高中3D打印校本課程的開發與實踐研究

孫琪

摘要：3D打印技術是現代制造行業領域中一項新興的制造技術，代表了當今制造業的先進技術水平。目前，3D打印技術的課程教學已經進入了高中學校。高中階段的3D打印課程應當以三維設計為主，以培養高中生創新能力為主要教學目的。但在現實的一些高中學校中，缺乏完善的3D打印校本課程。本文便針對高中3D打印的校本課程的開發方法與實踐進行了研究。

關鍵詞：高中;3D打印;校本課程;課程實踐

中圖分類號：G633.98 文獻標識碼：A文章編號：1992-7711（2021）09-025

為了進一步提升高中3D打印校本課程的教學效果，高中學校在開發3D打印課程時，必須充分研究該課程的基本需求，確定3D打印課程的基本教學目標，選擇合適的教學設備，并通過課程實踐不斷收集高中師生對3D打印課程的意見反饋，從而不斷地對3D打印課程進行修訂完善，進而充分發揮3D打印課程對高中學生的教育作用。

一、3D打印校本課程的意義

3D打印技術是一種快速成形技術，以三維數字模型作為加工圖紙，使用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，逐層將圖紙物體加工出來。3D打印技術不僅擁有巨大的應用價值，針對3D打印技術的教學也可以有效培養學生的創新意識和空間設計能力，從而提升學生的綜合素質。

校本課程是學校獨自編寫的課程，與本校的實際教學具有較高的貼合度。將3D打印教育與校本課程開發相結合，體現了高中學校對素質教育的重視。

二、3D打印校本課程開發的具體方法

1.分析3D打印校本課程的需求

開發3D打印校本課程時，必須對各方面的需求進行分析，以確保3D打印校本課程的內容符合各方的需求。

首先是來自社會發展的需求。3D打印技術是當今流行的智能科技，依靠3D打印技術可大幅提升我國的制造水平。目前，我國制造行業對3D打印技術人員的需求是較為迫切的。

其次是來自學校改革的需求。學校除了要保證文化科目的教學質量外，也要在信息技術、通用技術等現代科技的教育方面有所突破，以此豐富學生的個人能力。3D打印技術則完全符合當前高中學校的教育改革需求，并且易于在實踐中落實。

第三是來自學生自身的需求。當前的高中學習生活極為緊張且單調，學生的精力幾乎全部放在文化知識的學習上。而緊張單調的學習生活限制了學生的全面發展，學生們希望能夠通過新課程獲得一定的自由發展空間，為今后的個人發展打下一定的基礎。同時，學習新的科學技術有利于學生與社會的聯系，以避免高中生與時代發展脫節。

2.確定課程教學目標

在設計3D打印校本課程的教學目標時，要遵循全面性、具體性、層次性和靈活性的原則。首先要設計知識與技能的教學目標，讓學生學會操作Blender、3DMax等三維設計軟件，掌握3D模型的分析技巧和3D打印機的操作能力。其次是讓學生能夠以小組為單位進行合作學習，以培養學生的自主學習能力和團結協作能力。最后要在3D打印教學中培養學生的審美情操和合作精神，幫助學生樹立正確的價值觀。

3.選定課程教學內容

（1）選定三維設計軟件。

三維設計軟件是3D打印技術實際應用的關鍵。3D打印機必須通過三維設計軟件生成的3D圖紙才能進行打印操作。目前，3D打印領域使用的三維設計軟件有很多款型，如Blender、PROE、3DMax、Maya等等。其中Blender是一款全能型的3D建模軟件，在3D模型創作方面更為全面。該軟件的頁面布局高度自由，學生可以自由發揮自己的創作思維，其渲染引擎強大，渲染效果極佳，支持多邊形建模，具有建模效率高質量好等特點，并且該軟件完全免費，經濟優勢較為突出。因此，可以選用Blender作為課程學習的三維設計軟件。

（2）選定打印機。

根據打印原理和打印方法的不同，目前使用的主流3D打印機有著多種類型。例如，常見的FDM打印機。該型3D打印機常用于學校教學，其打印原理是將材料加熱融化，然后層層堆積，從而實現3D打印。這種打印機的打印材料主要使用ABS和PLA塑料，具有操作簡單的特點，且具有一定的價格優勢。但是該型打印機的打印速度相對較慢，不具備較高的打印精度。

3DP打印機常用于工業生產，其打印材料主要有石膏、塑料和陶瓷等等。該型打印機通過鋪粉和粘接將3D圖紙打印成型，具有較高的打印精度，但該型打印機在造價方面則相對昂貴。此外還有SLA打印機和EMB打印機，這兩種3D打印機雖然打印精度更高，但是打印成本也更為昂貴，不適合高中學校的教學使用。

