3D打印技術(shù)在小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用策略探究

摘 要：在基礎(chǔ)教育階段，3D打印技術(shù)仍是個(gè)新鮮的事物。伴隨3D打印機(jī)、材料價(jià)格的降低，加上各界對(duì)教育事業(yè)的關(guān)注，3D打印技術(shù)日漸在教學(xué)領(lǐng)域得到應(yīng)用。3D打印作為制造業(yè)的重要助推，對(duì)該行業(yè)的前途有很大的影響。3D打印走進(jìn)課堂，此乃未來(lái)教育的使然。信息技術(shù)原本是持續(xù)發(fā)展、創(chuàng)新的學(xué)科，教師們需要緊跟時(shí)代步伐，結(jié)合學(xué)生的學(xué)情與特點(diǎn)，研發(fā)出更多優(yōu)質(zhì)的信息技術(shù)課程。文章將對(duì)小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中3D打印的應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);小學(xué)信息技術(shù);教學(xué)應(yīng)用

3D打印技術(shù)的創(chuàng)新，在多個(gè)領(lǐng)域中均已得到應(yīng)用，且出現(xiàn)于基礎(chǔ)教育中的不同學(xué)科教學(xué)。中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中，3D打印技術(shù)有助于提高學(xué)生的實(shí)操能力，增強(qiáng)他們的創(chuàng)新意識(shí)與科目融合性，讓學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)保持更高的興致。

一、 3D打印技術(shù)的原理

3D打?。?D printing），作為典型的快速成形技術(shù)，其前提為數(shù)字模型文件。利用粉末狀金屬或是塑料等各類不同的可黏合材料，以逐層堆疊的方式來(lái)建造新的物體（也就是“積層造形法”）。1984年，查克-霍爾（Chuck Hull）研發(fā)出全球首臺(tái)3D打印機(jī)。相應(yīng)地，《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》也提到，“智能機(jī)器人必定會(huì)與3D打印機(jī)等聯(lián)手，扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)意義上的制造業(yè)模式，從而誘發(fā)第三次工業(yè)革命。”從過(guò)程原理上看，3D打印技術(shù)即利用電腦軟件來(lái)建立一個(gè)新的三維模型，一般為STL或是CAD文件;接著，向打印機(jī)傳送這種模型數(shù)字化，打印機(jī)可以將這種三維模型更改為數(shù)字切片、分層;同時(shí)，將切片信息再次傳送到3D打印機(jī)，堆積薄型層面并且打印，至完全成型。因此，3D打印機(jī)相較于傳統(tǒng)打印機(jī)，最大不同在于打印材料均為真實(shí)的原材料，如金屬、塑料、樹(shù)脂甚至是巧克力。

二、 3D打印教學(xué)優(yōu)勢(shì)

（一）激勵(lì)學(xué)生積極創(chuàng)造

3D打印技術(shù)，可以讓學(xué)生心中的創(chuàng)意真正變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。所謂設(shè)計(jì)，即可以生產(chǎn)，激發(fā)學(xué)生內(nèi)心的創(chuàng)作激情與愿望。在教學(xué)工作中，筆者自己就經(jīng)常鼓勵(lì)學(xué)生去表達(dá)他們的作品，從班級(jí)中以匿名投票的方式，抽選一款優(yōu)秀作品來(lái)完成打印。

（二）鍛煉培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力

解決問(wèn)題的能力，這也是小學(xué)生在信息技術(shù)課上要重點(diǎn)培養(yǎng)的能力。3D打印技術(shù)，正是為了找出和解決這種問(wèn)題。3D作品，說(shuō)到底還是要貼近生活，并解決其中的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。每次設(shè)計(jì)，學(xué)生均需歷經(jīng)深入分析、嘗試、反復(fù)修改這些階段，才能得到最終的設(shè)計(jì)作品。上述，即解決問(wèn)題的全部過(guò)程。透過(guò)每一次設(shè)計(jì)，可以提高學(xué)生對(duì)問(wèn)題的解決能力，形成一定的科學(xué)素養(yǎng)。

