當3D打印技術遇上創客教育

陳月新

【摘 要】隨著創客空間的興起，創客群體中出現了越來越多的老師和學生。為了將這種創新文化引入基礎教育，本文就創客教育和3D打印技術進行了分析，并結合學校實際將二者融合在一起進行了實踐探索，為培養高技能創新人才提供保障。

【關鍵詞】創客教育；3D打印；創客空間；創新精神

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2016）09-0060-02

創客（Maker）起源于美國，是指出于興趣與愛好，把具備相當的技術挑戰的創意轉變為現實的人[1]。這個過程需要具備一定的知識含量和創新、實踐、分享、交流的意識。互聯網時代使得人們的創新項目得到了及時的分享和交流，也鼓勵和促進越來越多的人加入創客的行列。

美國《連線》雜志原主編克里斯·安德森認為，新工業革命的重要特征是“數字化制造使得人人成為創客，能夠利用互聯網將自己的各種創意轉變為實際產品”。在我國，隨著李克強總理到訪深圳柴火創客空間，親自為創客“添柴”，“創客”一詞“闖”進政府工作報告。隨后9月，教育部辦公廳發布的《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見》中也提出：“……著力提升學生的信息素養、創新意識和創新能力，促進學生的全面發展。有條件的地區要積極探索新技術手段在教學過程中的日常應用，有效利用信息技術推進眾創空間建設，探索創客教育、STEAM教育等新教育模式，使學生具有較強的信息意識與創新意識。”

各種跡象表明，中國教育迎來了新的改革，人們對創客教育的關注度在迅速升溫， 創客教育正逐步滲透到教育領域，并獲得師生與家長的青睞。

創客教育是創客文化與教育的結合

當創客精神與教育相遇，“創客教育”便誕生了。創客教育是將創客文化與教育相結合，基于學生興趣，以項目學習的方式，使用數字化工具，倡導造物，鼓勵分享，培養跨學科解決問題能力、團隊協作能力和創新能力的一種素質教育。

創客教育集創新教育、體驗教育、項目學習等思想為一體，契合了學生富有好奇心和創造力的天性。它以課程為載體，在創客空間的平臺下，融合科學、數學、物理、化學、藝術等多學科知識，培養學生的想象力、創造力以及解決問題的能力。

毋庸置疑，創客教育將改變中小學生在學校的學習方式，它能減少應試教育給學生個性化發展帶來的損害，用一種新的方法鼓勵創造和創新——利用新的數字技術來設計、制作、分享和開展跨時空的學習。

創客教育的關鍵是，如何把創客空間整合到現有的教育中。創客空間是創客們制作、交流、分享知識和資源，以及項目協作的場所。對于學校來說，創客空間不僅如此，還是課程實施的環境。教師要學會把課堂變成一個充滿活力的創客空間，鼓勵學生創建物品、發明工藝、分享創意點子。

3D打印為課程創新帶來了更多可能

創客課程主要包括以下一些要素：動手做是最重要的，此外還有開放和分享，大膽嘗試，迭代設計，注重美學，打破年齡限制，個性化學習，運用技術，學生自己掌控學習等。其中，日益被人們所熟知的3D打印技術成為實現和推廣創客教育的重要橋梁。3D打印技術與創客教育相遇，為中小學的綜合實踐課程和信息技術課程帶來了時代性的變革。

當今的網絡時代，如果你餓了，可以按照個人口味打印一顆定制級巧克力[2]；如果你累了，能自選顏色和材料打印一把椅子坐坐；準媽媽去醫院做產檢，拿到的不再是簡單的B超照片，而是可以提前抱抱自己的“腹中寶貝”；設計師推出的最新“概念車”，先打印出一輛試駕一下；建筑設計師設計的各種建筑，先打印出模型看看效果……

3D 打印——“所想即所得”，帶給人們無限的遐想空間。時尚的3D 打印也早已讓人從“如雷貫耳”到“熟視無睹”。3D打印技術是新產業革命背景下的標志性技術之一，未來將會對人類生產制造方式、生活消費方式、組織管理方式產生深刻影響。