（3）編排3D打印課程。

3D打印課程的授課內容要秉持從簡到繁，循序漸進的原則，具體內容的編排工作要結合高中生的實際學習情況，以加深學生對3D打印的理解和學習。課程內容應當分為三大部分。前期課程部分主要向學生介紹3D打印的相關技術，教授學生關于三維設計軟件的基本操作。中期課程部分主要是以項目的方式讓學生掌握三維設計軟件和3D打印機的操作使用。后期課程部分主要是3D打印機的實踐應用。

三、3D打印課程的實施

1.3D打印課程的實施條件

3D打印課程的三維設計教學需要配備計算機教室，每臺計算機都應裝有Blender軟件。授課教師必須具備專業的3D打印教學能力和三維設計教學能力，能夠熟練操作Blender、3DMax等三維設計軟件。

2.3D打印課程的實施方式

考慮到高中課時安排得非常緊張，每周從常規的課時中給全體同學安排一節3D打印課程不是很現實，因此可以充分利用學校的綜合實踐活動或社團活動，以選修的方式，采取自愿的原則，組織學生開展3D打印課程。

3.3D打印課堂教學

在實際的3D打印課堂教學中，教師應當根據3D打印校本課程的教學目標和內容選擇使用合適的教學方法。3D打印課程教學適用的教學方法有多種，如視聽教學、任務驅動教學和項目式教學等等。視聽教學就是傳統的教學方式，通過教師講解和教學視頻進行授課，學生可通過視聽教學學習關于3D打印和三維設計的基本知識。任務驅動教學是每節課都給學生布置一定的任務，學生為了完成任務，通過學習材料或網絡查找學習需要的知識進行自主學習，任務完成后，任務所需要的知識點學生也能夠熟練掌握，是一種比較有效的學習方式。項目式教學具有較強的實踐性，教師規劃好一定的項目主題，學生以小組為單位圍繞項目主題互相討論，激發學生的創新思維，通過完成項目任務學習3D打印技術和三維設計技術，可以讓學生更靈活的掌握3D打印的相關技術能力并充分發揮學生的主觀能動性，同時還能培養學生的小組合作能力和交際能力。

四、3D打印課程的延伸

通過課堂教學可以讓學生初步掌握3D打印技術和三維設計技術。為了進一步提升高中學生對3D打印技術的學習興趣，強化學生對3D打印的掌握效果。學校方面還可以組織一些相關的競賽活動，并鼓勵學生踴躍參加，展示自身的能力，實現個人的一次突破。例如，學?？梢砸阅昙墳閱挝唬M織三維設計創意比賽。比賽設置多個設計項目，每位學生都可以根據自己喜歡的設計項目進行三維設計，學校將層層選拔，選出各個項目最佳的設計創意。學校方面還可以舉辦3D打印作品比賽，同樣分為多個比賽項目，學生將拿出自己的3D打印作品進行評比，評出最優的作品。

五、3D打印校本課程的實踐檢驗

對于高中學校3D打印校本課程的開發、實施等工作進行檢驗評價，對于完善該課程具有十分重要的作用。3D打印校本課程的實踐檢驗可分為兩個方面。

一方面可以通過期末評價來檢驗學生對3D打印課程的學習情況，從而反映出3D打印校本課程的教學效果。課程評價主要是為了檢查學生對3D打印知識的學習是否符合課程要求，同時還要檢驗學生的三維設計思維和對空間想象力的運用。3D課程期末評價可以以期末作業的形式來完成。教師向學生布置一項3D課程作業，由于受硬件條件的限制，作業將以三維設計方案為主。作業要求學生獨自對生活用品進行創意設計，要求使用Blender建模軟件，并制作作品的介紹PPT，PPT中應包含作品的簡介、創意思路、設計方法和設計創新點。

另一方面可以向教師和學生們發放關于3D打印校本課程的調查問卷，以問卷調查的方式收集高中師生對學校開發的3D打印校本課程的反饋意見。問卷的內容應當包含3D打印知識與3D建模軟件應用、對3D打印的興趣、三維設計創新意識、3D打印校本課程的形式和課程內容等多個方面。用問卷星制作調查問卷，利用信息技術課的時間向學生發放問卷完成問卷調查工作，根據問卷調查的統計數據對3D打印校本課程的教學效果進行分析。

當今社會對于創新型人才的需求量是十分龐大的，而3D打印課程的教育不僅可以培養3D打印的專業人才，還可以鍛煉專業人才的創新能力。因此，3D打印教學具有十分重要的意義。

參考文獻：

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[3]蔡明輝.高中3D打印校本課程的開發與實踐研究[D].廣西師范大學，2019.

（作者單位：山東省棗莊第三中學，山東 棗莊277000）