基于創(chuàng)客教育的3D打印在高中美術(shù)課堂中的教學(xué)模式探析

摘 要：基于創(chuàng)客教育理念，將3D打印融入高中美術(shù)教學(xué)，能夠有效激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和動(dòng)手實(shí)踐能力。為適應(yīng)現(xiàn)代教育對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的要求，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式三方面探究了基于創(chuàng)客教育的3D打印在高中美術(shù)課堂中的教學(xué)模式構(gòu)建方式，并以人教版高中美術(shù)選擇性必修6中的“創(chuàng)新與模式——可以觸摸的想法”一課為例，探討創(chuàng)客教育理念下，如何有效地將3D打印融入高中美術(shù)教學(xué)。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)客教育；3D打印；高中美術(shù)

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，創(chuàng)客教育這一注重創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力培養(yǎng)和跨學(xué)科融合的教育理念，逐漸受到教育界的關(guān)注。這一理念旨在通過實(shí)際操作與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力、問題解決能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。而3D打印技術(shù)因其高效、靈活的特點(diǎn)，成為傳播創(chuàng)客教育理念的重要工具，它能夠?qū)W(xué)生的創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為實(shí)際的立體化作品，為藝術(shù)表達(dá)提供新的可能性。將3D打印融入高中美術(shù)教學(xué)，不僅能夠提升學(xué)生的空間思維、藝術(shù)表現(xiàn)力，還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)課程的實(shí)踐性和互動(dòng)性。

一、相關(guān)理論概述

（一）創(chuàng)客教育

創(chuàng)客教育是一種融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等知識(shí)與技能，遵循自由開放、創(chuàng)新創(chuàng)意、探究體驗(yàn)等原則的教育理念。此教育理念的核心是“以學(xué)生為中心”，鼓勵(lì)學(xué)生在開放、協(xié)作的實(shí)踐中探索知識(shí)，自主完成項(xiàng)目，從而提高創(chuàng)新能力和問題解決能力［1］。教師基于創(chuàng)客教育理念展開教學(xué)，能使學(xué)生在掌握具體技術(shù)的同時(shí)提升創(chuàng)新意識(shí)和思維敏捷度，最終形成綜合性的學(xué)習(xí)素養(yǎng)和自我驅(qū)動(dòng)的終身學(xué)習(xí)能力。

（二）3D打印

3D打印，又稱增材制造，是一種通過逐層堆積材料構(gòu)建三維物體的制造技術(shù)。其工作原理是基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD），利用數(shù)字模型進(jìn)行三維分層，然后通過打印機(jī)逐層堆積材料，將虛擬模型轉(zhuǎn)化為實(shí)物。3D打印技術(shù)最初用于快速成型制造，隨著技術(shù)的發(fā)展，逐漸應(yīng)用于醫(yī)療、航空、建筑等多個(gè)行業(yè)。近年來，隨著3D打印技術(shù)的普及和設(shè)備成本的下降，其應(yīng)用領(lǐng)域已擴(kuò)展至教育領(lǐng)域。在美術(shù)學(xué)科，3D打印作為一種創(chuàng)新工具，能夠提高學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)以及解決實(shí)際問題的能力，能為教育創(chuàng)新提供重要的技術(shù)支持［2］。

二、基于創(chuàng)客教育的3D打印在高中美術(shù)課堂中的教學(xué)模式構(gòu)建

（一）以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力為核心目標(biāo)

與主要關(guān)注藝術(shù)知識(shí)的傳授和技法訓(xùn)練的傳統(tǒng)美術(shù)教學(xué)不同，創(chuàng)客教育將學(xué)生置于實(shí)踐活動(dòng)的中心，強(qiáng)調(diào)通過動(dòng)手操作和實(shí)際創(chuàng)作來激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。因此，教師基于創(chuàng)客教育理念，將3D打印融入高中美術(shù)課堂教學(xué)，應(yīng)著眼于學(xué)生對(duì)知識(shí)技能的掌握以及學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的提升。具體而言，在知識(shí)與技能層面，應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生掌握3D打印的基本方法及三維建模的基礎(chǔ)知識(shí)；在過程與方法層面，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)自主設(shè)計(jì)和改進(jìn)作品制作的流程，讓學(xué)生經(jīng)歷從構(gòu)思、建模到打印的全過程，在實(shí)踐中積累創(chuàng)作經(jīng)驗(yàn)；在情感態(tài)度與價(jià)值觀層面，應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生敢于嘗試、勇于創(chuàng)新的精神，幫助學(xué)生在不斷試錯(cuò)和反思中建立創(chuàng)意表達(dá)的信心。通過設(shè)計(jì)多維度的教學(xué)目標(biāo)并引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)際操作中實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，能促使學(xué)生學(xué)會(huì)從多個(gè)角度思考、解決問題，實(shí)現(xiàn)個(gè)人藝術(shù)表現(xiàn)力與創(chuàng)新能力的提升。

