高中3D打印校本課程的開發(fā)與實(shí)踐研究

孫琪

摘要：3D打印技術(shù)是現(xiàn)代制造行業(yè)領(lǐng)域中一項(xiàng)新興的制造技術(shù)，代表了當(dāng)今制造業(yè)的先進(jìn)技術(shù)水平。目前，3D打印技術(shù)的課程教學(xué)已經(jīng)進(jìn)入了高中學(xué)校。高中階段的3D打印課程應(yīng)當(dāng)以三維設(shè)計(jì)為主，以培養(yǎng)高中生創(chuàng)新能力為主要教學(xué)目的。但在現(xiàn)實(shí)的一些高中學(xué)校中，缺乏完善的3D打印校本課程。本文便針對高中3D打印的校本課程的開發(fā)方法與實(shí)踐進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：高中;3D打印;校本課程;課程實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G633.98 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1992-7711（2021）09-025

為了進(jìn)一步提升高中3D打印校本課程的教學(xué)效果，高中學(xué)校在開發(fā)3D打印課程時(shí)，必須充分研究該課程的基本需求，確定3D打印課程的基本教學(xué)目標(biāo)，選擇合適的教學(xué)設(shè)備，并通過課程實(shí)踐不斷收集高中師生對3D打印課程的意見反饋，從而不斷地對3D打印課程進(jìn)行修訂完善，進(jìn)而充分發(fā)揮3D打印課程對高中學(xué)生的教育作用。

一、3D打印校本課程的意義

3D打印技術(shù)是一種快速成形技術(shù)，以三維數(shù)字模型作為加工圖紙，使用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，逐層將圖紙物體加工出來。3D打印技術(shù)不僅擁有巨大的應(yīng)用價(jià)值，針對3D打印技術(shù)的教學(xué)也可以有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和空間設(shè)計(jì)能力，從而提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

校本課程是學(xué)校獨(dú)自編寫的課程，與本校的實(shí)際教學(xué)具有較高的貼合度。將3D打印教育與校本課程開發(fā)相結(jié)合，體現(xiàn)了高中學(xué)校對素質(zhì)教育的重視。

二、3D打印校本課程開發(fā)的具體方法

1.分析3D打印校本課程的需求

開發(fā)3D打印校本課程時(shí)，必須對各方面的需求進(jìn)行分析，以確保3D打印校本課程的內(nèi)容符合各方的需求。

首先是來自社會(huì)發(fā)展的需求。3D打印技術(shù)是當(dāng)今流行的智能科技，依靠3D打印技術(shù)可大幅提升我國的制造水平。目前，我國制造行業(yè)對3D打印技術(shù)人員的需求是較為迫切的。

其次是來自學(xué)校改革的需求。學(xué)校除了要保證文化科目的教學(xué)質(zhì)量外，也要在信息技術(shù)、通用技術(shù)等現(xiàn)代科技的教育方面有所突破，以此豐富學(xué)生的個(gè)人能力。3D打印技術(shù)則完全符合當(dāng)前高中學(xué)校的教育改革需求，并且易于在實(shí)踐中落實(shí)。

第三是來自學(xué)生自身的需求。當(dāng)前的高中學(xué)習(xí)生活極為緊張且單調(diào)，學(xué)生的精力幾乎全部放在文化知識(shí)的學(xué)習(xí)上。而緊張單調(diào)的學(xué)習(xí)生活限制了學(xué)生的全面發(fā)展，學(xué)生們希望能夠通過新課程獲得一定的自由發(fā)展空間，為今后的個(gè)人發(fā)展打下一定的基礎(chǔ)。同時(shí)，學(xué)習(xí)新的科學(xué)技術(shù)有利于學(xué)生與社會(huì)的聯(lián)系，以避免高中生與時(shí)代發(fā)展脫節(jié)。

2.確定課程教學(xué)目標(biāo)

在設(shè)計(jì)3D打印校本課程的教學(xué)目標(biāo)時(shí)，要遵循全面性、具體性、層次性和靈活性的原則。首先要設(shè)計(jì)知識(shí)與技能的教學(xué)目標(biāo)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)操作Blender、3DMax等三維設(shè)計(jì)軟件，掌握3D模型的分析技巧和3D打印機(jī)的操作能力。其次是讓學(xué)生能夠以小組為單位進(jìn)行合作學(xué)習(xí)，以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。最后要在3D打印教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的審美情操和合作精神，幫助學(xué)生樹立正確的價(jià)值觀。

