3D打印創意智造提升學生核心素養

高丹顧衛

【摘 要】從3D打印學習到創意智造，是一個由學到用，由用到結合多學科知識開展創意智造的探究實踐過程。這對開發學生智力、挖掘創新潛能、促進核心素養培育是一個值得嘗試的教育研究活動。筆者結合教學實例簡要介紹如何構建情境，逐步引導學生成長。

【關鍵詞】3D打印;創新能力;核心素養培養

【中圖分類號】G434? 【文獻標識碼】B

【論文編號】1671-7384（2019）02、03-0111-03

眾所周知，單純從學習3D打印角度來說，學生經過規劃、建模、切片、打印這幾個環節的技能培訓后，原則上說入門學習已告一個段落了。如果拋開教材例子，結合多學科知識開展運用，解決生活中實際問題，自行設計并制作有創意的3D作品，這就不是件容易的事了。

筆者所在江蘇省蘇州市振吳實驗學校是蘇州市一所體育特色學校，自2015年開始，我們將3D打印納入學校體育特長生的學習計劃。這些學生學得怎樣，會用所學到的3D打印技術創作出新的作品嗎？為此，筆者進行了嘗試，通過組織學生開展多學科知識的融合運用，引導學生在打印方法、建模構思和智能化應用等方面開展實踐研究，取得了較好的效果，基本達到了預期目標。

2017年5月，在參加蘇州市首屆青少年科技節系列活動之蘇州市中小學3D打印創新設計大賽中，我校初、高中兩個組別的參賽選手，不畏強手奮力拼搏，從參賽的67所學校113支隊伍中脫穎而出，攬獲了初、高中組團體一、二等獎。其中，由高中組學生（蘇州市跆拳道運動員）創設的“憩”主題作品，因在造型中引入了跆拳道踢腿動作元素，使設有頂棚的多功能長椅休息區、太陽能路燈箱、分類垃圾箱等構圖內容與周邊環境融于一體，贏得了現場評委和觀賽師生、家長們的贊賞，獲得了市教育局、市科協等主辦單位的表彰。

在此，筆者以在教學中通過構建不同情境來激發學生創新潛能為例，簡述學生核心素養培育獲得較快提升的過程。

巧設問：3D打印能制造多彩的體育運動模型嗎

我們知道，一般的3D打印機，通常都只能打印單一色彩的模型，如MBot Grid II+ 3D 打印機，要制作出多彩的3D運動員動作造型，該如何做呢？

帶著疑問，筆者把學生們帶到了學校美術作品陳列室，詳聽美術老師對各類作品制作過程的介紹，啟發學生創作多彩3D作品的思路。

有學生問，可否用著色法來解決呢？也有學生提出用粘貼法、嵌套法來試試。學生們你一言我一語，漸漸地，四五個解決問題的方案被匯集起來。

方案一：著色法

著色法是對3D打印出的運動員整體模型，采用類似于美術作品上色的操作，對各部分區域依照設計的人物與動作造型涂上相應的色彩，達到問題解決的目的。

這種方法的特點是色彩豐富、方便直觀、易于操作。缺點是3D打印耗材固有色彩沒有得到較好發揮。

方案二：粘貼法

此方法是對構建的運動員整體造型在建模時根據需要進行分割處理，3D打印輸出時再依據不同部件需要換上相應顏色的PLA線噴制。對制作出的各個部件再用膠水依次粘貼起來，最終搭建完成一個多彩的3D運動員模型。

經反復多次實踐后發現這種方法是可行的。缺點是操作過程繁雜，一些復雜部件造型，如運動員的臉部表情等不如著色法直觀。

方案三：串線法

與粘貼法類同，將整體造型分割成各個小模塊處理后，對制作出的各個部件用線（或橡皮筋）連接。其優點是搭建好的運動員模型可根據不同需要做適當變動，根據需要可擺出不同的狀態造型。關注點是串線的孔需事先設計好，如在建模時要先定好串孔位置，或打印輸出后借助小電鉆對相應部件做適當鉆孔處理。

方案四：換線法

換線法是在3D打印機工作的時候，打印到適當位置時，把原本3D打印機上的打印材料PLA線剪斷，換上其他顏色的PLA線接上。這種方法可以讓作品的顏色層與層間有色彩變化，如一些學生制作的田徑運動員模型，就用此方法，實現了運動員與底座（跑道）色彩互相區分開來，增添了作品的藝術感染力，也體現了學生3D創作的智慧。

