培養(yǎng)核心技能和品質(zhì)的3D打印科技課程設(shè)計(jì)

3D打印是3D技術(shù)的有效組成部分，設(shè)計(jì)、建模和打印是它的三大核心功能。許多學(xué)校已經(jīng)開(kāi)設(shè)了3D打印課程，3D打印課程的重要功能與意義在于引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并創(chuàng)造性地解決問(wèn)題，體驗(yàn)并經(jīng)歷一段奇妙的設(shè)計(jì)之旅，讓學(xué)生意識(shí)到設(shè)計(jì)對(duì)生活的重要性。然而，許多學(xué)校開(kāi)設(shè)的3D打印拓展課程存在諸多問(wèn)題，主要有兩方面：一是課程變成軟件學(xué)習(xí)課。教學(xué)只圍繞如何使用軟件的各種功能，熟悉軟件的操作，顛倒了設(shè)計(jì)造物和軟件學(xué)習(xí)之間的本末關(guān)系。二是課程變成范例模仿課。學(xué)生依葫蘆畫(huà)瓢，按照教師的制作步驟或范例提示，一步步操作，完成作品，并把實(shí)物打印出來(lái)。

教育不是培養(yǎng)流水線工人，不僅要關(guān)注學(xué)生是否掌握了基礎(chǔ)知識(shí)，更要關(guān)注他們?cè)谡n程中核心技能的提升和核心品質(zhì)的塑造。如何才能讓學(xué)校的3D打印拓展課程回歸教育的本質(zhì)呢？筆者所在的課程開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)與有關(guān)科技公司進(jìn)行了合作，從符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展和教育規(guī)律的角度出發(fā)，初步整理了一個(gè)3D打印科技課程開(kāi)發(fā)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)思路。

一、關(guān)注3D打印課程的“雙核”

1.核心技能的聚合與外聯(lián)

要體現(xiàn)3D打印課程的核心教育價(jià)值，必然要關(guān)注與創(chuàng)新和創(chuàng)造能力息息相關(guān)的各種核心技能。這些核心技能，除了設(shè)計(jì)作品的技能、軟件操作基本技能（復(fù)制、旋轉(zhuǎn)、組合、變形、測(cè)量、挖空、抽殼、繪制曲線等）外，還有很多容易被忽略的技能，如觀察、比較和測(cè)量能力，數(shù)據(jù)處理與分析能力，模型建構(gòu)與修正的能力，創(chuàng)新思維能力等。

以《小瑋的3D主題屋》一書(shū)中的內(nèi)容為例。在對(duì)書(shū)桌進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不是簡(jiǎn)單地在建模軟件里設(shè)計(jì)一個(gè)書(shū)桌的造型就可以了，還要考慮到桌子的長(zhǎng)寬高比例、符合人體工程學(xué)要求的桌子凈空高度（地面到抽屜底部的距離，放腿的空間）等，只有經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)量和對(duì)數(shù)據(jù)的處理分析后，才能得出一個(gè)合理的比例數(shù)據(jù)，然后再進(jìn)行造型的草圖設(shè)計(jì)，在建模軟件里將數(shù)據(jù)和草圖相結(jié)合，初步完成建模。切片打印出來(lái)后，根據(jù)實(shí)物效果，進(jìn)行打磨、修正、再設(shè)計(jì)。由此可見(jiàn)，一個(gè)看似簡(jiǎn)單的書(shū)桌設(shè)計(jì)過(guò)程，其實(shí)聚合了觀察、測(cè)量、數(shù)據(jù)處理、模型建構(gòu)等諸多核心技能。

3D打印課程相較于傳統(tǒng)的以手工制作為主要手段的科技課堂，無(wú)論從課堂效率、核心技能聚合，還是領(lǐng)域拓展等方面，都有先天優(yōu)勢(shì)。以竹蜻蜓的制作為例，從研究竹蜻蜓的結(jié)構(gòu)開(kāi)始到最后完成作品，3D打印課堂和傳統(tǒng)課堂教學(xué)的特點(diǎn)對(duì)比如表所示（見(jiàn)上表）：

從案例中，我們可以看到活動(dòng)的目標(biāo)都指向那些可以互融互通的核心技能，這些不同的技能能關(guān)聯(lián)和拓展不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)領(lǐng)域的跨越和突破，有利于學(xué)習(xí)者轉(zhuǎn)向其他科技領(lǐng)域的學(xué)習(xí)，甚至影響學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的思維方式。

2.關(guān)注核心品質(zhì)的內(nèi)化和輻射

3D打印要成為一門(mén)面向中小學(xué)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)客類課程，必須關(guān)注到學(xué)習(xí)態(tài)度方面的核心品質(zhì)。在《小瑋的3D主題屋》一書(shū)中，每個(gè)單元的最后一頁(yè)都特別設(shè)計(jì)了表格來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)者在核心品質(zhì)方面的收獲。這些品質(zhì)包括：