（二）以真實(shí)問題為導(dǎo)向設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容

基于創(chuàng)客教育的美術(shù)教學(xué)鼓勵(lì)學(xué)生針對(duì)具體問題進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作。因此，教師在設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)從學(xué)生的生活和社會(huì)實(shí)際出發(fā)，設(shè)計(jì)具有實(shí)際意義的問題，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究動(dòng)機(jī)。例如，教師可以提出“如何設(shè)計(jì)一款既環(huán)保又實(shí)用的日常用品？”“如何改進(jìn)校園設(shè)施，使其既美觀又實(shí)用？”等問題。這樣的問題能夠讓學(xué)生在關(guān)注美術(shù)設(shè)計(jì)的同時(shí)，考慮材料的環(huán)保性、實(shí)用性等現(xiàn)實(shí)因素。總之，教師設(shè)計(jì)真實(shí)問題，引導(dǎo)學(xué)生探索解決方案，不僅能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)作動(dòng)力，還能使學(xué)生從實(shí)際需求出發(fā)，將藝術(shù)表達(dá)延伸至生活場(chǎng)景中，彰顯創(chuàng)客教育中“學(xué)習(xí)即創(chuàng)造”的理念［3］。

（三）以實(shí)踐活動(dòng)為教學(xué)核心形式

與主要依賴講授和示范的傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式不同，基于創(chuàng)客教育理念的高中美術(shù)課堂教學(xué)更側(cè)重于促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探索，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升他們的實(shí)踐操作能力。為此，教師應(yīng)精心設(shè)計(jì)多樣化的實(shí)踐活動(dòng)，這些活動(dòng)不僅包括對(duì)3D打印技術(shù)的操作練習(xí)，還應(yīng)深入到學(xué)生設(shè)計(jì)作品、改進(jìn)作品的實(shí)踐環(huán)節(jié)，涵蓋學(xué)生的自我反思活動(dòng)。通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式，學(xué)生能夠在不斷的實(shí)踐嘗試與調(diào)整中，逐步掌握3D打印的基本技巧，并學(xué)會(huì)運(yùn)用這一技術(shù)進(jìn)行美術(shù)創(chuàng)作。在實(shí)踐活動(dòng)中，教師作為引導(dǎo)者和輔助者，要為學(xué)生提供必要的技術(shù)指導(dǎo)，同時(shí)在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自我反思和團(tuán)隊(duì)合作。這種以實(shí)踐活動(dòng)為中心的教學(xué)形式，與創(chuàng)客教育所倡導(dǎo)的“在做中學(xué)、在學(xué)中做”的理念相契合，能夠讓學(xué)生在親身實(shí)踐中體驗(yàn)藝術(shù)創(chuàng)作的全過程，從而激發(fā)他們的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維［4］。

三、基于創(chuàng)客教育的3D打印在高中美術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用策略

以人教版高中美術(shù)選擇性必修6中的“創(chuàng)新與模式——可以觸摸的想法”一課為例，探討創(chuàng)客教育理念下，將3D打印融入高中美術(shù)教學(xué)的策略。

