3D打印課堂教學(xué)的研究與實(shí)施

陳敬樂(lè)

摘要：隨著時(shí)代進(jìn)步，3D打印技術(shù)已經(jīng)逐漸深入到我們生活的各個(gè)方面，3D打印這一項(xiàng)創(chuàng)新型的新興技術(shù)，成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要手段。為加快3D打印在我校的普及，培養(yǎng)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，結(jié)合“靈動(dòng)創(chuàng)客”社團(tuán)活動(dòng)，筆者進(jìn)行了“3D打印入課堂”教學(xué)探索。文章從3D打印在教育領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用著手，分析當(dāng)前現(xiàn)狀，著力研究有效的課堂實(shí)施策略，努力提供多樣化的學(xué)習(xí)資源，培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力和動(dòng)手能力，讓學(xué)生的想象變成現(xiàn)實(shí)，讓教師的教學(xué)更加立體。

關(guān)鍵詞：3D打印;課堂教學(xué);教學(xué)策略

一、“軟硬兼施”打印實(shí)物，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)作熱情

廣州市各區(qū)中小學(xué)一直在嘗試開(kāi)設(shè)3D設(shè)計(jì)課程，但由于硬件設(shè)施的配備和軟件的難度與不易操作性，學(xué)生無(wú)法全程體驗(yàn)3D設(shè)計(jì)的過(guò)程。針對(duì)以上情況，我校于2017年購(gòu)買了兩臺(tái)3D打印機(jī)，授課教師先做學(xué)生創(chuàng)意的加工廠，通過(guò)自學(xué)一到兩款3D打印建模軟件，利用平時(shí)休息時(shí)間，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)并打印出不同的實(shí)體模型。在第一節(jié)3D打印課，教師為學(xué)生介紹3D打印機(jī)工作原理時(shí)，在3D打印實(shí)物展臺(tái)前邊講邊演示，同時(shí)與學(xué)生互動(dòng)，讓學(xué)生在發(fā)放的圖紙上畫出自己喜愛(ài)的各種圖形，并挑選個(gè)別學(xué)生繪制的作品現(xiàn)場(chǎng)操作，將學(xué)生設(shè)計(jì)的繪畫作品轉(zhuǎn)化成3D打印的實(shí)物，讓學(xué)生見(jiàn)證自己的繪畫作品轉(zhuǎn)眼間就變成3D打印實(shí)實(shí)在在的物品，讓他們感到3D打印的奇妙之處。這大大鼓舞了學(xué)生的創(chuàng)作熱情，為以后的3D打印學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、利用新型微課技術(shù)引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)

3D打印技術(shù)跟以往的學(xué)習(xí)有所不同，它需要學(xué)生具有一定的三維空間思考能力，因此，利用新型微課技術(shù)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)有很大的幫助。課堂上，學(xué)生利用學(xué)習(xí)設(shè)備觀看課前教師準(zhǔn)備好的微課視頻，通過(guò)簡(jiǎn)練的語(yǔ)言和清晰的教學(xué)步驟，了解3D打印模型的制作過(guò)程，很容易就掌握了制作方法。對(duì)于學(xué)習(xí)的重難點(diǎn)，學(xué)生還可以反復(fù)觀看，邊觀看邊操作，直到突破難點(diǎn)，掌握重點(diǎn)為止。由于微課視頻都是由專業(yè)的教師錄制，微課全過(guò)程經(jīng)過(guò)反復(fù)推敲，能達(dá)到讓學(xué)生學(xué)習(xí)速度快、效率高的效果。利用微課進(jìn)行教學(xué)，能夠克服教師在教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的突發(fā)問(wèn)題，不會(huì)因?yàn)樵O(shè)備、學(xué)生等主客觀因素而影響教學(xué)進(jìn)程，達(dá)到教和學(xué)的無(wú)縫連接。尤其是微課基本由名師制作，語(yǔ)言、體態(tài)和內(nèi)容控制上都能處于最優(yōu)化狀態(tài)，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)必然得心應(yīng)手，事半功倍。在《俄羅斯套娃——圖形的旋轉(zhuǎn)和復(fù)制》這一課中，筆者根據(jù)本課的重難點(diǎn)，制作了兩個(gè)微課，分別是圖形的旋轉(zhuǎn)和圖形的復(fù)制。每一個(gè)微課里，除了有清晰具體的操作步驟以外，還在操作過(guò)程中的難點(diǎn)做了標(biāo)識(shí)，容易操作錯(cuò)誤的地方做了講解，微課結(jié)束時(shí)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的文字歸納，讓學(xué)生形成清晰的思路，更快掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容。