（1）良好的學(xué)習(xí)行為。3D打印是一個(gè)慢工出細(xì)活的活動(dòng)，很多作品從設(shè)計(jì)到打印成型，往往要經(jīng)歷數(shù)個(gè)甚至幾十個(gè)小時(shí)的努力。在這個(gè)過(guò)程中，是否能保持持續(xù)的制作熱情，遇到問(wèn)題時(shí)是否能夠不急不躁，并有足夠的耐心去尋求解決方案，是學(xué)習(xí)者面臨的挑戰(zhàn)，這個(gè)過(guò)程有助于兒童內(nèi)化形成良好的學(xué)習(xí)行為。

（2）樂(lè)于合作與分享。作品制作中，需要多人進(jìn)行合作完成一個(gè)主題屋的搭建，有負(fù)責(zé)涂裝的，有負(fù)責(zé)物品上色的，有負(fù)責(zé)窗簾設(shè)計(jì)的，還有負(fù)責(zé)微型書(shū)本制作的，等等。這個(gè)過(guò)程需要大家分工協(xié)作，所以能否接受別人的批評(píng)意見(jiàn)，進(jìn)而反思、調(diào)整自己的設(shè)計(jì)，是否愿意溝通交流，綜合考慮小組各成員的意見(jiàn)，形成集體的觀點(diǎn)，分享彼此的想法就變得很重要了。

（3）創(chuàng)新的主觀意愿。創(chuàng)客精神在3D打印活動(dòng)中表現(xiàn)得淋漓盡致，學(xué)生可以學(xué)會(huì)大膽質(zhì)疑，從不同視角提出設(shè)計(jì)思路，采用新方法、利用新材料，完善充實(shí)自己的設(shè)計(jì)與制作，對(duì)創(chuàng)新保持強(qiáng)烈的興趣。

二、3D打印課程的設(shè)計(jì)思路

1.明確課程主線

以《小瑋的3D主題屋》為例，課程的基本目標(biāo)是利用3D打印技術(shù)和一些裝飾性輔材，設(shè)計(jì)制作一個(gè)微縮房間模型，這個(gè)模型里有家具、擺件，甚至還有墻面裝潢。每個(gè)單元的學(xué)習(xí)都可以擬定一個(gè)主題，比如第一單元主要是熟悉3D軟件的基本操作使用；第二單元是設(shè)計(jì)房間內(nèi)最重要的家具——桌子；第三單元是學(xué)習(xí)制作一個(gè)重要擺件——竹蜻蜓；第四單元是利用3D掃描儀把自己的頭像掃描出來(lái)，從而把自己的形象納入主題屋的設(shè)計(jì)中；第五單元是整個(gè)課程的收尾部分，關(guān)注主題屋的整體裝飾搭配和擺件設(shè)計(jì)，最終制作完成一個(gè)個(gè)性化的微縮房間模型作品。每個(gè)單元都有新技能的學(xué)習(xí)和使用，使得3D建模的學(xué)習(xí)過(guò)程變得有血有肉，不再枯燥，在實(shí)現(xiàn)課程基本目標(biāo)的過(guò)程中，學(xué)生自然而然地習(xí)得3D建模的各項(xiàng)技能。

課程的主線內(nèi)容可以不拘一格，比如把微縮房間模型的設(shè)計(jì)改為“微縮游樂(lè)場(chǎng)”“微縮餐廳”“微縮教室”等，同樣可以生成一些有意思的課程。所以，課程主線的意義可以理解為讓3D建模各項(xiàng)技能的習(xí)得過(guò)程變得系統(tǒng)化、條理化、趣味化。

2.模塊化課時(shí)框架

3D打印課程的設(shè)計(jì)要順應(yīng)學(xué)習(xí)者的思維習(xí)慣。面對(duì)一個(gè)新問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)思考如何尋找一個(gè)合適的切入點(diǎn)，讓問(wèn)題的提出變得情境化，從而引發(fā)學(xué)習(xí)者的探索欲、好奇心，進(jìn)而思考解決這些問(wèn)題要統(tǒng)籌考慮哪些方面的因素，比如需要哪些技能準(zhǔn)備、相關(guān)的背景常識(shí)等。對(duì)問(wèn)題進(jìn)行充分了解后，就可以動(dòng)手進(jìn)行設(shè)計(jì)建模或制作了。在這個(gè)過(guò)程中，課程的作用在于，既要指導(dǎo)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過(guò)程，又不能面面俱到，要給學(xué)習(xí)者留下思考的空間、發(fā)揮的余地。設(shè)計(jì)完成后，打印出作品，進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇蚰ゼ庸ぃ竟?jié)課的問(wèn)題就算解決了。當(dāng)然，如果作品不符合預(yù)期效果，則要思考問(wèn)題出在哪里，應(yīng)該如何改進(jìn)。值得注意的是，課程設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)拓展學(xué)習(xí)者的視野，發(fā)散學(xué)習(xí)者的思維，對(duì)學(xué)習(xí)者未來(lái)可能的思考和研究方向給予合理建議。為了便于評(píng)估學(xué)習(xí)效果，應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)習(xí)者進(jìn)行自我反思，評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)也應(yīng)該出現(xiàn)在課程的特定區(qū)域。

