于學(xué)生對于課程知識的理解，同時也會對通用技術(shù)知識有更全面的認識。比如：在航天器模型的制作中，學(xué)生會有不少新奇的想法，不過由于自身繪圖能力及設(shè)備操作的限制而無法實現(xiàn)。但是引入3D打印技術(shù)，學(xué)生完全可以將創(chuàng)意航天器打印出來并進行性能測試。在這一過程中，學(xué)生既有想象力的發(fā)揮，還有創(chuàng)造力的迸發(fā)，更有主動求知的探究。由此通用技術(shù)課程變成開放的實踐課程，讓學(xué)生把知識作為興趣來學(xué)，由被動到主動，激發(fā)學(xué)生求知的興趣，真正能培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

四、轉(zhuǎn)危險為安全，讓實驗真正走進課堂

過去的通用技術(shù)課，教師多利用多媒體，開展圖片或者視頻教學(xué)，因為缺乏實際的物理感知，教學(xué)效果并不好。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，扭轉(zhuǎn)了這種局面。教師可以引導(dǎo)學(xué)生進行打印縮小版的模型開展教學(xué)，由此學(xué)生對模型進行觀察和維修實驗，有了實物的介入，就有了具體的實踐操作，這對于提高教學(xué)效率和動手能力非常有益。如在學(xué)習(xí)《結(jié)構(gòu)與強度》時，學(xué)生很難理解結(jié)構(gòu)的強度，如果去實踐有一定的危險性，如果利用3D打印技術(shù)設(shè)計實驗教具，既可簡化實驗制作過程，還可以設(shè)計出特殊的結(jié)構(gòu)部件從而滿足實驗設(shè)計的需求，也為學(xué)生安全提供了保障。

當(dāng)前，3D打印技術(shù)正擴散至各行各業(yè)，將3D打印技術(shù)引入通用技術(shù)課程，為學(xué)生營造了一個實踐、可感的課堂，也為學(xué)生提供更多創(chuàng)新、探索、實踐的空間，也是當(dāng)前學(xué)科核心素養(yǎng)與教學(xué)改革的需要。

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【本文為安徽省教育信息技術(shù)研究2017年度課題《中學(xué)創(chuàng)客教育校本課程開發(fā)研究》（立項號：AH2017032）成果?！?/p>

作者簡介：朱焱軍（1974.12-），男，漢族，安徽太湖人，現(xiàn)任教于合肥濱湖壽春中學(xué)，中學(xué)高級教師，主要從事計算機教學(xué)。

（作者單位：合肥濱湖壽春中學(xué)）