3D打印技術在高中通用技術課程中的應用研究

肖央紅

(重慶市長壽中學校 重慶 401220)

《普通高中通用技術課程標準（2017年版）》出臺以來，通用技術課程教學有了顯著的變化，主要以創造創新為核心，培養學生的創新思維能力和自主設計能力，同時提高學生的綜合素質。通用技術學科也需要融入創客教育和STEAM教育理念，3D打印技術中的3D建模和3D打印機更是貫徹創客教育重要的途徑，有助于將學生的創意變成實物，讓抽象的物體具體化、形象化。所以，將3D打印技術引入高中通用技術課程，能促進學科知識多元化，培養學生跨學科解決問題的能力，最終提升學生學科素養和綜合素養。

一、3D打印技術

3D打印技術，又叫“快速成型技術”，是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料可粘合材料，通過逐層打印的方式構造物體的技術，最終把計算機里的模型變成實物。

3D建模軟件，使用一些簡單的圖形來設計、創建、編輯三維模型，通過對這些簡單圖形的堆砌和編輯生成復雜形狀，或者在一個已有的模型上進行修改，像是在搭積木一樣，能夠快速地將構思設計成型。

3D打印機，能將3D建模軟件設計的3D模型打印成實實在在的物體的機器，打印時間通常較長。

二、3D打印技術在高中通用技術教學中的創新應用策略

利用3D打印技術能將虛擬的3D數字模型快速打印成實物模型，在通用技術教學中，教師可適當引導學生將進入創新設計和圖樣表達環節，讓學生在抽象概念和直觀模型之間自由轉換，使設計思路實現可視化和實體化，通過圖樣表達設計構思，用技術語言實現有形與無形、抽象與具體的思維轉換，從而培養學生的創新精神、創新思維和創造能力，進而實現創新設計。

（一）基于3D建模軟件，構建立體圖樣

使用3D建模軟件表達學生作品構思，可以使作品在完整性、可實施性方面有更好的體驗。以前都是在紙上畫設計稿，由于二維畫面的限制，學生通常只考慮前面的設計效果，而忽略了其他角度的整體效果。例如，在高中通用技術課程必修一第一單元“結構與設計”第四節“橋的設計”中，以往很多學生只設計了橋正面的效果圖，甚至根本就沒有想橋的里面或背面是怎樣的，要設計什么結構與正面相呼應。橋的設計非常重視美觀、承重、與周圍環境相適應等因素，需要從不同的角度去觀察橋的設計。即使在教學中，教師引導學生用紙板等物體來制作一個立體模型，但是這樣的模型還是不夠完整，也不便于修改。而3D打印建模環境就可以避免這些現象，設計過程中學生就能不斷地從各個角度觀察作品，自然而然地對作品的空間效果進行思考設計。

（二）基于項目式學習，熟練掌握創意建模軟件

高中通用技術新課程標準要求學生具備的學科核心素養中，要求學生使用二維或者三維設計軟件繪制簡單的技術圖樣，對意念中或客觀存在的技術對象進行可視化的描述和交流?？梢姡莆战＼浖欠浅Ｓ斜匾?。

通過項目式教學，每節課設定好項目內容，提供一些操作步驟，讓學生通過小組合作、自主探究、作品展示與交流等環節，最終完成一個3D模型的設計。通過項目式學習活動，培養學生的邏輯思維，創新設計和創新思維能力，可有效提高學生使用建模軟件的能力，使用建模軟件構建3D打印模型也是3D打印的核心，與3D打印機共同應用到高中通用技術教學中，就可以直觀地完成“智造”的全過程。

三、3D打印技術在高中通用技術教學中的創新應用實踐

通用技術學科課程的核心素養之一是立足實踐、注重創造，以設計學習、操作學習為主。設計的作品效果一般先通過圖樣或模型的方式呈現，如生活器具、家具家電、交通工具等，設計種類中的某一項，或者某一項的某一部分等，都可以使用3D打印建模軟件完成作品的創意設計。所以，將3D打印技術應用于通用技術教學實踐是信息技術與學科融合的大膽嘗試與實踐創新。

例如，以設計一個“便攜式提袋器”為例，簡單介紹一下3D打印技術在高中通用技術教學中的應用實施過程。

第一課時，主要討論生活中遇到的不滿意、不適用的情況，提煉出主題，提出解決辦法，設計草圖改進等。比如，在超市購物后利用購物袋拎東西時，我們的手會被購物袋勒紅，那么提出設計一個“便攜式提袋器”的主題。

第二課時，主要利用3D建模軟件根據創意草圖設計作品模型，然后小組討論，完善作品設計，如提袋器邊緣圓角設計等。

第三課時，利用3D打印機打印作品模型并交流展示，最后總結在此項目過程中的收獲與體會。由于3D打印機打印作品耗時一般較長，所以打印環節放在課前進行，課堂上每個小組推薦同學進行展示交流，其他小組提出看法和建議，將看法和建議記錄在項目報告里，結合其他小組的作品優點，對自己的作品進行反思總結。

四、3D打印技術在高中通用技術教學中的創新應用反思

通過筆者近兩年的教學實踐，在通用技術教學中整合教學知識點，實施了多個設計項目，如“拐杖的優化設計”“簡易陀螺設計”“筆筒設計”“橋的設計”“創意掃帚”等，為在高中通用技術課程中引入3D打印技術作出了探索和嘗試。通過3D創意建模，追求創意樂趣，訂制個性化作品，滿足個性化需求，也正是這種“個性化”作品可為學生創造性思維的培養創造條件，最后通過3D打印機將自己的設計模型打印成真正物體，更能激發學生的積極性，在學習中獲得成就感和滿足感，可大大提高學生的學習興趣。在項目設計的過程中往往還要兼顧藝術性、工程性等問題，融合科學、數學、物理、藝術等知識，使學生不斷跨學科思考問題，找到解決問題的思路，這也正是STEAM理念在教學中的實踐應用。

綜上所述，基于STEAM教育理念，在高中通用技術課程中引入3D打印技術，能夠大大激發學生的學習熱情和實踐積極性，讓學生的創意變為現實，學生在掌握通用技術課程知識的同時，利用3D打印技術更好地培養學生的創造思維和創新能力，發展學生的學科核心素養，提升學生的綜合素養。