3D打印作為綜合實踐活動課程的實踐探索

摘 要 3D打印作為新的綜合實踐活動課程資源，需要有效的校本課程開發與實施。通過成功的探索實踐，包括從遵循學校的辦學宗旨和課程體系進行課程定位，從綜合實踐活動視角進行教學設計，從學生終身發展視角進行課程反思，指出3D打印作為中小學課程的最大教育價值，對中小學的3D打印課程開發與實施提供有力借鑒。

關鍵詞 3D打印；綜合實踐活動；教學設計

中圖分類號：G633.93 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）07-0148-03

1 前言

3D打印是濰坊市實驗學校2016年新開發的課程。學校在暑假前購置17套3D打印設備，包括電腦與3D打印機，廠家派技術人員進行一天的技術培訓。學校組建“3D打印”項目團隊，團隊教師利用假期時間自學軟件設計，探索打印技術，并從各自不同角度對3D打印在課程實施、課堂教學及課程評價上進行規劃與思考，在開學前進行集中的展示與研討。后經過多次課堂設計打磨，于新學期的第三周進行正式的課堂嘗試，在多次的課堂“測試”中，又對出現的眾多問題不斷進行完善與改進，課程終于成型。現將探索經驗與同行分享，以期共同探討。

2 從學校辦學宗旨視角進行課程定位

在開學前，有七位教師進行說課展示，從不同角度對3D打印作為學校課程進行思考與定位，并都進行了課程設計。出現三個需要集中探討的問題。

1）課堂時間不夠。教師習慣目前學校的上課時間，即每節課的課時為90分鐘。那么3D打印課堂無論如何設計，都顯得手忙腳亂。有的教師更是拿出前期多次的試驗數據：課堂導入與硬件認識需要10分鐘，三維設計軟件學習20分鐘，模型設計及導出20分鐘，打印機預熱等準備工作6分鐘，打印時間11分鐘，移除模型3分鐘，作品修整及整理工作10分鐘。這已經達到80分鐘，還要展示交流、總結評價等環節，10分鐘可能不夠。這些還是教師層面的主觀設計，實際課堂還會出現不可預設的時間消耗。

2）主題不好選取。教師都設計一定要學生打印出屬于自己能帶走的模型，那么打印什么好呢？選擇的有水杯、掛件、花瓶、文具等，不敢設計學生喜歡的卡通人物或是偶像。因為要考慮打印時間的限制，所以設計的作品規格上都是微型的，形態上都是空心的。

3）課堂設計形成粗線條的流程，即“導入—軟件學習—模型設計—打印—評價”。課程實施要保證教學的完整性，那么在細節上就難以精雕細琢。

作為此項目的負責人，當項目團隊遇到需要破解的難題時，筆者必須帶領大家找到解決的方法或思路。筆者指出：三個問題其實是一個問題，就是課程實施的時間問題，問題的源頭是大家缺少對3D打印作為學校課程的角色定位。濰坊市實驗學校是綜合實踐活動基地，全市全部的中小學生都要來基地實踐與生活一周，每個項目只有一堂課，學生在每堂課都要有各自的收獲。據前期調研，全市只有屈指可數的幾所學校采購了3D打印設備，只能滿足極少數的社團學生體驗。繁華的市區雖然出現幾家3D打印公司，但還不能為學生提供常規的和普及性的體驗服務。因此，3D打印課對學生而言將是非常前沿的項目，對常規中小學校起到課程的示范和引領作用。但該課程有別于常規中小學的社團課與社會上的興趣班，是實踐基地課程體系中的一個獨立項目，不存在課程內容上的延續性。

鑒于多年的經驗，可以預料到學生在這個項目中可能得到三個層次的收獲：一是長見識，認識3D打印技術，目睹3D打印機打印模型，摸摸剛打印出來的模型，甚至聞到打印材料PLA高溫后的味道；二是親手打印模型，自己操作電腦，運用常見的三維設計命令打印出模型，無論模型是否粗糙，無論模型主題是否是自己喜歡的，無論模型是否是自己通過軟件原創設計的，模型最后打出來，有作品呈現；三是親手打印并帶走自己滿意的模型，能夠全程參與和見證。模型不僅是自己打印的，而且是自己選擇的主題，是自己用三維設計軟件設計出來的。學生若要打印出作品，需要起碼的電腦操作，其次要學習三維設計軟件的基本命令，還要有對圖像的空間感，這些都反映在學生對3D打印的經驗基礎的差異，而這些差異繼而導致學生在課堂上對3D打印課程的接收與消化是不同的，那么每個學生在課堂上的收獲也必然是不同的。

說到底，3D打印的課程定位要遵循實踐基地的辦學宗旨：它屬于學校“創客課程”的子課程，是融合STEAM理念，通過“在做中學”與“創造中學”的過程提升學生核心素養的精品課程。最后，項目組共同提煉3D打印項目的課程定位：“學生通過選擇貼近生活的建模主題，運用3D建模軟件，親歷3D打印實體的過程，拓展思維，建立一種新型的學習通道，為學習與生活帶來新的思考。”制定的課程目標可用陀螺模型進行表述，見圖1。

