面向中小學(xué)的3D打印綜合實(shí)踐課程的研究與實(shí)踐

董晨 張楠 喬怡濤 陳忠俊 郎慶陽(yáng) 黃志東

摘要：根據(jù)教育部關(guān)于印發(fā)《中小學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)課程指導(dǎo)綱要》的通知，依托遼寧科技學(xué)院機(jī)電創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室3D打印技術(shù)，借助普立得科技有限公司提供的3D打印設(shè)備，創(chuàng)建3D夢(mèng)想創(chuàng)意工坊，將3D打印技術(shù)引入中小學(xué)綜合實(shí)踐課堂，開(kāi)發(fā)3D設(shè)計(jì)與打印技術(shù)課程，編寫(xiě)配套教材，經(jīng)入校示范授課，證明該課程滿足中小學(xué)需求，不僅豐富了中小學(xué)生的綜合實(shí)踐課堂，更激發(fā)了中小學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)熱情。

關(guān)鍵詞：3D打印；綜合實(shí)踐；中小學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）33-0105-02

隨著3D打印技術(shù)的成熟，其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，并且正逐步成為未來(lái)的熱點(diǎn)[1-2]。教育部關(guān)于印發(fā)《中小學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)課程指導(dǎo)綱要》的通知，要求中小學(xué)充分認(rèn)識(shí)綜合實(shí)踐活動(dòng)課程的重要意義，確保綜合實(shí)踐活動(dòng)課程全面開(kāi)設(shè)到位，并且在設(shè)計(jì)制造活動(dòng)推薦主題中明確提出了“3D設(shè)計(jì)與打印技術(shù)的初步應(yīng)用”。

目前，很多研究人員已經(jīng)開(kāi)始探索3D打印技術(shù)在中小學(xué)教育教學(xué)方面的應(yīng)用[3-6]，然而，將3D打印引入中小學(xué)綜合實(shí)踐就顯得十分困難。一是缺少3D打印設(shè)備；而是缺少3D打印教師；三是缺少面向中小學(xué)的3D打印教材?；谝陨显颍瑒?chuàng)建3D夢(mèng)想創(chuàng)意工坊，開(kāi)發(fā)面向中小學(xué)的3D設(shè)計(jì)與打印技術(shù)課程，編寫(xiě)配套教材，通過(guò)入校示范授課，為中小學(xué)提供全方位服務(wù)。

1 調(diào)研論證

為了更好地完善教學(xué)模式，3D夢(mèng)想創(chuàng)意工坊成員到本溪市實(shí)驗(yàn)中學(xué)分校進(jìn)行3D打印示范授課調(diào)研，如圖1所示。走進(jìn)中小學(xué)，聆聽(tīng)學(xué)校所需的教學(xué)模式和知識(shí)要求，使得團(tuán)隊(duì)成員在課程制定方面目的明確，為后續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 開(kāi)發(fā)教材

3D夢(mèng)想創(chuàng)意工坊成員根據(jù)中學(xué)和小學(xué)學(xué)生各自的理解能力和接受新知識(shí)的能力，分別制定了兩套教材。教材是非常重要的授課材料，必須符合學(xué)生年齡特點(diǎn)的需求，尤其是面向小學(xué)的教材，應(yīng)以圖例為主，這樣可以更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而有利于提高教學(xué)效果。教材部分內(nèi)容如圖2所示。

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

為了解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備問(wèn)題，與普立得科技有限公司簽訂了合作協(xié)議，該公司為團(tuán)隊(duì)提供3D打印設(shè)備，如圖3所示。

4 教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)設(shè)計(jì)決定了教學(xué)效果，因此，在示范授課之前，詳細(xì)研究了授課過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，具體流程如圖4所示。

4.1 PPT課件

根據(jù)中小學(xué)學(xué)生的理解能力，接受新知識(shí)的能力，用心挑選整合教學(xué)材料，精心制作了可以調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，讓學(xué)生可以更好接受3D打印知識(shí)的PPT課件，如圖5所示。

4.2 問(wèn)題導(dǎo)向式教學(xué)

選擇與3D打印有關(guān)的學(xué)生感興趣的問(wèn)題來(lái)引入課程，從而激發(fā)學(xué)生的上課熱情。例如：先給學(xué)生播放一段電影《十二生肖》中的3D打印片段，學(xué)生倍感震撼，緊接著拋出一個(gè)問(wèn)題，“大家知道這是什么高科技嗎？”這種引入方式能夠充分吸引學(xué)生的注意力，提高教學(xué)效果。

