基于激光切割技術的中小學創客教育

顧筱玲

最近幾年，我國創客教育的發展已經從“探索”到“注重”，從個別嘗試到全面普及。創客教育實踐方式也從單一的開源硬件、3D打印、無人機等發展成為多學科、多類型融合的“創客教育+”新模式。從想法到建造，創客教育在各類新型軟硬件的支持下蓬勃發展，近兩年，無錫市在中小學創客教育活動中推動了激光切割技術的應用，下面，筆者結合具體實踐例子談談基于激光切割技術的創客教育的經驗和做法。

● 激光切割技術的組成

激光切割機是一個很好用的數字化工具，一塊木板經過激光切割機的快速加工，很快就可以完成作品，而且激光切割機的成本非常低廉。目前，學校創客空間大多數使用的是小型激光切割機。常見的激光切割作業包含平面作品、立體作品、機械作品三類，中小學應用激光切割機的創客作品主要是平面作品和立體作品。

有了激光切割設計軟件，學生就能夠向計算機輸入自己作品的內外結構、尺寸等全方位的細節，操作簡便，所見所得。激光切割的設計、加工過程可以培養學生創作思維的全局性、整體性、系統性，培養學生加工操作過程中的安全責任意識，使其能嚴格遵守設備操作規程，提高安全保護能力，并能培養學生自主學習思維、工程能力素養，提高其動手創造、團隊協作和解決問題的能力。

常見的激光切割設計軟件主要有SketchUp草圖大師、AutoCAD、solidworks、PRO/E等，由于各款軟件有不同的行業特點，同時學習每款軟件的使用過程較為漫長，無法滿足在校園創客教育中的普及應用，所以我們主要推薦使用的是Botcraft設計軟件。Botcraft設計軟件專門針對中小學生運用激光切割技術進行三維制圖而開發的，其主要優勢體現在：①采用模塊化拼裝的創新設計方式，通過布爾運算對三維結構的每個面進行加減法，學生只要把模型庫中的模塊進行添加，同時刪除不需要的部分，就可以完成三維設計，極大地降低了設計難度;②將國內主流品牌的開源硬件全系列加入到數據模型庫中，讓學生根據器材直接調取打孔或預留空間，并在軟件中進行實物拼裝仿真，極大地提高了設計質量;③具備三維作品轉化為平面加工零件圖的功能，學生只需一鍵導出平面加工零件圖，再通過幾分鐘的切割，就可以獲得自己的設計作品;④引入簡易化的設計軟件，讓學生可以完成從平面作品到立體作品甚至機械作品的升級，更好地實現自己的創意。

例如，以作品“開門的盒子”為例，使用Botcraft設計軟件，學生只需要完成下頁圖1左邊的三維仿真設計圖，系統就可一鍵生成右邊的平面切割圖，并自動排列全部的七個零部件。

● 激光切割技術在中小學創客教育中的優勢

激光切割機與3D打印機、微型或小型機床并稱為校園創客空間的“三大法寶”，當前各中小學在建設校園創客空間時，常把激光切割機作為必配的設備。激光切割技術在創客教育中具備如下三個優勢：

首先，激光切割機可以加工各種材料。依靠激光切割機，學生可以實現原來依靠手工制作難以實現的一些功能，如各種材料的高精度雕刻，從而將關注的重點放在設計和建造上，而不再受到材料的制約。

其次，激光切割機為創客作品帶來時間和設計的便捷。例如，一些作品的框架結構，如果沒有激光切割機，學生通常只能靠手工來制作，在細節和構造上，很難達到預期的效果。這些框架結構平時可以用3D打印的方式實現，但到了比賽的環境中，由于3D打印過程耗時較長，一次成品的可用率并不高，很容易影響到整個作品的成敗，而利用激光切割技術就可以比較完美地解決這一問題。激光切割技術高效的設計制作使得作品的各個部件可以隨時調整和完善，學生可通過將切割出的部件實際拼搭，不斷檢驗和迭代自己的設計。

再次，激光切割設計軟件的不斷更新迭代，能將切割技術與其他創客技術無縫融合。學生在利用激光切割結構時，可以結合開源硬件、無人機、3D打印等技術和產品部件，創作出集多元素、多功能于一體的具有工藝藝術性，并更加實用的創客作品。

● 激光切割技術在推動創客教育方面的作用

激光切割技術有助于學生更好地建立工程思維。在中小學創客教育活動中推進激光切割技術的應用，使得學生有條件有機會從中感受設計的嚴謹性，收獲設計的快樂。

為鼓勵中小學積極開展激光切割機的應用研究，我們在無錫市的中小學創客大賽中設置了基于激光切割技術的專項賽事——激光智造創意賽，該項賽事以體現激光切割、雕刻的工藝特色為側重點，要求選手以激光切割（雕刻）技術創作相關作品，作品種類包含生活家居用品類（如燈具燈飾、裝飾品、家用小電器等）、文化創意類（如文創產品、節假日傳統特色、景區名人紀念品、藝術品等）、智能交通工具類（如智能小車、坦克、飛機等）及機械結構類（如機械蜂鳥、傳動機構、機械動物等）4大類別。有了激光切割機，小創客們如虎添翼，大賽涌現出不少優秀作品（如圖2），其作品完整度高，藝術表達性突出，作品結構設計科學合理，均達到了消費級產品的層次。

在越來越多的中小學生創客活動中，我們可以看出，激光切割技術已不再是高不可攀的技術，激光切割機也不再是束之高閣或避而遠之的創客設備。在創客教育中，如何讓師生更多地“創”起來，如何讓創客設備更好地“轉”起來，如何讓創客課程更有效地“開”起來，還需要我們在實踐中不斷地探索和研究。筆者相信，只要愿意親身參與，人人都有希望成為創客。