有了課程定位與課程目標，以上出現的問題也就迎刃而解。項目組決定將3D打印的課時調整為半天，即兩個普通項目的課時。這一決定與后來新基地升級的新課時不謀而合。

3 從綜合實踐活動視角進行教學設計

按照項目組集中研討的課堂設計，在課程實施的實際教學嘗試中暴露出眾多問題，突出體現在三個方面。

1）學生學習新知差異大。雖然學生體現出對3D打印的極大熱情，但畢竟他們的信息技術基礎不同，在軟件學習與模型設計環節尤為明顯。以往的課堂可以通過學生“自主+互助”的學習方式共同探究解決，但此次在學生急迫想打印出模型的個人愿望驅使下，互助的效果大打折扣。

2）學生打印過程難以控制。當學生學會基本的設計命令，在目睹了打印模型的神奇后，擁有屬于自己個性作品的愿望促使他們加快自主設計的步伐，在設計出五花八門的模型后，又迫不及待地進行打印。這就導致下課時學生打印出很多成功模型的同時，出現大量失敗的和未打印完的模型，不僅造成打印耗材的浪費，還增加了打印機的負荷。

3）教師課堂組織難度大。這里的難度并不是時間上的延長，而是雖然學生兩人一組擁有一套設備，但他們不熱衷于合作探究，而是輪番向教師求助。學生發現自主探究獲得的解決方法遠沒有直接找教師來得快。于是就出現這里軟件學習環節有問題，那里軟件設計有問題，一會兒打印有問題，一會兒打印出來的模型有問題……課堂氣氛表面上異常熱烈，教師應接不暇。

項目組繼續坐下來一起分析和尋找答案。3D打印屬于新的課程內容，加上出現的新問題，必須采取新的教學方式與課堂設計。經過項目團隊的共同研討，從綜合實踐活動課程的理念出發，采取充分尊重學生主動發展與自主探究的“微課自主探究模式”，同時考慮耗材與課堂實際，制定相應的打印規則，具體如下。

1）增添微課探究環節。課堂模式仍遵循基地“綜合實踐活動‘做中學教學法”，在“學習新知”環節，采取學生“自學+合作”的微課研討學習方式。教師提前利用錄屏軟件、視頻制作軟件制作大量的各類微視頻，包含本堂課的軟件學習、模型設計及打印等所涉及的所有知識點、命令學習、案例演示等，以“微視頻庫”的形式分類保存在每臺電腦中。學生兩人一組，根據個人實際情況，按照自己的學習方式與學習進度進行自主探究。教師提前制作本堂課的導學案，供學生明晰本堂課的課堂流程（圖2）、要求及注意事項。學生遵循導學案，利用微視頻，為自己贏得更多的自主設計與拓展學習的時間。實踐證明，這種模式有利于學生主動學習與個性發展，尊重了學生的個體經驗差異，解決了不同學生的需求差異，解放了教師，提高了課堂效率。

2）打印規則。考慮到學生肆意打印及耗材損耗帶來的不良后果，制定打印規則，即每個組有40分鐘的打印時間，按打印預覽中的“預計時間”為準，且每組共有兩次打印機會，既包含了學生打印試驗的第一次，也包含自主設計的第二次打印。這就要求學生在設計作品時要規劃作品的規格與體積。規則的建立，有效杜絕了學生隨意設置打印規格與肆意打印。

不僅如此，導學案在各環節都列舉了參考時間，學生想在自主設計環節擁有更多的時間，就必須在其他環節加快速度，壓縮時間，從而贏取更多的打印時間。實踐證明，40分鐘完全滿足學生打印作品的需求，而且有利于規范學生課堂打印，還鍛煉了學生的自我規劃意識。

4 從學生終身發展視角進行教育反思

看著一個班接著一個班的學生下課時帶著自己心愛的作品離開，筆者陷入思考：在綜合實踐活動基地里單純的一個3D打印項目，它的教育價值是什么？是讓學生學會三維設計軟件的設計，還是必須打印出模型？宏觀來看，3D打印無非就是一種新的打印方法和技術，人類社會發展進程中一種新的工具。可以看成是在司空見慣的二維打印上增添了一個新維度，就打印出各種立體實物。類比到現實應用，就是從辦公領域的二維Office編輯和打印，發展到建筑、工業、醫學、生物、食品甚至更廣泛領域的三維。若在3D打印技術上再增加一個維度，就成了4D打印，比如增添時間維度。按照這個邏輯，隨著科技的發展，更多的維度還會被增加，nD打印將為人類生活帶來更大的幫助。

如此看來，3D打印作為實踐基地課程的最大教育價值，不是讓學生必須學會軟件設計，也不是必須打印出某個模型，而是讓學生的思維更靈活、視野更開闊，為他們探索未知世界提供一種解決問題的新路徑。可以說是為學生埋下一顆創新的種子，從此打開一個全新的世界。在此認同感的基礎上，再為不同的學生提供充分的體驗機會，讓每個學生都有滿足自己個性需求的成長經歷與經驗。對于為實踐基地提供學生的普通中小學校，實踐基地為他們提供了先行先試的樣板和實踐經驗，他們不必再摸索，只需直接在實踐基地課堂的成熟經驗基礎上，順應對3D打印技術更高的成長需求，按需提供更深內涵、更高品質的課程服務即可。■

*本文是山東省教育科學“十二五”規劃課題一般課題“示范性綜合實踐基地視域下科學探究課程的開發與實施研究”（YJ15180）階段成果。

作者：劉永坤，濰坊市實驗學校（濰坊市中小學生示范性綜合實踐基地），齊魯名師工程人選，研究方向為綜合實踐活動（261000）。