三、 小學(xué)信息技術(shù)3D打印教學(xué)策略

（一）精選主題

3D打印課程屬于全新的信息技術(shù)課，在應(yīng)用期間，應(yīng)當(dāng)精心挑選和確定教學(xué)主題。若是找不到合適的3D打印課程主題，教師會(huì)根據(jù)課程內(nèi)容、具體要求進(jìn)行操作。不過(guò)，這種做法可能會(huì)對(duì)某些地區(qū)或是學(xué)生帶來(lái)不好的影響。因此，3D打印課教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)確定某些較為妥帖的課程主題，結(jié)合小學(xué)生個(gè)人的思維特點(diǎn)、動(dòng)手能力等，貼近他們的日常生活，從中找出感興趣，理解難度小的課程主題。特別是根據(jù)小學(xué)生自身的學(xué)習(xí)需求，對(duì)教學(xué)主題進(jìn)行設(shè)計(jì)。不過(guò)，這里有點(diǎn)要引起重視。除分析小學(xué)生個(gè)人的思維能力與興趣外，還應(yīng)當(dāng)考慮3D打印課程的任務(wù)目標(biāo)和既往信息技術(shù)課來(lái)組織教學(xué)，切勿盲目地根據(jù)教材內(nèi)容進(jìn)行授課。如此，3D打印課程教學(xué)可能難以看到滿意的成效。

要分析小學(xué)生已掌握的信息技術(shù)知識(shí)，他們的生活閱歷以及經(jīng)驗(yàn)，了解他們的愛(ài)好特點(diǎn)，優(yōu)先選擇趣味性較高的知識(shí)。舉個(gè)例子，根據(jù)“衣、食、住、行”等與日常生活相貼合的四大主題，組織3D打印課程教學(xué)。該類課程主題基本上和貼合學(xué)生的實(shí)情較為符合，方便引導(dǎo)他們的思考與聯(lián)想，讓他們更輕松地完成3D打印設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，教師也可以挑選學(xué)生興致較高的動(dòng)畫(huà)，設(shè)計(jì)不太復(fù)雜的3D玩偶。該種做法，有助于增強(qiáng)學(xué)生的興趣。若是課程教學(xué)主題有悖于學(xué)生自己的興趣，便很難再激發(fā)興趣，甚至?xí)绊懡窈蟮恼n程教學(xué)。

（二）導(dǎo)入主題

作為3D打印課程教學(xué)的核心環(huán)節(jié)，課堂導(dǎo)入的好壞關(guān)系到整堂3D打印課程教學(xué)最終的效果。實(shí)踐表明，輕松的課堂氛圍有助于激發(fā)孩子的思維，激發(fā)學(xué)習(xí)的能動(dòng)性與熱情，同時(shí)也可以達(dá)到更為理想的課堂效果。類似的，在3D打印課程教學(xué)中，為了保證課堂的基調(diào)，教師還需懂得如何對(duì)課程主題進(jìn)行巧妙的導(dǎo)入。例如，借助適當(dāng)?shù)恼n程導(dǎo)入語(yǔ)，啟發(fā)學(xué)生的思維，增強(qiáng)他們對(duì)新知識(shí)、內(nèi)容的感悟。在3D打印課程教學(xué)中，教師可以根據(jù)3D打印原理，設(shè)計(jì)啟發(fā)性較強(qiáng)、趣味十足的問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)地思考，讓他們?cè)谒伎嫉耐瑫r(shí)找到準(zhǔn)確的操作思路，為改善課堂教學(xué)效果做足鋪墊。