3D打印，顧名思義，打印出來的物品并非平面的紙張，而是一個立體固態物體。3D打印的成形思想和中國的古漆器及古埃及的疊合型材成形相似，類似于吐絲結繭[2]。一頭蠶要花費將近3天的時間，吐出很細的絲，連續吐出1000多米的長絲，一層一層把自己包裹起來，就形成了一個“立體”的繭。3D的成形，無論是受迫成型、去除成形還是離散/堆積成形、生長成形，基本原理都是根據要打印的物體形狀，通過一層層堆積而成的。比如塑料材質（ABS或PLA材料），就是將塑料加熱后，形成塑料絲，然后將塑料絲一層一層地堆起來，層層打印出來的切片會不斷疊加，最終形成一個完整立體的三維物品。另一種是用激光照射光敏樹脂或者粉末，先將粉末預熱到稍低于其熔點的溫度，然后將粉末鋪平，激光束在計算機控制下根據分層截面信息進行有選擇的燒結，一層完成后再進行下一層，最終得到一個燒結好的零件。

我校的3D打印課程是如何實施的

在我校的3D打印課堂上，學生利用電子設計中的“鉛筆”——三維設計軟件Google SketchUp中文版自由地創建3D模型，將自己的制作成果輸出到3D打印機上打印，打印好后貼上自己的名字放到展覽廳，同時將制作成果發布到Google Earth上與其他人分享。

對于三維零基礎的初一年級學生來說，第一節課是欣賞老師打印好的3D作品。有房屋模型、卡通人物、玩具造型、日用品模型、汽車模型……激發起學生強烈的興趣。“太好玩了，我要學”是學生第一節課的收獲。第二節課，讓學生選擇自己喜歡的、現成的模型輸出到打印機，讓其觀察3D打印過程。第三節課，學生開始學習設計3D模型。當然，為減少難度，一開始學生能從Google's 3D Warehouse那里得到想要的素材，以此作為創作的基礎。學生熟悉該軟件后，再設計開發模型，并且通過3D打印機打出模型，實現創意的實物化。創意思維的物化實現可以大大增強學生的三維空間想象，培養學生的邏輯思維，并且也鼓勵了學生去動手實踐。

學生會用Google SketchUp軟件后，教師就要求他們將跨學科的知識融合，一個組可以共同制作完成一個項目，如個性筆筒、手機架、高跟鞋等。從第三節課開始，我們嘗試把創客精神帶到3D打印課堂中。就如“一千個人眼里有一千個哈姆雷特”一樣，給學生想象的空間，學生的創意思維在他的3D作品里表現得淋漓盡致。學生說：“我喜歡做一些新的東西，我很享受做東西的過程。”因為做東西的過程本身就是將自己的創意表現出來的過程，是不斷創造的過程。

在分組制作3D作品時，我們分四個階段進行。

第一階段：進行分組。共分為6組，每組4人，各小組選舉組長1名，PPT制作負責人1名，解說負責人1名，盡可能發揮學生各自的特長，讓學生在參加活動的過程中，其特長得到充分鍛煉和提高。

第二階段：各小組確定小組名字，如：開拓進取組、超越自我組、勇于爭先組、奇思妙想組、快樂無限組、青春無悔組等。

第三階段：進入正式設計模型環節，提交500字左右的創意說明、設計制作3D模型及打印現實體，過程性材料可用照片、視頻形式記錄。

第四階段：完成PPT制作，指導教師根據小組之前的表現給團隊整體表現打分（如：紀律、協作等）。

第五階段：競賽和答辯。每組抽簽，按順序號全體組員走上講臺，每小組選一人根據PPT介紹本組情況，從創作策劃、目標、創作過程及作品創新之處進行詳細介紹。組內其他同學手拿打印好的3D作品進行展覽。如果解說得不到位，組內其余學生可以補充。教科室組織骨干老師和部分學生組成答辯評委會，介紹完后由評委提出若干個問題進行答辯。各評委根據3D作品和學生介紹及回答情況給予打分。最后根據指導教師給出的過程表現分、現場比賽得分和答辯環節得分，計算最終得分，評出最佳協作獎、最佳創意作品獎、最佳風貌獎等。

創客，就像一粒粒神奇的種子，播撒在時代的土壤里。創客教育就是在為時代的變革培育創新力量，而創客精神正是教育改革與發展的不竭源泉。3D打印技術遇上創客教育，必將對中國教育產生深遠影響。

（作者單位：江蘇南京師范大學蘇州實驗學校）