三、鼓勵(lì)學(xué)生合作交流，探究學(xué)習(xí)

（一）合理分組

由于3D打印創(chuàng)客課程對(duì)小學(xué)生而言，有一定的難度，因此合理分組是開(kāi)展小組合作探究學(xué)習(xí)的一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，教師應(yīng)當(dāng)充分考慮小組里面每一位學(xué)生的實(shí)際情況，把分別具有觀察能力、操作能力、理解能力的學(xué)生合理安排，考慮優(yōu)等生、中等生和后進(jìn)生的情況科學(xué)分配，盡可能提高學(xué)習(xí)效率。總的來(lái)說(shuō)，就是必須把小組內(nèi)的各方面能力平衡好，優(yōu)化小組結(jié)構(gòu)。因此，在探究學(xué)習(xí)的過(guò)程中，就能形成能力強(qiáng)弱互補(bǔ)，相互帶動(dòng)，充分發(fā)揮學(xué)生各方面的能力特長(zhǎng)，避免出現(xiàn)后進(jìn)生遇到困難就停滯不前的現(xiàn)象，真正提高學(xué)習(xí)效率。在《新型文具》這一課中，筆者巧妙、合理地分配不同特長(zhǎng)的學(xué)生，有的學(xué)生動(dòng)手能力強(qiáng)，有的學(xué)生擅長(zhǎng)形象設(shè)計(jì)等，他們?cè)O(shè)計(jì)出來(lái)的桌椅、筆盒、橡皮等等，都有出乎意料的效果。

（二）巧妙分配學(xué)習(xí)任務(wù)

3D打印課堂學(xué)習(xí)跟常規(guī)的課堂學(xué)習(xí)有所不同，除了三維空間難度大以外，知識(shí)難點(diǎn)能否有效突破，是整個(gè)作品的建模是否成功的關(guān)鍵，因此，巧妙分配學(xué)習(xí)任務(wù)在開(kāi)展小組合作探究學(xué)習(xí)的過(guò)程中顯得尤為重要。在整個(gè)3D打印校本課程體系里，每個(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容都安排了三到四個(gè)任務(wù)，根據(jù)每一節(jié)課的學(xué)習(xí)特點(diǎn)及學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，合理配置難度不同的學(xué)習(xí)任務(wù)順序。另外，教師應(yīng)該考慮學(xué)生的實(shí)際能力，設(shè)置每一項(xiàng)任務(wù)的難易程度。在《算盤》一課中，由于“陣列”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)是難點(diǎn)，筆者就特意把這一學(xué)習(xí)任務(wù)安排在任務(wù)一，讓學(xué)生有充足的時(shí)間和精力解決本課難點(diǎn)，剩下的任務(wù)是之前知識(shí)的遷移，學(xué)生可以觸類旁通。可見(jiàn)，學(xué)習(xí)任務(wù)的巧妙分配也是整節(jié)課教學(xué)目標(biāo)能否達(dá)成的關(guān)鍵。

（三）教師從旁指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生交流

在學(xué)生小組合作探究學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師要從旁指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并找到解決問(wèn)題的方法，尤其要把握好任務(wù)的導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生始終圍繞本節(jié)課學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，以最快速度完成學(xué)習(xí)任務(wù)。同時(shí)，教師還要協(xié)調(diào)好小組內(nèi)每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)分工，讓學(xué)生的特長(zhǎng)淋漓盡致地發(fā)揮出來(lái)，從而提高整體學(xué)習(xí)效果。對(duì)探究學(xué)習(xí)中有進(jìn)步的學(xué)生，要及時(shí)給予肯定，鼓勵(lì)他們?cè)俳釉賲枺浞终{(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，形成你追我趕的良好學(xué)習(xí)氛圍。在《創(chuàng)意設(shè)計(jì)》一課中，學(xué)生通過(guò)自己的思考，利用所學(xué)的知識(shí)，各組每一位學(xué)生都各抒己見(jiàn)，發(fā)揮各自豐富的想象力，如“水果拼盤”“太空飛船”“掃地機(jī)器人”等等，教師要充分肯定學(xué)生的創(chuàng)意，鼓勵(lì)他們克服困難，引導(dǎo)他們尋求解決困難的辦法。一節(jié)課下來(lái)，每個(gè)小組都完成了各自的作品，體現(xiàn)出探究學(xué)習(xí)的高效性。

