3D建模打印在高中通用技術課程中的實踐探索

摘 要 從通用技術課程角度出發，以實踐為基礎，認識3D建模打印對通用技術課程的價值和意義。從實際教育教學角度，探索3D建模打印有效實踐途徑和方法。

關鍵詞 3D建模打印；通用技術；創客

中圖分類號：G633.67 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）07-0027-02

1 什么是3D建模

3D打印、3D建模是目前一個熱門話題。關于3D的概念，一般這樣解釋：D是英文單詞dimension的縮寫，是維度的意思，3D就是三維。人們都知道并理解二維的概念，三維就是在二維的基礎上再增加一個維度形成立體空間。通常人們可以理解為三維就是三個坐標軸，X軸、Y軸、Z軸。X軸表示左右空間，Y軸表示上下空間，Z軸表示前后空間。三維物體，簡單通俗地講就是具有長、寬、高三個維度的物體。3D打印就是利用打印機打印出三維物體，3D建模簡單來說就是通過三維制作軟件在虛擬三維空間中構建出具有三維數據的模型。

2 3D建模打印應具備的條件

需具備適合的3D打印機 3D打印誕生于20世紀80年代，在近幾年，發展勢頭有質的飛躍，3D打印產品逐漸被人們熟悉。3D打印是一種快速成型技術，以數字模型文件為基礎，運用粉末狀可聯合的各種材料，通過逐層打印的方式來構造物體。其實3D打印機和普通打印機工作原理基本相同，區別點在于普通打印機打印的是二維平面，3D打印機打印的是三維物體。3D打印機只是通過電腦程序控制，把相應的打印材料逐層疊加起來，最終把電腦上的數字三維模型打印成實物物體，所使用的材料是金屬、陶瓷、塑料等。

對于中學來說，如果有足夠的資金投入，能買到工業級別的3D打印機那就再好不過了。一般而言，普通的桌面3D打印機即可滿足日常教學的需求。比如，桌面3D打印機Makerbot Replicator、REPGO、Creatbot科瑞特等。這些3D打印機使用的材料是PLA或者ABS。耗材易得，價格實惠，而且桌面3D打印機易學易上手。

通用技術教師需具備3D基礎建模能力 光有3D打印機還遠遠不夠，我們不能僅僅停留在下載別人的3D建模模型為己用。更需要通用技術教師具備建模能力，通過三維設計軟件將自己的創意建模，再利用3D打印機打印出來。學習使用三維軟件并非難事，網絡上有大量的教學視頻以及有相應的論壇、QQ群和微信群，通用技術教師只要利用好業余時間，經過一段時間的自學，即可具備一定的3D基礎建模能力。3Ds MAX2014、SketchUp2014、Autodesk 123D Design等三維設計軟件都比較適合教師自學，其中3Ds MAX2014軟件對電腦硬件有一定的要求，其他兩款軟件對硬件要求不高，容易上手。通用技術教師可根據自身的學習習慣去選擇相應的軟件學習。

配備一定數量的電腦 筆者認為，如果僅僅是教師使用，只需要一臺打印機配置一臺電腦即可。如果是想形成規模，或者是開設3D基礎建模課程的話，就需根據實際需要配置一定數量的電腦和打印機，初期班級人數不宜多，控制在20人以內。3D基礎建模課程理想狀態配置包括5臺左右的3D打印機、相應的電腦和教室，最好擁有一間專門3D基礎建模教室。3D打印機均放置在這間教室里，同時教室周圍配置3D打印作品展示櫥窗。對于電腦配置要求，筆者認為，有資金投入的話，電腦配置越高越好。如果資金投入有限，近3年的電腦配置版本也可使用。電腦數量跟學生數量一致，達到人手一臺。

3 3D建模打印在通用技術課程中的價值和意義

親近現代科技，激發學生學習興趣 通用技術課程的基本理念表明：技術發展日新月異，通用技術課程內容同樣要與時俱進，既要體現基礎性，也要選擇具有時代氣息，適合社會發展、體現未來科技走向的資源。3D建模打印符合這一要求。中學生對未來的科技都有一定的探索欲望，在通用技術課堂中，引入3D建模打印技術，可以更好地增強學生學習的積極性。教師在課堂中展示自己建模并3D打印的作品，讓學生真真切切地感受到現代科技就在眼前、就在身邊，也可以更多激發學生的課堂學習興趣。

加強輔導交流 相信很多通用技術教師跟筆者一樣有過這樣的經歷：學生有時會把自己的創意設想提出來跟教師一起探討，但是學生的設想有的停留在腦袋里、有的停留在圖紙上，沒有實物。教師僅靠自己的個人經驗無法答復，有了3D打印，教師可以根據學生的設想，將其建模出來，再利用3D打印機打印出構想，再與學生一起探討方案是否可行，筆者認為，這樣的深層次交流，對彼此都更有促進，都有提升。