（一）課程導(dǎo)入：創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

“創(chuàng)新與模式——可以觸摸的想法”一課的核心目標(biāo)在于引導(dǎo)學(xué)生通過3D打印，將抽象的創(chuàng)意構(gòu)思轉(zhuǎn)化為既具備實(shí)際功能又富有藝術(shù)表現(xiàn)力的作品，讓他們體驗(yàn)從構(gòu)想到成品制作的全過程，提高他們的創(chuàng)新能力與動(dòng)手實(shí)踐能力。為了更有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在課程導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，營造開放、活躍的課堂氛圍。為此，教師可以向?qū)W生展示一系列與日常生活緊密相關(guān)的、運(yùn)用3D打印技術(shù)制作的物品。例如，手機(jī)支架、多功能文具盒、鑰匙扣等生活實(shí)用物品，展示3D打印如何巧妙地將日常用品與個(gè)性創(chuàng)意相結(jié)合。此外，教師還可以展示一些3D打印藝術(shù)裝置，如雕塑、機(jī)械結(jié)構(gòu)等，讓學(xué)生深刻感受3D打印在展示作品藝術(shù)表現(xiàn)力上的優(yōu)勢(shì)。展示結(jié)束后，教師應(yīng)巧妙地設(shè)置一系列引導(dǎo)性問題，以激發(fā)學(xué)生的深入思考。例如，教師可以提問：“我們應(yīng)如何落實(shí)腦海中的想法？”“在日常生活中，有哪些物品可以通過重新設(shè)計(jì)變得更加有趣或?qū)嵱?？”“如何利?D打印設(shè)計(jì)出充滿創(chuàng)意的藝術(shù)作品？”學(xué)生在探究、解決這些問題的過程中可以提升觀察能力和創(chuàng)新能力。之后，教師還可以進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生深入探討3D打印的特點(diǎn)，如其在快速成型和個(gè)性化定制方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合自己的興趣和需求，提出可能通過3D打印實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)意設(shè)計(jì)，以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)作熱情和探索欲望。

（二）構(gòu)思探索：動(dòng)手實(shí)踐，理解抽象概念

在構(gòu)思探索階段，教師應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生通過親身參與設(shè)計(jì)過程來深入理解抽象概念，鼓勵(lì)他們將自己的創(chuàng)意想法轉(zhuǎn)化為具體的作品。對(duì)此，教師可以讓學(xué)生觀察日常生活中的常見物品，并思考哪些物品可以通過3D打印進(jìn)行創(chuàng)新性再設(shè)計(jì)，比如學(xué)習(xí)工具或小型裝飾品等。在這個(gè)過程中，教師可以提出啟發(fā)性問題，如“這個(gè)物品的功能是否可以擴(kuò)展？”“是否存在更富創(chuàng)意的設(shè)計(jì)方案？”等，以推動(dòng)學(xué)生從不同角度思考問題。

以設(shè)計(jì)“香蕉音樂鍵盤”為例，首先，教師應(yīng)向?qū)W生講解“香蕉音樂鍵盤”是一種將水果作為觸控輸入源的互動(dòng)裝置。隨后，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生初步研究制作該裝置所需的關(guān)鍵技術(shù)，包括觸控傳感器和單片機(jī)的運(yùn)作原理等，明白如何將水果轉(zhuǎn)化為有效的互動(dòng)輸入設(shè)備。同時(shí)，介紹Makey Makey控制器及其基本操作方法，強(qiáng)調(diào)這一控制器是將水果與計(jì)算機(jī)連接，從而實(shí)現(xiàn)音樂輸出的關(guān)鍵設(shè)備。在此基礎(chǔ)上，教師可以讓學(xué)生動(dòng)手繪制設(shè)計(jì)草圖，明確標(biāo)注每個(gè)按鍵的位置以及傳感器的連接方式，并要求他們進(jìn)行簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)。通過這樣的構(gòu)思探索過程與動(dòng)手實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生不僅能夠逐步掌握抽象的概念，還能經(jīng)歷從調(diào)研到設(shè)計(jì)的全過程，從而提高動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

