運用3D打印提升學生通用技術核心素養

陳毅

隨著通用技術課程的改革，通用技術核心素養成為新課程教學的主要目標，那么如何在課程中更好地提升學生通用技術核心素養？新興的3D打印對此有重要作用。本文就以3D打印與通用技術相結合的項目化課程——“小風扇的制作”為例，討論3D打印對提升學生通用技術核心素養的作用。

一、引言

3D打印是一種以數字模型文件為基礎，運用PAL、ABS或粉末、金屬、塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。隨著創客教育在各地的不斷推進，很多學校都開設了3D打印課程并建立3D打印社團，各學科也將3D打印技術與課程結合，促進學生對本學科課程的學習，取得了不錯的效果。那么普通高中的通用技術課程如何與3D打印技術相結合呢？3D打印技術如何促進通用技術課程核心素養的落地呢？

普通高中通用技術課程是一門立足于實踐的學科。隨著課程的改革，通用技術課程列出了以技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達、物化能力為主的核心素養目標，力求培養學生理解技術、使用技術、積極參與技術實踐活動等方面的技術素養，培養他們的創新意識和物化能力。而3D打印技術的工作過程是先設計，然后三維建模，再對模型切片，輸入打印機打印，最后對作品進行后處理。3D打印的設計與三維建模過程可以提升學生的圖樣表達、創新設計、工程思維能力;模型的切片、打印、后處理可以加強學生的技術意識和物化能力。項目化課程“小風扇的制作”中，就很好地融入了通用技術核心素養。

二、課程設置

我校通用技術課程采用項目化教學的方式，以項目為載體，采用項目引導、任務驅動的教學方法。課程以小組合作形式展開，進行項目分析、信息收集、方案制訂、設計制作、測試優化和作品評價等活動，讓學生主動探究、主動獲取、親自體驗，從而得到知識、能力、技術方面的綜合培養。

比如我在技術與設計1的教學中，分別以粉筆收納盒和小風扇作為課程的主要項目，帶領學生對設計作品的三視圖、草圖、電腦三維制圖等進行探討。學生通過對粉筆收納盒、小風扇的設計、制作，掌握了三視圖、草圖和電腦三維制圖的繪制，以及基本的木工工藝、電路設計和3D打印技術，經歷了發現問題、信息收集、方案設計、設計制作、測試優化、展示評價等分項活動，對設計的一般過程和各項技術有了一個清晰的認識和評價。

三、遇到的問題和解決辦法

經過前期對三視圖和草圖的學習，通過測繪、討論和分析，學生能將設計的小風扇的三視圖和草圖繪制出來，而且設計的樣式五花八門。能通過對三維軟件的學習，將小風扇的三維圖繪制出來，但是當對小風扇進行加工時，卻因為設計的尺寸和樣式的復雜性，不能很好地將作品打印出來。再加上3D打印出來的零部件有些許誤差，設計的作品沒有預留線路通道和螺絲裝配孔等原因，小風扇的零部件不能進行裝配成型。因此在教學過程中，教師要多跟學生進行分析、探討，要合理地分析整個“工程”，落實到每節課堂。比如，要準確地量取風扇的扇葉等部件的尺寸，要注意預留小風扇導線的通道和所占用的空間，要考慮風扇外殼對風力的影響和產生的噪音，等等。在設計環節，教師要對學生的設計圖紙進行分析評價，和學生一起評選出小組內設計最好、最合理的圖紙作為后續電腦三維制圖的基礎圖紙。在電腦三維制圖階段，按小組進行繪制，要注意作品各部分連接和裝配情況，為打印制作做準備。在打印制作階段，小風扇零部件切片時，零部件打印擺放位置不一樣，零部件的精度也會不一樣。在后續的電路連接和裝配環節，要注意焊接零部件的順序和裝配順序。

我校創客中心有20臺電腦、7臺打印機，在小風扇的制作過程中只能按小組合作的方式進行學習。為了很好地進行教學和制作作品，在項目實施之前就在各班招收部分學生進入3D打印社團，進行前期的三維制圖軟件和3D打印的學習，從而更好地在各班開展三維設計軟件和3D打印教學。這樣也培養了一批三維設計軟件、3D打印操作熟練的學生，為后續的3D打印比賽人才選拔打下基礎。

四、教師和學生的改變

之前通用技術課程的教學大多以理論為主，再加上學生對課程不重視等，課程實施壓力很大。這讓課程的“地位”越來越低，教師也容易自我懷疑，否定自己，否定科目。實施這些項目化實踐課程以后，課程教學狀況有明顯的改變，課堂也活躍了很多。大多數學生下課以后都不愿離去，而且課后也來學習制作作品，部分學生更是利用三維設計、3D打印去設計班徽、打印零部件，解決生活中的問題，這些改變都讓教師和學生激情高昂。

通用技術核心素養的提出有效地指導了高中通用技術課程的教學，通用技術教師不會像以前那么迷茫。隨著3D打印技術的普及和發展，3D打印技術在以后的學習和生活中都可能會用到，是學生必須要了解和掌握的一項技術。而普通初高中沒有開設專門的3D打印課，所以將通用技術課程與3D打印技術相結合，使學生了解3D打印，并通過實踐和制作落實通用技術的核心素養，是一個完美的結合。