豐富通用技術選修課程 通用技術課程包括必修和選修課程，選修課程可以根據各校的能力有選擇地開設。只要具備筆者前面提及的3D建模打印所具備的條件，3D基礎建模課程完全可以在中學開設，同時3D基礎建模完全可以與創客活動進行整合，將想法落地。

為校創客社團添磚加瓦 “創客”本意是指勇于創新，努力將自己的創意變成現實的人。如今大部分學校為適應時代的發展，尊重學生的個性化需求，都成立了創客社團。江蘇省錫山高級中學的創客社團是以Arduino開源資源為核心，進行一系列的創客活動，3D建模打印技術讓創客們的想象能即刻變成現實，為促進創客的快速發展增添力量。

4 3D建模打印在通用技術課程中的實踐探索

自制教具，提升課堂教學效率 自制教具是教學設施的重要部分之一，在自制教具方面，師生們經常有好的創意、好的想法，但苦于一些硬件設備的缺乏，導致無法或難以制作出來，或者要花費很長時間，得不償失。通過3D桌面打印技術，可以很好克服自制教具的困難，以前是想得到而做不出，現在是想到就能做到，極大方便了師生。

比如通用技術“簡單的結構設計”內容的學習，要想讓學生理解構件的橫截面與結構強度的關系，光靠書本上的幾幅圖或者靠教師口頭直接傳授，學生只能停留在記憶的層面，達不到深層次的理解，課堂效率不高，更談不上在結構產品制作上的應用。這時教師可以借助3D技術，打印出相應的3D產品，在課堂上現場演示，或者課前攝錄成微課視頻，讓隱性的知識轉變為可感知的具體實物，不僅加深對所學知識的理解，而且還為下一步的項目制作奠定理論基礎。

再如在講解“技術試驗”章節時，可以利用3D打印技術打印三種長度一樣、厚度一樣、截面周長一樣，僅僅是截面的形狀不一樣的產品（正方體、圓柱體、三棱柱），然后再打印一個支架，這樣就可以給同學們現場演示什么樣的截面載重能力比較出色，一目了然。而且3D打印可以批量打印出產品，滿足日常教學需要。

優化項目制作方案，提升項目制作質量 在通用技術教學過程中，項目制作是不可缺少的。在設計方案環節，出現多方案是常有的事。怎樣在多方案中進行抉擇？傳統的方法是先花費一定的時間做出模型，再進行技術試驗，再比較，這樣的方法費時費力。現在有了3D打印技術，可以短時間之內通過將方案進行3D數字建模，然后再進行技術試驗，可以高效率地進行方案的遴選。這個過程由師生共同進行，教師利用自身掌握的3D建模技術協助學生完成數字建模，然后再打印出來，由學生自己進行技術試驗，得出需要改進和優化的地方。找出最佳方案進行制作，一定程度上提升了制作的質量。

輔助科技創新制作 以往在作品制作活動過程中，曾遇到這樣的問題：有時需要一個小零件、小部件，走遍市場、網絡都難以尋到蹤跡。怎么辦？放棄很是不舍，不放棄又難以完成，去外面定制，費用昂貴。利用3D打印技術，可以自己參與建模打印使用到作品制作中。如果教師覺得自己沒有足夠多的時間來建模，可以在創客社團中挑選出對3D感興趣的學生，利用業余時間進行3D建模軟件的學習和培訓，培養3D建模群體，共同參與建模。比如，筆者以前在制作科技小車時，發現沒有十分適合放置板子的地盤，自己手工制作，時間不夠，通過3D技術應用，利用游標卡尺測量好數據即可進行3D建模，有效縮短了制作進程，提高了作品制作效率。

3D建模打印不僅可以在通用技術課堂教學、創客社團、科技創新等領域發揮作用，還可以促進通用技術教室文化建設。傳統的通用技術教室，通過3D建模打印，教師可以把日常新穎有創意的產品設計、工業設計獲獎作品打印出來，一一展示在教室櫥窗里，還可以自行建模打印一些日常用品，比如花瓶、茶幾、古式窗幾、涼亭建筑、肥皂盒、手機支架、水杯、鉛筆筆帽、橋梁模型等，擺放在教室櫥窗里。學生一走進通用技術教室，撲面而來的時代氣息、創新設計，潛移默化中激發了學生的創新熱情，無形之中激起了學生制作的興趣，豐富了通用技術教學內容，促進了通用技術教學目標的實現。■

參考文獻

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作者：呂士媛，江蘇省錫山高級中學（204174）。

10.3969/j.issn.1671-489X.2017.07.029