在授課過(guò)程中穿插一些小問(wèn)題，有助于保持學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。例如：同學(xué)們希望將來(lái)用3D打印做什么呢？學(xué)生們天馬行空的想象力徹底爆炸，然后再告訴大家，這些夢(mèng)想都會(huì)實(shí)現(xiàn)。這樣不僅能夠活躍課堂氛圍，更能促使學(xué)生學(xué)好科學(xué)文化知識(shí)。

此外，可以提前準(zhǔn)備一些3D打印小禮物獎(jiǎng)勵(lì)回答問(wèn)題較好的同學(xué)。

4.3 實(shí)驗(yàn)演示

授課最關(guān)鍵的部分就是3D打印現(xiàn)場(chǎng)演示，整個(gè)制作過(guò)程都在學(xué)生的視線范圍內(nèi)完成，這種零距離接觸，最大程度低加深了學(xué)生對(duì)3D打印的理解，勝過(guò)一切圖片和視頻。

不要選擇過(guò)于復(fù)雜的模型進(jìn)行打印[7，8]，而是應(yīng)該選擇一些簡(jiǎn)單的、大家都熟悉的小模型，如小飛機(jī)、小玩偶等。

5 示范授課

5.1 本溪市實(shí)驗(yàn)中學(xué)分校

2018年5月31日，3D夢(mèng)想創(chuàng)意工坊到本溪市實(shí)驗(yàn)中學(xué)分校為七年二班和七年三班示范授課，如果6所示。

5.2 本溪市實(shí)驗(yàn)小學(xué)

2018年6月14日，3D夢(mèng)想創(chuàng)意工坊到本溪市實(shí)驗(yàn)小學(xué)為四年五班和四年七班示范授課，如果7所示。

5.3 示范授課效果分析

兩次示范授課過(guò)程中，學(xué)生反響非常強(qiáng)烈，特別喜歡這種授課方式，對(duì)大學(xué)生到中小學(xué)開(kāi)展綜合實(shí)踐課十分認(rèn)可，基本滿足了中小學(xué)對(duì)“3D設(shè)計(jì)與打印技術(shù)的初步應(yīng)用”要求。

6 結(jié)論

本文分析了中小學(xué)開(kāi)展3D打印綜合實(shí)踐的困難，創(chuàng)建了3D夢(mèng)想創(chuàng)意工坊，在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出面向中小學(xué)的3D設(shè)計(jì)與打印技術(shù)課程，編寫(xiě)配套教材，并開(kāi)展了兩次示范授課。實(shí)踐證明，所開(kāi)發(fā)的課程及配套資料滿足了中小學(xué)對(duì)“3D設(shè)計(jì)與打印技術(shù)的初步應(yīng)用”要求，為其他學(xué)校提供了新思路，起到了引領(lǐng)示范作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 冉龍旭，于國(guó)龍，聶小雙，余紅，張應(yīng)奎.基于3D打印技術(shù)的中小學(xué)創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)， 2018，14（10）：147-148.

[2] 桂亮，金悅，趙衛(wèi)軍，等.3D打印技術(shù)在創(chuàng)客實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2016，33（10）：181-184.

[3] 鄭志群，吳玉婷.3D打印技術(shù)在中小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2018，14（19）：226-228.

[4] 韓奇，種紅，魏曉風(fēng).3D打印技術(shù)在中小學(xué)教育的應(yīng)用研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2018，14（20）：141-142.

[5] 童宇陽(yáng).3D打印技術(shù)在中小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2013，23（12）：16-19.

[6] KOSTAKIS V，NIAROS V，GIOTITSAS C. Open source 3D printing as a means of learning：An educational experiment in two high schools in Greece[J].Telematics and Informatics，2015：32（1）：118-128.

[7] 韓榮雷，孫雪冬.創(chuàng)客時(shí)代3D打印在高校課程開(kāi)發(fā)的應(yīng)用研究[J].沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，34（1）：113-116.

[8] 臧珊珊.面向創(chuàng)客教育的小學(xué)3D打印立體化教材的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)研究[D].深圳大學(xué)，2017.

【通聯(lián)編輯：王力】