以“美食”3D打印課程為例，教師在課前可以向班上學(xué)生提問(wèn)：“小朋友，哪些美食是你們的最愛(ài)呢？”在一陣踴躍思考、劇烈討論后，教師還可接著詢問(wèn)：“大家熱愛(ài)的美食，大體是何種造型？”聽(tīng)罷，小學(xué)生還將再次地陷入思考與廣發(fā)討論。緊接著，教師可以趁機(jī)導(dǎo)入今天的課程主題。例如，提醒學(xué)生“利用3D打印機(jī)，可以自行制作好看的美食，假如真的是這樣，大家想親自嘗試嗎？”顯然，這樣的問(wèn)題設(shè)置能夠?qū)⒈竟?jié)課的主題導(dǎo)入，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)3D打印課程的好奇與興致，啟發(fā)他們的學(xué)習(xí)思維與熱情。為了更好地改進(jìn)學(xué)習(xí)效果，教師還要根據(jù)3D打印建模的基本原理、知識(shí)，設(shè)置必要的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生更快速、輕松地了解3D打印模型是如何制作完成的，有哪些步驟，使3D打印課程取得更滿意的效果。

（三）創(chuàng)作方法

小學(xué)生還未形成完全成熟的思維認(rèn)知，且他們的操作能力也不是很強(qiáng)，在學(xué)習(xí)3D打印模型設(shè)計(jì)上還有較大的困難。除前期認(rèn)真地挑選3D打印工具，教師也應(yīng)當(dāng)對(duì)3D打印模型設(shè)計(jì)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，使其能夠滿足小學(xué)生個(gè)人的思維認(rèn)知。教師需引領(lǐng)學(xué)生自行地對(duì)平面圖形進(jìn)行設(shè)計(jì)，在平面圖形的基礎(chǔ)上完成3D打印;督促學(xué)生將打印所得的平面圖形進(jìn)行拼接或是優(yōu)化整合，建立他們心中想要看到的三維立體模型。尤其是三維模型的構(gòu)建，教師在教學(xué)活動(dòng)中需要適時(shí)地融入前期學(xué)到的二維平面設(shè)計(jì)，在3D打印課程設(shè)計(jì)上充分地運(yùn)用各種先進(jìn)的畫(huà)圖軟件。這樣的話，學(xué)生也能夠?qū)W會(huì)使用3D打印筆以及畫(huà)圖軟，創(chuàng)作自己的作品，提高對(duì)學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。

例如，學(xué)生在構(gòu)思他們心中的創(chuàng)作主題后，還需認(rèn)真地思考一陣子。隨即開(kāi)始制作平面圖形。該過(guò)程中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生借助各類畫(huà)圖軟件來(lái)完成平面設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)他們選擇3D打印筆。根據(jù)個(gè)人的設(shè)計(jì)需求，進(jìn)行拼接或是鏤空操作，直至得到想要的打印成型。部分學(xué)生，想要設(shè)計(jì)“牛排”?；谠擁?xiàng)設(shè)計(jì)，教師要讓學(xué)生清楚自己的作品特點(diǎn)和詳細(xì)的過(guò)程。該種授課思路，可以讓學(xué)生了解并使用信息技術(shù)課程上常見(jiàn)的畫(huà)圖軟件，對(duì)課程知識(shí)進(jìn)行反思、鞏固，增強(qiáng)他們對(duì)信息技術(shù)課的學(xué)習(xí)效果。

（四）教學(xué)評(píng)價(jià)

教學(xué)評(píng)價(jià)，同樣也是3D打印課教學(xué)中比較重要的步驟，對(duì)學(xué)業(yè)成長(zhǎng)、優(yōu)化教學(xué)質(zhì)量和效率均有極大的益處。為了更充分地對(duì)學(xué)生完成的3D打印作品進(jìn)行評(píng)價(jià)，需要鼓勵(lì)他們根據(jù)最終的評(píng)價(jià)結(jié)果，及時(shí)地修改與完善設(shè)計(jì)作品。該種做法，能夠增強(qiáng)不同小組中學(xué)生的交流與合作，使學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)所得的3D打印作品有清醒的認(rèn)知。在修改與完善的過(guò)程中，提高他們的設(shè)計(jì)認(rèn)知和能力，達(dá)到更滿意的學(xué)習(xí)效果。