四、教師點(diǎn)撥解難，掃清學(xué)習(xí)障礙

在3D打印校本課程中，我們選取簡(jiǎn)單實(shí)用的3DONE建模軟件，學(xué)生操作起來(lái)容易實(shí)現(xiàn)二維向三維空間的轉(zhuǎn)換。學(xué)生經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的學(xué)習(xí)，對(duì)基本形狀的縮放、旋轉(zhuǎn)、平移、平視、側(cè)視、仰視、俯視等角度的操作已經(jīng)基本掌握，但在建立起三維空間的造型視線，完成物品的軟件模型構(gòu)建過(guò)程中，也許會(huì)遇到不同程度的困難。這時(shí)就需要教師答疑解難，一一訂正綜合課堂上學(xué)生出現(xiàn)的問(wèn)題，尤其是全班沒(méi)有一個(gè)學(xué)生能夠解答的問(wèn)題，教師要及時(shí)講解，系統(tǒng)了解本課的知識(shí)結(jié)構(gòu)，有利于掃清學(xué)生在學(xué)習(xí)本課內(nèi)容的障礙，為后面的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。如在《卡丁車》這一課中，學(xué)生只看到卡丁車整體的造型，不知道各部件之間如何搭建，制作起來(lái)十分困難。這時(shí)，教師就需要把整體模型進(jìn)行拆解，讓學(xué)生了解各部分構(gòu)造，用不同視圖展現(xiàn)在學(xué)生面前，拓展學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)作靈感，同時(shí)提高課堂的效率。

五、發(fā)揮學(xué)生想象，立意創(chuàng)作

創(chuàng)作源于生活，只要設(shè)計(jì)出模型，就可以通過(guò)3D打印機(jī)實(shí)現(xiàn)。3D打印課程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是打印模型，也就是把人的創(chuàng)意和設(shè)計(jì)打印成實(shí)物。要想打印出栩栩如生、富有立體感的實(shí)物，學(xué)生必須發(fā)揮創(chuàng)意和想象力，了解平常生活中接觸的立體實(shí)物，運(yùn)用學(xué)過(guò)的知識(shí)，設(shè)計(jì)各種各樣的概念汽車、玩具小動(dòng)物、智能機(jī)器人、創(chuàng)意搭建、宇宙飛船、智能家居、玩具等。學(xué)生接觸得越多日常生活中的實(shí)物，想象力越豐富，創(chuàng)作出的作品就越形象生動(dòng)，因此，更能讓學(xué)生升華學(xué)習(xí)內(nèi)容，很好地完成該節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

3D打印課程實(shí)施以來(lái)，學(xué)生課堂上愛(ài)學(xué)樂(lè)學(xué)，利用課余時(shí)間設(shè)計(jì)的模型多次獲得市區(qū)的多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)，是我校“靈動(dòng)創(chuàng)客”社團(tuán)的重要組成部分，已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)出其教育價(jià)值，學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力得到了很大的提高。3D打印課堂具有“理想變現(xiàn)實(shí)”的獨(dú)有特點(diǎn)，能夠把學(xué)生的創(chuàng)意變成實(shí)實(shí)在在的作品，使學(xué)生在課堂上獲得成功感、愉悅感，成為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及內(nèi)在的驅(qū)動(dòng)力。今后，我們將繼續(xù)探索3D打印創(chuàng)新課堂教學(xué)，提高教學(xué)效率、豐富教學(xué)手段，滿足個(gè)性化學(xué)習(xí)、培養(yǎng)創(chuàng)新能力，通過(guò)3D打印課堂引導(dǎo)學(xué)生由簡(jiǎn)單的創(chuàng)意設(shè)計(jì)向更廣闊的領(lǐng)域延伸。

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