基于3D打印技術(shù)的特色課程研究

陳君

摘 要：近年來，3D打印成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，并逐步走進(jìn)教育領(lǐng)域。為了讓孩子們更好地適應(yīng)時(shí)代發(fā)展，杭州市蕭山區(qū)高橋金帆實(shí)驗(yàn)學(xué)校將3D打印技術(shù)引入“第三教育空間”，開設(shè)了“3D打印創(chuàng)意家具”特色課程。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；特色課程；課程建設(shè)

一、3D 打印技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用

3D打印技術(shù)作為一種新型的快速成型技術(shù)，正逐步進(jìn)入人們的視野。3D打印技術(shù)是智慧課堂多媒體技術(shù)能力的延伸，為教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”提供了新思想。

（一）激發(fā)學(xué)生的設(shè)計(jì)創(chuàng)造力

激發(fā)空間想象力和數(shù)字感知力是 3D 打印技術(shù)所體現(xiàn)出來的最明顯的優(yōu)勢(shì)，激發(fā)設(shè)計(jì)創(chuàng)造力是它最核心的競爭力，這種競爭力是其他教育技術(shù)手段難以實(shí)現(xiàn)的。

（二）激發(fā)學(xué)生的空間想象力

空間想象力是創(chuàng)新思維的基礎(chǔ)之一，不僅解決了理論教學(xué)缺少實(shí)踐依據(jù)的問題，也增加了學(xué)生直觀接觸空間模型的機(jī)會(huì)，為空間想象力的培養(yǎng)提供了捷徑。

（三）培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字感知力

數(shù)感包含著數(shù)字間的諸多關(guān)系，3D 打印引入課堂教育后，學(xué)生在數(shù)字建模過程中，通過調(diào)整不同的參數(shù)，建立的模型在不斷發(fā)生變化，計(jì)算機(jī)生成的圖形也發(fā)生了改變，學(xué)生對(duì)于某個(gè)量的數(shù)字變化所影響的結(jié)果會(huì)有一個(gè)非常直觀的認(rèn)識(shí)。

（四）培養(yǎng)學(xué)生的圖形感知力

3D 技術(shù)是即時(shí)成型技術(shù)，可以快速的將設(shè)計(jì)模型實(shí)體化。培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決實(shí)際問題的能力，成為創(chuàng)新的一代。

二、3D打印技術(shù)教學(xué)應(yīng)用的理論依據(jù)

總的來說，建構(gòu)主義理論、多元智力理論以及“經(jīng)驗(yàn)之塔”理論都為3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用提供了很好的理論依據(jù)。

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論 它的核心是以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)知識(shí)的主動(dòng)探索、主動(dòng)發(fā)現(xiàn)和對(duì)所學(xué)知識(shí)意義的主動(dòng)建構(gòu)?！?D打印創(chuàng)意家具館”采用主題教學(xué)的方式展開，引導(dǎo)學(xué)生去主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題并主動(dòng)建構(gòu)新的知識(shí)體系。

多元智力理論 它認(rèn)為人類的智能不是一元的，而是多元的。 “3D打印創(chuàng)意家具館”采用小組合作的形式，激發(fā)學(xué)生的多元智力，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

“經(jīng)驗(yàn)之塔”理論 它是由美國視聽教育家戴爾提出的，最底層的經(jīng)驗(yàn)最具體，越往上越抽象，排成一個(gè)序列?！?D打印創(chuàng)意家具館”正是充分發(fā)揮了學(xué)生學(xué)習(xí)的具體經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生在具體家居模型中感受空間思維與創(chuàng)造思維，從而使學(xué)習(xí)活動(dòng)更加高效。

三、“3D打印創(chuàng)意家具館”特色課程的教學(xué)策略與實(shí)踐

（一）課程建設(shè)目標(biāo)

1.激發(fā)學(xué)生的建模興趣，啟迪他們的創(chuàng)造意識(shí)，培養(yǎng)他們用創(chuàng)新視角分析、解決問題的能力，提高他們的信息及綜合素養(yǎng)。

2.通過系統(tǒng)訓(xùn)練，使學(xué)生熟練掌握3D建模軟件——AUTOCAD的基本指令，能利用該軟件自由創(chuàng)作簡單的三維模型。

3.引導(dǎo)學(xué)生了解3D打印技術(shù)的基本原理，并學(xué)會(huì)使用3D打印機(jī)。

4.借助繪畫、動(dòng)畫創(chuàng)作、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等活動(dòng)，寓教于樂，讓學(xué)生在愉悅的氛圍中了解3D打印技術(shù)，理解3D打印產(chǎn)品的實(shí)際作用，并將其融入自己的實(shí)際生活之中。

（二）課程實(shí)施策略

在以創(chuàng)客教育理念的引導(dǎo)下，對(duì)3D建模課程教學(xué)進(jìn)行調(diào)整，適當(dāng)引入翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式，分課前、課中和課后教學(xué)階段。