妙引導：蘇式核雕3D打印可來點“創新”嗎

進入第二批國家級非物質文化遺產推薦目錄的蘇式核雕，是一種果核上的雕刻藝術。其體量大不盈寸，其空間在指掌之間，被人喻為“雕蟲小技”。然而，正是因為“小”而聞名于世四百多年。2013年，在首屆全國民間核雕藝術大賽上，蘇式核雕一舉囊括了全部五項金獎，讓人刮目相看。

去年春天，我校開展社會實踐活動時，組織學生來到了郊外蘇式核雕發源地——“核雕村”，大家無不為這里各式各樣的核雕藝術品所吸引。看著核雕藝人“鬼斧神工”般的技能展示，聽著展區講解員的介紹，學生們激動地說：“老師，核雕真是太美了！我們要用3D打印做一個。”

“好啊！能否來點創新呢？發揮3D打印技術優勢，制造出手工核雕也難做的新品來。”筆者借機引導學生向更深層次去思考。

這下學生們熱鬧了，各式各樣的建議都涌現出來。有的到店里仔細察看柜臺中陳列的核雕展品，也有的拿出相機、手機拍下自己鐘愛的核雕精品，更有一些心急的學生干脆坐在街頭石凳上勾畫起了草圖，根據3D打印機的功能與特點醞釀具體實施方案。

構建一個鏤空的蛋狀3D作品成了當時大家呼聲最高的方案。此方案具體要求是，做一個類似于鵝蛋大小的鏤空作品，在鏤空的“鵝蛋殼”中央放置一個運動員的造型在其中。

回到學校后，學生們又是建模又是切片又是打印，忙得不亦樂乎。兩周之后，各學習小組的作品都紛紛展示出來。

在“鵝蛋殼”的鏤空處，有的學生用文字銜接，也有的是運動器具、場館圖案。“殼”內的運動員模型更是花樣繁多，有跑步的、游泳的，還有踢足球、練武術的等等。學生們汲取蘇式文化底蘊，感受到創制3D作品的樂趣。

助融合：3D打印與學科融合，開拓創新應用新領域

與生活結合、與學科知識融合，是3D打印由學到用，由用到跨入創新發展、智慧創造新階段。住校生們有個夢，夢想用所學的信息技術物聯網知識給宿舍區樓道燈做點改造。除了要有智能開關功能外，每一樓區的燈罩還要有所居住學生的專業特色，即燈罩上含有相應體育運動員的造型，燈罩的色彩也要有變化等等。這真是個好創意！筆者知道后決定幫助學生來圓這個夢。可怎么做呢？為此，師生們一起又開始了方案構思。

燈罩：用3D打印來實現，借助創制鏤空“鵝蛋殼”運動員造型經驗，參照一般普通燈罩外型樣式，把“鵝蛋殼”做得再大一點（可容得下一只燈泡安裝為宜）、壁做得再厚實一點（壁厚：2mm，填充密度50%）。

色彩：根據個人喜好，可選用不同3D打印耗材線原色或采用著色法來解決。而對喜歡色彩斑闌燈罩的同學，還可在打印前將不同色澤的PLA耗材線分段融接混合起來使用。

智能開關：直接選用市場上售賣的智能人體感應開關或聲光控延時開關來實現。

在學校支持下，與學生平日生活密切相關的首個3D打印應用創意很快得到了落實。當學生們看到自己親手制作的樓道燈一盞一盞地亮起時，心中甭說多美了。大家真真切切地體會到3D打印與多學科知識融合運用的甜蜜。

借助3D打印技術的學習與應用，筆者構建了一個又一個緊貼學生生活的情境，大大激發了學生求知創新的欲望。通過一次又一次提出問題、分析問題、解決問題的實踐，使得學生們的創造性思維能力與實踐水平獲得了提升和鍛煉。實踐證明，只要引導方法適當，學生所蘊藏的創新潛能定能被極大地釋放出來，而有深度有智慧的創意便會隨著知識學習的深度、廣度和應用機會的增加變得越來越多，核心素養培育也在活動的實踐中得到落實。可以相信，這種被培育出的有智慧的創新能力，不僅在3D打印學習實踐中獲得體現，也定能在其他學科知識的學習中、體育運動訓練和比賽場上獲得印證，甚至影響孩子們一生的發展。

參考文獻

李美鳳，孫玉杰.國外“設計型學習”研究與應用綜述[J].現代教育技術，2015（7）：12-18.

孫靜潔.基于“逆向思維學習過程模型”的3D打印教學研究[J].中國信息技術教育，2017（12）：43-44.