在《小瑋的3D主題屋》一書(shū)中，每個(gè)課時(shí)都基本圍繞“情景與任務(wù)”“調(diào)查與研究”“設(shè)計(jì)與建模”“制作與加工”“拓展與應(yīng)用”5個(gè)方面進(jìn)行內(nèi)容設(shè)計(jì)，在每一章節(jié)的末尾，還會(huì)根據(jù)本節(jié)內(nèi)容設(shè)計(jì)，包括學(xué)生自評(píng)、教師評(píng)價(jià)在內(nèi)的教學(xué)評(píng)價(jià)。經(jīng)過(guò)模塊化后的課時(shí)框架設(shè)計(jì)，便于學(xué)習(xí)者掌握課程線索，培養(yǎng)思維習(xí)慣。

3.合理的圖文結(jié)構(gòu)

合理的圖文結(jié)構(gòu)編排是課程編寫(xiě)者必須提前考慮好的。面向年齡小的學(xué)習(xí)者，更應(yīng)該加強(qiáng)圖文結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可視化地呈現(xiàn)內(nèi)容。可視化可以從以下幾個(gè)方面來(lái)理解：

（1）簡(jiǎn)潔的文字

課程的文字可以分為兩個(gè)部分：正文和輔文。正文主要呈現(xiàn)課時(shí)的核心內(nèi)容，例如標(biāo)題類的、定義類的、引導(dǎo)類的、總結(jié)類的等。輔文則是呈現(xiàn)正文不方便呈現(xiàn)的內(nèi)容，例如提示類的、資料類的、拓展類的等。不論是正文還是輔文，都應(yīng)該描述精準(zhǔn)、具象，表達(dá)精煉、書(shū)面化。在《小瑋的3D主題屋》一書(shū)中，編寫(xiě)者甚至特別規(guī)定，只要是卡通人物的提示類文字，總數(shù)不能超過(guò)20個(gè)字。

（2）直觀的圖形

在《小瑋的3D主題屋》一書(shū)中，使用了諸如卡通圖、實(shí)物圖、示意圖、操作圖、記錄圖等多種圖形來(lái)增強(qiáng)教材的易讀性。如卡通圖，一是為了增加課程的可讀性、趣味性，更重要的是引導(dǎo)閱讀者關(guān)注重點(diǎn)、難點(diǎn)和易忽略點(diǎn)。示意圖的插入使用，也遵循“能在圖中文字標(biāo)示，絕不在圖外文字注明”的原則，以方便閱讀者把握要點(diǎn)。當(dāng)然，圖形的使用也要適度，放什么圖，放多少圖，圖放哪里，都要仔細(xì)斟酌，統(tǒng)籌考慮圖形的必要性、清晰度、版面等因素。

（3）功能性表格

當(dāng)涉及數(shù)據(jù)的收集、計(jì)劃的擬定、分工的安排、評(píng)價(jià)的呈現(xiàn)等內(nèi)容時(shí)，使用恰當(dāng)?shù)谋砀窨梢宰寖?nèi)容更有條理，有的表格也是學(xué)習(xí)者記錄學(xué)習(xí)過(guò)程的載體。

（4）適當(dāng)留白

教材上在需要學(xué)習(xí)者進(jìn)行寫(xiě)寫(xiě)畫(huà)畫(huà)的環(huán)節(jié)，必須留下足夠的空白區(qū)域，以便學(xué)習(xí)者添加內(nèi)容。此外，合適的行間距、圖片與文字之間的距離，都屬于留白區(qū)，需要編寫(xiě)者提前考慮，它們將直接影響最后的版面編輯效果和讀者的閱讀體驗(yàn)。

總的來(lái)說(shuō)，能關(guān)注與創(chuàng)新和創(chuàng)造相關(guān)聯(lián)的各種核心技能和品質(zhì)的培養(yǎng)，有一個(gè)明確的主題和課程脈絡(luò)，并以模塊化的課時(shí)框架進(jìn)行梳理，配以合理的圖文結(jié)構(gòu)，就基本符合一個(gè)結(jié)構(gòu)化3D打印好課程的標(biāo)準(zhǔn)了。

廣東省深圳市龍崗區(qū)外國(guó)語(yǔ)學(xué)校（518114）