1.課前·頭腦風(fēng)暴之思維創(chuàng)新。

在21世紀(jì)的教育領(lǐng)域中，設(shè)計(jì)思維有著越來越大的影響。在課前，筆者組織學(xué)生分小組開展有關(guān)“家居館”的前期市場調(diào)研，調(diào)研的過程讓學(xué)生從單純的“設(shè)計(jì)者”的身份中跳脫，學(xué)會(huì)從“用戶受眾”的角度看待問題，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行理性思維。

2.課中·實(shí)際操作之模型建構(gòu)。

（1）確定建模的主題 課上，學(xué)生結(jié)合課前搜集的資料進(jìn)行匯報(bào)。學(xué)生通過分析調(diào)研數(shù)據(jù)，對(duì)家居的設(shè)計(jì)有了較為清晰的思路，確定了初步的設(shè)定方向，并預(yù)設(shè)實(shí)施方案。

例如：在《門》這個(gè)案例中，學(xué)生課前搜集了很多形形色色的門，有中式的、歐式的。同學(xué)間相互交流很是熱鬧。

（2）建構(gòu)模型的主體。

手繪草圖 匯報(bào)完設(shè)計(jì)思路后，教師讓學(xué)生們著手繪制設(shè)計(jì)草圖。草圖可以快速傳遞設(shè)計(jì)意圖和設(shè)計(jì)理念，是設(shè)計(jì)制造過程中重要的環(huán)節(jié)。學(xué)生們展開充分探討，各抒己見。

軟件建模 學(xué)生在設(shè)計(jì)草圖的基礎(chǔ)上嘗試運(yùn)用CAD軟件建造模型。模型建造環(huán)節(jié)是課程的一個(gè)瓶頸。教師在備課時(shí)預(yù)設(shè)了學(xué)生可能遇到的技術(shù)難題，學(xué)生可以自主尋求解決方案，教師從旁指導(dǎo)，針對(duì)典型問題請(qǐng)學(xué)生上講臺(tái)操作示范，協(xié)助學(xué)生掃清技術(shù)障礙。

打印模型 設(shè)計(jì)3D模型時(shí)，不需要注意實(shí)際物體的成形結(jié)果，可以完全忽略物理世界的情況。但是一旦要用3D打印機(jī)打印模型，應(yīng)該注意模型必須保持密合狀態(tài)，3D打印機(jī)放置桌面時(shí)要平穩(wěn)，使用ABS塑料打印，要確保將墊板預(yù)熱到它的最高溫度，防止ABS材料在打印過程中翹邊。用PLA塑料打印，則可以不用加熱墊板，但要用膠水固定打印物體。在正式打印物體前，先用3D打印機(jī)的最低設(shè)置快速實(shí)驗(yàn)一下，避免打印N小時(shí)后發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。

3.課后·多元評(píng)價(jià)之作品再造。

多元教學(xué)評(píng)價(jià)，強(qiáng)調(diào)評(píng)價(jià)方式的多元化、評(píng)價(jià)參與者的多元化和評(píng)價(jià)內(nèi)容的多元化，實(shí)質(zhì)是全面真實(shí)地評(píng)價(jià)學(xué)生的潛能、學(xué)業(yè)成就，以提供教學(xué)改進(jìn)的信息，促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。

四、課程實(shí)施成效與反思

將3D打印技術(shù)應(yīng)用在課堂中，大多數(shù)學(xué)生在課堂中都能夠集中注意力，主動(dòng)參與課堂活動(dòng)中來，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、優(yōu)化學(xué)習(xí)方式和拓寬學(xué)習(xí)路徑。當(dāng)然，一年的實(shí)踐下來也留下了幾點(diǎn)困惑：

（一）教學(xué)流程的調(diào)整

因?yàn)?D打印本身過程較為漫長，可以嘗試打破40或45分鐘的固定課時(shí)安排，根據(jù)學(xué)科和課型特點(diǎn)靈活設(shè)置長短或大小課，開展混合式教學(xué)。

（二）教研內(nèi)容的創(chuàng)新

教研內(nèi)容的創(chuàng)新是3D打印進(jìn)課堂取得成功的關(guān)鍵。教研，同樣是一門思維的藝術(shù)，不同的科學(xué)、不同的知識(shí)點(diǎn)背后隱藏著內(nèi)在的關(guān)聯(lián)。

（三）完善師訓(xùn)的機(jī)制

教師對(duì)新興技術(shù)的接受程度和能力是參差不齊的，如果能融會(huì)貫通，會(huì)給教學(xué)帶來極大的提升。

雖然課程取得了一些成效，在一定程度上提高了學(xué)生在創(chuàng)新能力和動(dòng)手實(shí)踐的能力，但如何在未來為學(xué)生提供更適宜的空間去想象、去創(chuàng)造，使學(xué)生的創(chuàng)意、想象變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，是需要繼續(xù)探討的重要話題。期待本研究能為今后的課程建設(shè)與研究提供借鑒，助力教育培養(yǎng)出更多具有想象力、設(shè)計(jì)力和創(chuàng)造力的人才。

參考文獻(xiàn)：

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