（三）建模制作：技術(shù)操作，制成實(shí)物

在建模制作階段，學(xué)生需把前期構(gòu)思的設(shè)計(jì)創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為立體模型，并借助3D打印機(jī)將設(shè)計(jì)成果實(shí)體化。在此過程中，教師需要指導(dǎo)學(xué)生使用3D建模軟件進(jìn)行精確的設(shè)計(jì)建模，并在實(shí)際打印環(huán)節(jié)為學(xué)生提供必要的指導(dǎo)，以幫助學(xué)生應(yīng)對(duì)各種挑戰(zhàn)，準(zhǔn)確打印出物品［5］。首先，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生選擇適合的3D建模軟件（如Tinkercad、Fusion 360、Blender等），教授學(xué)生基本的操作方法。如在設(shè)計(jì)“香蕉音樂鍵盤”時(shí)，學(xué)生需考慮按鍵的位置、傳感器與水果的連接位置，以及3D打印零件的結(jié)構(gòu)等。對(duì)此，教師要引導(dǎo)學(xué)生在建模軟件中準(zhǔn)確設(shè)置各組件的尺寸、形狀及相對(duì)位置，確保制作出的物品具備良好的穩(wěn)定性和功能性。完成初步建模后，教師可以指導(dǎo)學(xué)生對(duì)模型進(jìn)行細(xì)節(jié)調(diào)整和優(yōu)化。例如，在“香蕉音樂鍵盤”的設(shè)計(jì)中，學(xué)生可以增加支撐結(jié)構(gòu)，以確保水果和傳感器連接的穩(wěn)定性，并在后續(xù)設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整支撐結(jié)構(gòu)的位置和高度。教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中不斷嘗試不同的建模方案，通過虛擬預(yù)覽和模擬來檢查模型的功能性和穩(wěn)定性。此外，教師還可以組織學(xué)生展開小組討論，讓學(xué)生基于組內(nèi)反饋來進(jìn)一步優(yōu)化模型設(shè)計(jì)。當(dāng)建模完成后，學(xué)生可以將3D模型導(dǎo)出為適合打印的格式（如STL文件），然后將其傳輸至3D打印機(jī)進(jìn)行打印。在這一過程中，學(xué)生將體驗(yàn)從數(shù)字設(shè)計(jì)到實(shí)物生成的完整過程。此外，學(xué)生在打印時(shí)可能會(huì)遇到打印時(shí)間過長(zhǎng)、材料浪費(fèi)或模型結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足等問題，對(duì)此，教師需要為學(xué)生提供材料選擇和打印參數(shù)設(shè)置等方面的技術(shù)支持，幫助學(xué)生了解不同的打印材料（如聚乳酸、ABS塑料等）的特性及其對(duì)物品強(qiáng)度、光澤和質(zhì)感的影響，以優(yōu)化打印時(shí)間和材料使用。

（四）交流反思：創(chuàng)意表達(dá)，拓寬學(xué)習(xí)視野

在交流反思環(huán)節(jié)，教師可組織學(xué)生展示和討論各自的作品，使學(xué)生在展示成果的同時(shí)深化對(duì)藝術(shù)設(shè)計(jì)的理解，提升創(chuàng)意表達(dá)的自信與藝術(shù)素養(yǎng)。在作品展示階段，學(xué)生需展示自己完成的3D打印作品，并簡(jiǎn)要闡述設(shè)計(jì)構(gòu)思及制作過程，可以圍繞靈感來源、設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)、面臨的困難等方面進(jìn)行介紹，讓其他同學(xué)深入了解作品背后的創(chuàng)作過程。展示結(jié)束后，教師可組織學(xué)生進(jìn)行集體討論，鼓勵(lì)學(xué)生相互分享對(duì)作品的看法。通過分析和討論他人的作品，學(xué)生能夠?qū)W習(xí)不同的設(shè)計(jì)思維和創(chuàng)新方法，進(jìn)而拓寬學(xué)習(xí)視野。此外，教師可以讓學(xué)生對(duì)他們自己創(chuàng)作作品的過程進(jìn)行總結(jié)與反思，積累創(chuàng)作經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步提高創(chuàng)作能力。

結(jié)語

綜上所述，基于創(chuàng)客教育理念，將3D打印融入高中美術(shù)教學(xué)中，不僅能夠極大地豐富學(xué)生的藝術(shù)體驗(yàn)，而且能夠顯著提升他們的創(chuàng)新能力和實(shí)踐操作技能。教師應(yīng)將培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力作為教學(xué)核心目標(biāo)，以真實(shí)問題為導(dǎo)向設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，開展多樣化的實(shí)踐活動(dòng)，積極引導(dǎo)學(xué)生將自己的創(chuàng)意構(gòu)想轉(zhuǎn)化為實(shí)物，從而全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)和問題解決能力。

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