3.選定課程教學(xué)內(nèi)容

（1）選定三維設(shè)計(jì)軟件。

三維設(shè)計(jì)軟件是3D打印技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。3D打印機(jī)必須通過三維設(shè)計(jì)軟件生成的3D圖紙才能進(jìn)行打印操作。目前，3D打印領(lǐng)域使用的三維設(shè)計(jì)軟件有很多款型，如Blender、PROE、3DMax、Maya等等。其中Blender是一款全能型的3D建模軟件，在3D模型創(chuàng)作方面更為全面。該軟件的頁面布局高度自由，學(xué)生可以自由發(fā)揮自己的創(chuàng)作思維，其渲染引擎強(qiáng)大，渲染效果極佳，支持多邊形建模，具有建模效率高質(zhì)量好等特點(diǎn)，并且該軟件完全免費(fèi)，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢較為突出。因此，可以選用Blender作為課程學(xué)習(xí)的三維設(shè)計(jì)軟件。

（2）選定打印機(jī)。

根據(jù)打印原理和打印方法的不同，目前使用的主流3D打印機(jī)有著多種類型。例如，常見的FDM打印機(jī)。該型3D打印機(jī)常用于學(xué)校教學(xué)，其打印原理是將材料加熱融化，然后層層堆積，從而實(shí)現(xiàn)3D打印。這種打印機(jī)的打印材料主要使用ABS和PLA塑料，具有操作簡單的特點(diǎn)，且具有一定的價(jià)格優(yōu)勢。但是該型打印機(jī)的打印速度相對較慢，不具備較高的打印精度。

3DP打印機(jī)常用于工業(yè)生產(chǎn)，其打印材料主要有石膏、塑料和陶瓷等等。該型打印機(jī)通過鋪粉和粘接將3D圖紙打印成型，具有較高的打印精度，但該型打印機(jī)在造價(jià)方面則相對昂貴。此外還有SLA打印機(jī)和EMB打印機(jī)，這兩種3D打印機(jī)雖然打印精度更高，但是打印成本也更為昂貴，不適合高中學(xué)校的教學(xué)使用。

（3）編排3D打印課程。

3D打印課程的授課內(nèi)容要秉持從簡到繁，循序漸進(jìn)的原則，具體內(nèi)容的編排工作要結(jié)合高中生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況，以加深學(xué)生對3D打印的理解和學(xué)習(xí)。課程內(nèi)容應(yīng)當(dāng)分為三大部分。前期課程部分主要向?qū)W生介紹3D打印的相關(guān)技術(shù)，教授學(xué)生關(guān)于三維設(shè)計(jì)軟件的基本操作。中期課程部分主要是以項(xiàng)目的方式讓學(xué)生掌握三維設(shè)計(jì)軟件和3D打印機(jī)的操作使用。后期課程部分主要是3D打印機(jī)的實(shí)踐應(yīng)用。

三、3D打印課程的實(shí)施

1.3D打印課程的實(shí)施條件

3D打印課程的三維設(shè)計(jì)教學(xué)需要配備計(jì)算機(jī)教室，每臺(tái)計(jì)算機(jī)都應(yīng)裝有Blender軟件。授課教師必須具備專業(yè)的3D打印教學(xué)能力和三維設(shè)計(jì)教學(xué)能力，能夠熟練操作Blender、3DMax等三維設(shè)計(jì)軟件。

2.3D打印課程的實(shí)施方式

考慮到高中課時(shí)安排得非常緊張，每周從常規(guī)的課時(shí)中給全體同學(xué)安排一節(jié)3D打印課程不是很現(xiàn)實(shí)，因此可以充分利用學(xué)校的綜合實(shí)踐活動(dòng)或社團(tuán)活動(dòng)，以選修的方式，采取自愿的原則，組織學(xué)生開展3D打印課程。

3.3D打印課堂教學(xué)