譬如說(shuō)，根據(jù)前述的3D打印課程主題，個(gè)別學(xué)生已設(shè)計(jì)并制作了3D打印“牛排”。對(duì)此，教師有必要要求班上學(xué)生進(jìn)行分組，對(duì)設(shè)計(jì)作品和各自的設(shè)計(jì)任務(wù)展開(kāi)討論。交流時(shí)，教師還需引領(lǐng)小組成員對(duì)不同的作品進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，說(shuō)出心中的看法。舉個(gè)例子，A學(xué)生對(duì)B學(xué)生提出了一個(gè)建議：希望他可以制作3D打印“糖心蛋”，將它和自己完成的3D打印“牛排”組合起來(lái)，形成一份完美的“牛排套餐”。顯然，該種評(píng)價(jià)和給出的建議均是有價(jià)值的。在這種溝通與交流中，評(píng)價(jià)雙方均能夠?qū)W習(xí)設(shè)計(jì)中各自的經(jīng)驗(yàn)、技巧，并對(duì)設(shè)計(jì)作品進(jìn)行完善。

四、 3D打印課程實(shí)施后的成效

（一）打開(kāi)了學(xué)生的視野，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

3D打印課程在我校開(kāi)展了一個(gè)多學(xué)期，期間多數(shù)學(xué)生對(duì)于3D打印也保持著很高的興致。最初，他們并不懂得何為3D打印技術(shù)，不清楚其中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和原理。而今，他們已有能力獨(dú)立地完成一項(xiàng)設(shè)計(jì)創(chuàng)作。顯然，3D打印課程拓寬和豐富了孩子們的視野，鍛煉了他們對(duì)信息的獲取與應(yīng)用能力，同時(shí)也培養(yǎng)了他們的信息素養(yǎng)。

（二）啟發(fā)了學(xué)生的想象力，培養(yǎng)了創(chuàng)造能力

3D打印課程，可以從理論的視角上為學(xué)生不斷充電，同時(shí)也讓學(xué)生得到更多與空間模型相碰撞與接觸的良機(jī)。以小組協(xié)作的形式，學(xué)生可以單獨(dú)地進(jìn)行設(shè)計(jì)操作。通過(guò)設(shè)計(jì)他們好奇的實(shí)體化東西，檢驗(yàn)自己的作品是不是滿足要求，在實(shí)踐中持續(xù)地提升與完善，取得成功。實(shí)際上，這也是打開(kāi)創(chuàng)造思維和提升能力的可靠途徑。

（三）增強(qiáng)學(xué)生對(duì)三維圖形的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)圖形感知能力

3D打印的整個(gè)操作，學(xué)生利用平面圖形可以制作出生動(dòng)的三維立體物品，了解三維立體圖形究竟是如何構(gòu)建的。從想象，到圖形設(shè)計(jì)，最后到真正地打印出實(shí)物，這種超強(qiáng)意義上的感知刺激，也可以讓學(xué)生得到非常明顯的圖形感知力。

五、 結(jié)束語(yǔ)

伴隨3D打印技術(shù)的完善與成熟，3D打印在基礎(chǔ)教育行業(yè)的地位也將備受矚目。信息技術(shù)能夠?yàn)?D打印創(chuàng)客教育提供更精準(zhǔn)、科學(xué)的解決方案。相反，3D打印創(chuàng)客教育也能夠幫助學(xué)生樹(shù)立崇高的信息素養(yǎng)，二者相輔相成，共同推進(jìn)。身為一線教師，我們?cè)诮虒W(xué)中應(yīng)當(dāng)認(rèn)真探索與研究，成為3D打印教學(xué)活動(dòng)中真正的引導(dǎo)者。

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作者簡(jiǎn)介：

曾燕飛，福建省三明市，福建省三明市陳景潤(rùn)實(shí)驗(yàn)小學(xué)。