運用3D打印提升學(xué)生通用技術(shù)核心素養(yǎng)

陳毅

隨著通用技術(shù)課程的改革，通用技術(shù)核心素養(yǎng)成為新課程教學(xué)的主要目標，那么如何在課程中更好地提升學(xué)生通用技術(shù)核心素養(yǎng)？新興的3D打印對此有重要作用。本文就以3D打印與通用技術(shù)相結(jié)合的項目化課程——“小風(fēng)扇的制作”為例，討論3D打印對提升學(xué)生通用技術(shù)核心素養(yǎng)的作用。

一、引言

3D打印是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用PAL、ABS或粉末、金屬、塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。隨著創(chuàng)客教育在各地的不斷推進，很多學(xué)校都開設(shè)了3D打印課程并建立3D打印社團，各學(xué)科也將3D打印技術(shù)與課程結(jié)合，促進學(xué)生對本學(xué)科課程的學(xué)習(xí)，取得了不錯的效果。那么普通高中的通用技術(shù)課程如何與3D打印技術(shù)相結(jié)合呢？3D打印技術(shù)如何促進通用技術(shù)課程核心素養(yǎng)的落地呢？

普通高中通用技術(shù)課程是一門立足于實踐的學(xué)科。隨著課程的改革，通用技術(shù)課程列出了以技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達、物化能力為主的核心素養(yǎng)目標，力求培養(yǎng)學(xué)生理解技術(shù)、使用技術(shù)、積極參與技術(shù)實踐活動等方面的技術(shù)素養(yǎng)，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識和物化能力。而3D打印技術(shù)的工作過程是先設(shè)計，然后三維建模，再對模型切片，輸入打印機打印，最后對作品進行后處理。3D打印的設(shè)計與三維建模過程可以提升學(xué)生的圖樣表達、創(chuàng)新設(shè)計、工程思維能力;模型的切片、打印、后處理可以加強學(xué)生的技術(shù)意識和物化能力。項目化課程“小風(fēng)扇的制作”中，就很好地融入了通用技術(shù)核心素養(yǎng)。

二、課程設(shè)置

我校通用技術(shù)課程采用項目化教學(xué)的方式，以項目為載體，采用項目引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)方法。課程以小組合作形式展開，進行項目分析、信息收集、方案制訂、設(shè)計制作、測試優(yōu)化和作品評價等活動，讓學(xué)生主動探究、主動獲取、親自體驗，從而得到知識、能力、技術(shù)方面的綜合培養(yǎng)。

比如我在技術(shù)與設(shè)計1的教學(xué)中，分別以粉筆收納盒和小風(fēng)扇作為課程的主要項目，帶領(lǐng)學(xué)生對設(shè)計作品的三視圖、草圖、電腦三維制圖等進行探討。學(xué)生通過對粉筆收納盒、小風(fēng)扇的設(shè)計、制作，掌握了三視圖、草圖和電腦三維制圖的繪制，以及基本的木工工藝、電路設(shè)計和3D打印技術(shù)，經(jīng)歷了發(fā)現(xiàn)問題、信息收集、方案設(shè)計、設(shè)計制作、測試優(yōu)化、展示評價等分項活動，對設(shè)計的一般過程和各項技術(shù)有了一個清晰的認識和評價。

三、遇到的問題和解決辦法

經(jīng)過前期對三視圖和草圖的學(xué)習(xí)，通過測繪、討論和分析，學(xué)生能將設(shè)計的小風(fēng)扇的三視圖和草圖繪制出來，而且設(shè)計的樣式五花八門。能通過對三維軟件的學(xué)習(xí)，將小風(fēng)扇的三維圖繪制出來，但是當對小風(fēng)扇進行加工時，卻因為設(shè)計的尺寸和樣式的復(fù)雜性，不能很好地將作品打印出來。再加上3D打印出來的零部件有些許誤差，設(shè)計的作品沒有預(yù)留線路通道和螺絲裝配孔等原因，小風(fēng)扇的零部件不能進行裝配成型。因此在教學(xué)過程中，教師要多跟學(xué)生進行分析、探討，要合理地分析整個“工程”，落實到每節(jié)課堂。比如，要準確地量取風(fēng)扇的扇葉等部件的尺寸，要注意預(yù)留小風(fēng)扇導(dǎo)線的通道和所占用的空間，要考慮風(fēng)扇外殼對風(fēng)力的影響和產(chǎn)生的噪音，等等。在設(shè)計環(huán)節(jié)，教師要對學(xué)生的設(shè)計圖紙進行分析評價，和學(xué)生一起評選出小組內(nèi)設(shè)計最好、最合理的圖紙作為后續(xù)電腦三維制圖的基礎(chǔ)圖紙。在電腦三維制圖階段，按小組進行繪制，要注意作品各部分連接和裝配情況，為打印制作做準備。在打印制作階段，小風(fēng)扇零部件切片時，零部件打印擺放位置不一樣，零部件的精度也會不一樣。在后續(xù)的電路連接和裝配環(huán)節(jié)，要注意焊接零部件的順序和裝配順序。

我校創(chuàng)客中心有20臺電腦、7臺打印機，在小風(fēng)扇的制作過程中只能按小組合作的方式進行學(xué)習(xí)。為了很好地進行教學(xué)和制作作品，在項目實施之前就在各班招收部分學(xué)生進入3D打印社團，進行前期的三維制圖軟件和3D打印的學(xué)習(xí)，從而更好地在各班開展三維設(shè)計軟件和3D打印教學(xué)。這樣也培養(yǎng)了一批三維設(shè)計軟件、3D打印操作熟練的學(xué)生，為后續(xù)的3D打印比賽人才選拔打下基礎(chǔ)。

四、教師和學(xué)生的改變

之前通用技術(shù)課程的教學(xué)大多以理論為主，再加上學(xué)生對課程不重視等，課程實施壓力很大。這讓課程的“地位”越來越低，教師也容易自我懷疑，否定自己，否定科目。實施這些項目化實踐課程以后，課程教學(xué)狀況有明顯的改變，課堂也活躍了很多。大多數(shù)學(xué)生下課以后都不愿離去，而且課后也來學(xué)習(xí)制作作品，部分學(xué)生更是利用三維設(shè)計、3D打印去設(shè)計班徽、打印零部件，解決生活中的問題，這些改變都讓教師和學(xué)生激情高昂。

通用技術(shù)核心素養(yǎng)的提出有效地指導(dǎo)了高中通用技術(shù)課程的教學(xué)，通用技術(shù)教師不會像以前那么迷茫。隨著3D打印技術(shù)的普及和發(fā)展，3D打印技術(shù)在以后的學(xué)習(xí)和生活中都可能會用到，是學(xué)生必須要了解和掌握的一項技術(shù)。而普通初高中沒有開設(shè)專門的3D打印課，所以將通用技術(shù)課程與3D打印技術(shù)相結(jié)合，使學(xué)生了解3D打印，并通過實踐和制作落實通用技術(shù)的核心素養(yǎng)，是一個完美的結(jié)合。