在實(shí)際的3D打印課堂教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)3D打印校本課程的教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容選擇使用合適的教學(xué)方法。3D打印課程教學(xué)適用的教學(xué)方法有多種，如視聽教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)和項(xiàng)目式教學(xué)等等。視聽教學(xué)就是傳統(tǒng)的教學(xué)方式，通過教師講解和教學(xué)視頻進(jìn)行授課，學(xué)生可通過視聽教學(xué)學(xué)習(xí)關(guān)于3D打印和三維設(shè)計(jì)的基本知識(shí)。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)是每節(jié)課都給學(xué)生布置一定的任務(wù)，學(xué)生為了完成任務(wù)，通過學(xué)習(xí)材料或網(wǎng)絡(luò)查找學(xué)習(xí)需要的知識(shí)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，任務(wù)完成后，任務(wù)所需要的知識(shí)點(diǎn)學(xué)生也能夠熟練掌握，是一種比較有效的學(xué)習(xí)方式。項(xiàng)目式教學(xué)具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，教師規(guī)劃好一定的項(xiàng)目主題，學(xué)生以小組為單位圍繞項(xiàng)目主題互相討論，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，通過完成項(xiàng)目任務(wù)學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)和三維設(shè)計(jì)技術(shù)，可以讓學(xué)生更靈活的掌握3D打印的相關(guān)技術(shù)能力并充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，同時(shí)還能培養(yǎng)學(xué)生的小組合作能力和交際能力。

四、3D打印課程的延伸

通過課堂教學(xué)可以讓學(xué)生初步掌握3D打印技術(shù)和三維設(shè)計(jì)技術(shù)。為了進(jìn)一步提升高中學(xué)生對3D打印技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化學(xué)生對3D打印的掌握效果。學(xué)校方面還可以組織一些相關(guān)的競賽活動(dòng)，并鼓勵(lì)學(xué)生踴躍參加，展示自身的能力，實(shí)現(xiàn)個(gè)人的一次突破。例如，學(xué)?？梢砸阅昙墳閱挝?，組織三維設(shè)計(jì)創(chuàng)意比賽。比賽設(shè)置多個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，每位學(xué)生都可以根據(jù)自己喜歡的設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，學(xué)校將層層選拔，選出各個(gè)項(xiàng)目最佳的設(shè)計(jì)創(chuàng)意。學(xué)校方面還可以舉辦3D打印作品比賽，同樣分為多個(gè)比賽項(xiàng)目，學(xué)生將拿出自己的3D打印作品進(jìn)行評比，評出最優(yōu)的作品。

五、3D打印校本課程的實(shí)踐檢驗(yàn)

對于高中學(xué)校3D打印校本課程的開發(fā)、實(shí)施等工作進(jìn)行檢驗(yàn)評價(jià)，對于完善該課程具有十分重要的作用。3D打印校本課程的實(shí)踐檢驗(yàn)可分為兩個(gè)方面。

一方面可以通過期末評價(jià)來檢驗(yàn)學(xué)生對3D打印課程的學(xué)習(xí)情況，從而反映出3D打印校本課程的教學(xué)效果。課程評價(jià)主要是為了檢查學(xué)生對3D打印知識(shí)的學(xué)習(xí)是否符合課程要求，同時(shí)還要檢驗(yàn)學(xué)生的三維設(shè)計(jì)思維和對空間想象力的運(yùn)用。3D課程期末評價(jià)可以以期末作業(yè)的形式來完成。教師向?qū)W生布置一項(xiàng)3D課程作業(yè)，由于受硬件條件的限制，作業(yè)將以三維設(shè)計(jì)方案為主。作業(yè)要求學(xué)生獨(dú)自對生活用品進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)，要求使用Blender建模軟件，并制作作品的介紹PPT，PPT中應(yīng)包含作品的簡介、創(chuàng)意思路、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)。

另一方面可以向教師和學(xué)生們發(fā)放關(guān)于3D打印校本課程的調(diào)查問卷，以問卷調(diào)查的方式收集高中師生對學(xué)校開發(fā)的3D打印校本課程的反饋意見。問卷的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)包含3D打印知識(shí)與3D建模軟件應(yīng)用、對3D打印的興趣、三維設(shè)計(jì)創(chuàng)新意識(shí)、3D打印校本課程的形式和課程內(nèi)容等多個(gè)方面。用問卷星制作調(diào)查問卷，利用信息技術(shù)課的時(shí)間向?qū)W生發(fā)放問卷完成問卷調(diào)查工作，根據(jù)問卷調(diào)查的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對3D打印校本課程的教學(xué)效果進(jìn)行分析。

當(dāng)今社會(huì)對于創(chuàng)新型人才的需求量是十分龐大的，而3D打印課程的教育不僅可以培養(yǎng)3D打印的專業(yè)人才，還可以鍛煉專業(yè)人才的創(chuàng)新能力。因此，3D打印教學(xué)具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

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[2]余志璇.海洋特色的高中3D打印校本課程開發(fā)與應(yīng)用[D].廣東技術(shù)師范大學(xué)，2019.

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（作者單位：山東省棗莊第三中學(xué)，山東 棗莊277000）