基于3D打印技術的特色課程研究

陳君

摘 要：近年來，3D打印成為人們關注的熱點，并逐步走進教育領域。為了讓孩子們更好地適應時代發展，杭州市蕭山區高橋金帆實驗學校將3D打印技術引入“第三教育空間”，開設了“3D打印創意家具”特色課程。

關鍵詞：3D打印技術；特色課程；課程建設

一、3D 打印技術在教育領域的應用

3D打印技術作為一種新型的快速成型技術，正逐步進入人們的視野。3D打印技術是智慧課堂多媒體技術能力的延伸，為教師的“教”與學生的“學”提供了新思想。

（一）激發學生的設計創造力

激發空間想象力和數字感知力是 3D 打印技術所體現出來的最明顯的優勢，激發設計創造力是它最核心的競爭力，這種競爭力是其他教育技術手段難以實現的。

（二）激發學生的空間想象力

空間想象力是創新思維的基礎之一，不僅解決了理論教學缺少實踐依據的問題，也增加了學生直觀接觸空間模型的機會，為空間想象力的培養提供了捷徑。

（三）培養學生的數字感知力

數感包含著數字間的諸多關系，3D 打印引入課堂教育后，學生在數字建模過程中，通過調整不同的參數，建立的模型在不斷發生變化，計算機生成的圖形也發生了改變，學生對于某個量的數字變化所影響的結果會有一個非常直觀的認識。

（四）培養學生的圖形感知力

3D 技術是即時成型技術，可以快速的將設計模型實體化。培養學生發現和解決實際問題的能力，成為創新的一代。

二、3D打印技術教學應用的理論依據

總的來說，建構主義理論、多元智力理論以及“經驗之塔”理論都為3D打印技術在教學中的應用提供了很好的理論依據。

建構主義學習理論 它的核心是以學生為中心，強調學生對知識的主動探索、主動發現和對所學知識意義的主動建構。“3D打印創意家具館”采用主題教學的方式展開，引導學生去主動發現問題并主動建構新的知識體系。

多元智力理論 它認為人類的智能不是一元的，而是多元的。 “3D打印創意家具館”采用小組合作的形式，激發學生的多元智力，促進學生的全面發展。

“經驗之塔”理論 它是由美國視聽教育家戴爾提出的，最底層的經驗最具體，越往上越抽象，排成一個序列。“3D打印創意家具館”正是充分發揮了學生學習的具體經驗，讓學生在具體家居模型中感受空間思維與創造思維，從而使學習活動更加高效。

三、“3D打印創意家具館”特色課程的教學策略與實踐

（一）課程建設目標

1.激發學生的建模興趣，啟迪他們的創造意識，培養他們用創新視角分析、解決問題的能力，提高他們的信息及綜合素養。

2.通過系統訓練，使學生熟練掌握3D建模軟件——AUTOCAD的基本指令，能利用該軟件自由創作簡單的三維模型。

3.引導學生了解3D打印技術的基本原理，并學會使用3D打印機。

4.借助繪畫、動畫創作、實驗設計等活動，寓教于樂，讓學生在愉悅的氛圍中了解3D打印技術，理解3D打印產品的實際作用，并將其融入自己的實際生活之中。

（二）課程實施策略

在以創客教育理念的引導下，對3D建模課程教學進行調整，適當引入翻轉教學模式，分課前、課中和課后教學階段。

1.課前·頭腦風暴之思維創新。

在21世紀的教育領域中，設計思維有著越來越大的影響。在課前，筆者組織學生分小組開展有關“家居館”的前期市場調研，調研的過程讓學生從單純的“設計者”的身份中跳脫，學會從“用戶受眾”的角度看待問題，鼓勵學生進行理性思維。

2.課中·實際操作之模型建構。

（1）確定建模的主題 課上，學生結合課前搜集的資料進行匯報。學生通過分析調研數據，對家居的設計有了較為清晰的思路，確定了初步的設定方向，并預設實施方案。

例如：在《門》這個案例中，學生課前搜集了很多形形色色的門，有中式的、歐式的。同學間相互交流很是熱鬧。

（2）建構模型的主體。

手繪草圖 匯報完設計思路后，教師讓學生們著手繪制設計草圖。草圖可以快速傳遞設計意圖和設計理念，是設計制造過程中重要的環節。學生們展開充分探討，各抒己見。

軟件建模 學生在設計草圖的基礎上嘗試運用CAD軟件建造模型。模型建造環節是課程的一個瓶頸。教師在備課時預設了學生可能遇到的技術難題，學生可以自主尋求解決方案，教師從旁指導，針對典型問題請學生上講臺操作示范，協助學生掃清技術障礙。

打印模型 設計3D模型時，不需要注意實際物體的成形結果，可以完全忽略物理世界的情況。但是一旦要用3D打印機打印模型，應該注意模型必須保持密合狀態，3D打印機放置桌面時要平穩，使用ABS塑料打印，要確保將墊板預熱到它的最高溫度，防止ABS材料在打印過程中翹邊。用PLA塑料打印，則可以不用加熱墊板，但要用膠水固定打印物體。在正式打印物體前，先用3D打印機的最低設置快速實驗一下，避免打印N小時后發現錯誤。

3.課后·多元評價之作品再造。

多元教學評價，強調評價方式的多元化、評價參與者的多元化和評價內容的多元化，實質是全面真實地評價學生的潛能、學業成就，以提供教學改進的信息，促進學生的發展。

四、課程實施成效與反思

將3D打印技術應用在課堂中，大多數學生在課堂中都能夠集中注意力，主動參與課堂活動中來，調動了學生的學習興趣、優化學習方式和拓寬學習路徑。當然，一年的實踐下來也留下了幾點困惑：

（一）教學流程的調整

因為3D打印本身過程較為漫長，可以嘗試打破40或45分鐘的固定課時安排，根據學科和課型特點靈活設置長短或大小課，開展混合式教學。

（二）教研內容的創新

教研內容的創新是3D打印進課堂取得成功的關鍵。教研，同樣是一門思維的藝術，不同的科學、不同的知識點背后隱藏著內在的關聯。

（三）完善師訓的機制

教師對新興技術的接受程度和能力是參差不齊的，如果能融會貫通，會給教學帶來極大的提升。

雖然課程取得了一些成效，在一定程度上提高了學生在創新能力和動手實踐的能力，但如何在未來為學生提供更適宜的空間去想象、去創造，使學生的創意、想象變為現實，是需要繼續探討的重要話題。期待本研究能為今后的課程建設與研究提供借鑒，助力教育培養出更多具有想象力、設計力和創造力的人才。

參考文獻：

[1] 劉芳主編.有效教學[M].沈陽：遼寧師范大學出版社，2006年6月.

[2] 劉良華著.有效教學論[M].廣州：廣東教育出版社，2004年5月.

[3] CAD技術聯盟編著.AUTOCAD2012從入門到精通[M].北京：清華大學出版社 2012年6.