3D打印技術從想象到成形

許金杰

隨著時代的發(fā)展，科技水平的提高，為了滿足生活及工作上不斷提高的模型設計需求，人們研發(fā)出了一種全新的技術，這就是3D打印技術。作為一種可以快速成型的技術，3D打印技術是將數(shù)字化模型作為搭建的基點，利用粉末狀的金屬材料、可黏合材料以及塑料材料等各類材料進行逐層打印，從而構成物件的技術。這種技術將原本抽象的數(shù)學概念，以實體化的方式塑造成型，同時也為我們帶來了更多的關于新領域的思考。抽象的理念在此前是比較難理解的，但正是因為有了實踐，將原來不可能的變成了可能，所以才激發(fā)了學生們對科學及相關設計領域的興趣。我們將隨著這種技術的介紹，從多個角度去了解3D打印技術的特點，并分析其對學習活動帶來的效果。

數(shù)字化模型的建立依賴于計算機軟件。Tinkerplay是一款非常簡單、好玩的入門級3D建模軟件，它讓模型構建變得實現(xiàn)簡單、直觀、有趣。通過吸引孩子們對設計模塊化的對象和人物角色、為他們上色，從而不知不覺地完成3D建模。Tinkerplay軟件可以運行在常見iOS和安卓移動終端上，也可以運行在桌面設備上。

如何避免3D打印建模的教學淪為單一軟件學習，是我在開展3D打印教學過程思考的最多的問題。借助Tinkerplay軟件擁有多種移動平臺的App的優(yōu)勢，我把在校的社團活動時間分為兩部分：1.自己獨立完成前一節(jié)課的設計;2.討論新的任務該怎么做。反復實踐操作的過程讓學生用手機、平板等移動終端，利用在家閑暇的時間。在具體實踐中我收獲這樣幾點感觸。

一、討論交流促進學生的觀察能力

在進行“象棋棋子”設計的過程中我設計了這樣的話題“棋子是的什么形狀的，可以通過哪些形狀進行怎樣的加工得到”。

學生的討論激烈，意見無法統(tǒng)一，而恰恰在方和圓無法統(tǒng)一的爭論中找到了完成設計的途徑，把一個球體兩側分別用長方體切去一部分，就可以得到棋子的形狀了。更有小朋友建議，不相信的就回去切西瓜做實驗。

討論的成功開展體現(xiàn)探究活動的特點，充分發(fā)揮了學生的思維運作;拓寬了學生的視野，同時也使學生對于如何接觸和了解3D打印有了更清晰的思路，帶動了學生的學習熱情。讓學生們踴躍參與到DIY活動之中，借助這種新穎的技術平臺，讓學生的構思可以從虛幻變成現(xiàn)實，將腦海里的概念和設計引入到真實空間，這樣也帶動了學習群體的整個氛圍，讓學生更愿意去深入學習，懂得自主探索，互相討論，促進了學習者的觀察力，也增強了他們的思辨能力。

二、大膽嘗試培養(yǎng)學生的動手能力

動手能力是人們創(chuàng)造一切事物至關重要的一步，如果只是空有理論探討，而缺乏實際活動的話，那么再多的理論知識也徒勞。而在教育技術領域方面，國外的教育學家戴爾就曾經提及經驗之塔的概念。這套理念實際上就是通過把人的經驗劃分成三種類型，如果要進行排序的話，由上而下是直接經驗，簡單地說就是動手的經驗;其次是間接經驗，也就是替代得到的經驗;還有一個是抽象經驗，比較文本型的說法是符號經驗。在這三種經驗類型中，直接經驗是處于最底層的，換句話說的話，就代表著這種通過自身活動得到的經驗是作為另外兩種經驗的基礎而存在的。人在學習時，總是從底層開始接觸的，再進一步往上層發(fā)展，直至到達抽象經驗。抽象經驗的獲取是比較困難的，自我學習時，需要具備的學習和認知能力是十分重要的。不過無論是從哪個層面開始往上攀爬，最終都會達到抽象經驗的領域，這個是學習必經且必然的目的。

在進行3D打印建模設計時，會提供充足的經驗，也就是動手的過程。學生在接觸建模工具時，可以通過軟件制作獲得許多設計上的經驗。這些具體經驗為孩子的學習提供了直接的感性認識，學生在學習過程中積極參與，融入課堂，并且讓整個教學氛圍更加融洽和諧。3D打印將抽象的概念變成現(xiàn)實，將設計思路直接引申為現(xiàn)實世界的構件，這些都標志著科技的飛躍，而且也能夠讓學生在學習時更有關注度，更被吸引到教學當中。3D打印可以更好地發(fā)揮出抽象經驗在學習中的價值，讓學生獲得更多的認識和體驗，從而調動學習思維，讓動手能力及思維活躍度提高。

三、獨立設計培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力

作為創(chuàng)新技術被引入到探究活動中的3D打印技術，一直以來備受人們的關注;同時也因為其獨特的魅力，讓學生在進行學習時更加主動地去接觸和了解，這就進一步提高了學生們的創(chuàng)新思維以及自主學習的頻率。

通過3D打印技術的學習任務，學生開始去分析打印任務，并且加入原型設計到實踐的操作活動中。這種主體意識的萌發(fā)，以及被需要的感覺會讓學生在學習過程中感受到被重視和自我價值被認可。3D打印技術的快速成型，也讓學生們能夠節(jié)省時間，花費更少的精力去集中在創(chuàng)新的環(huán)節(jié)上，這樣就方便他們充分地調動思維，構思出意想不到有意義的內容。

格物致知，創(chuàng)新思維實際上就是通過不斷的分析和實踐，累積下各種經驗后做出的設計和賦予的新的模式。學生經過主動創(chuàng)作活動后，可以全面而細致地描摹打印任務，提出一些個人見解，并且最大限度地發(fā)揮出想象力，使最終打印出的作品富有個性。

隨著工匠精神、智造等概念的興起，3D打印技術也將被推向更高的層面，3D打印技術也將在教育領域發(fā)揮積極的作用。如何在未來的道路上為學生們提供更加便捷高效的學習平臺，讓他們能夠參與其中，擴展思維，提高創(chuàng)造力是需要繼續(xù)關注的焦點，最終讓他們真正跨越想象、虛擬、實體三者之間的鴻溝。

【作者單位：海安市城南實驗小學 江蘇】