初中信息技術3D打印創客課程的教學實踐探討

福建省霞浦縣第七中學 王 嫻

隨著基礎教育智能化、信息化的日益發展，創客、3D打印、機器人、人工智能等新技術形式不斷呈現，對初中信息技術課程教學提出了更高的要求。本文結合本校開展創客教育的實際情況，圍繞初中信息技術教學，探討分析3D打印創客課程的實踐問題，力求探索獲得促進3D打印創客課程深度實踐的有效路徑，真正提高初中生的創新創造意識和終身學習能力，為核心素養培養奠定堅實的基礎。

一、初中信息技術3D打印創客課程的核心概念

（一）創客

創客英文為“Maker”，本意指制造者，本文強調那些具有廣泛興趣和愛好，富有創新理念和創造精神，樂于奮斗鉆研，能將自己的各種創意和想法轉化成現實作品的群體。

（二）創客教育

創客教育是創客文化與時代教育的結合，根據學生的研究、學習興趣，通過項目式學習活動，有效利用數字化工具，鼓勵相互交流分享，提倡跨學科、跨領域創造事物，鍛煉團隊協作、創新創造、探索解決現實問題等能力，培養綜合素養的一種素質教育模式。創客教育主要通過搭建創客平臺，設置創客空間，融合科學、數學、物理、化學、藝術等跨學科知識，創設創客課程為載體，培養學生的綜合創新能力和素質。

（三）3D打印創客課程

3D打印創客課程是通過將先進的3D打印技術（也稱增材制造技術）引進校園、融進信息技術課堂，創編3D打印創客校本課程，整合開發3D打印創客教學活動案例，并利用三維模型設計軟件開展創意設計，運用3D打印機實現創新成果落地的課程。當前，3D打印創客作為一種熱門實踐活動被許多學校引入校本課程，3D打印獨特的成型技術日益引發學生的關注，3D打印創客課程為學生提供了一個盡情展示風采和才華的平臺，使他們能掌握使用3D打印技術的方法和技能，自由表達思想，激揚創意和靈感，拓寬創新性思維，從而在潛移默化中提高信息技術課堂學習成效。

二、初中信息技術3D打印創客課程的開發現狀

（一）國家政策支持

近年來，我國政府非常重視3D打印技術的開發、應用和推廣，先后頒布了多項政策，大力支持3D打印技術產業和教育事業發展。2015年，《國家增材制造產業發展推進計劃（2015—2016年）》突出強調了3D打印技術的重要意義，提出將3D打印技術列入國家戰略發展規劃，推廣和普及3D打印技術教育教學。2016年，中華人民共和國教育部制定《教育信息化“十三五”規劃》，要求各類學校積極探索先進技術在“眾創空間”“創客教育”等新領域中的教育研究和利用空間。這為優化初中信息技術課程教學、融合3D打印創客教育、完善青少年學生創客教育課程體系迎來了新的發展機遇，但同時也帶來了諸多的挑戰。

（二）教育實踐應用

3D打印創客課程是學校加強信息化課堂建設的重要指標和內容。當前，3D打印技術引發了許多教育專家和學者的重視，也受到了廣大師生的歡迎和推崇，逐漸成為開創創客教育新視窗的重要工具。國內有些知名學校在探索和踐行3D打印創客教育方面已初見成效，為其他學校提供了許多值得借鑒的教學經驗和應用成果。不少學校紛紛結合各個學科教學需要，積極打造3D打印創客團隊，廣泛開設了各種形式多樣、豐富多彩的創客競賽活動和創新主題實踐活動，形成具有各校特色的校本教育項目。并且，我校教師在初中信息技術教學中非常關注3D打印技術這一高科技應用技術，嘗試將信息技術教學與3D打印創客課程有機融合在一起，創設實施3D打印創客教育新模式，編設3D打印創客教育典型課例，更好地讓學生盡情體驗“在做中學”“在動手中創造”，并通過深度教學實踐、加強推廣和應用，使創客教育理念真正落實落細，促進了學生創新學習能力的培養。

三、初中信息技術3D打印創客課程的應用評析

（一）應用優勢

1.有助于豐富創客課堂，激發學習興趣

教師將3D打印技術融匯應用到學生的現實學習和生活中，能為學生開辟更多豐富多樣的創客活動課堂，不斷激發其參與創造性學習的興趣和熱情。學生踴躍參加3D打印創客課程，充分領略和感受精彩的3D打印技術，盡情體驗創客教育活動，能大大激起自己的創新興趣和激情，積極驗證自己的奇思妙想，展現自己的創意和物化成果。

2.有助于增添輔學工具，提升學習能力

融合實施3D打印創客課程，不僅能指引學生深入研究學習過程，提高學生解決問題的能力，而且能鼓勵學生發揮聰明才智，應用3D打印技術展現自己的創意作品，促進創新意識培養。教師指導學生利用3D One三維建模軟件開展學習時，由于軟件的操作界面簡潔直觀，操作命令豐富，不需要耗費大量的時間和精力，即使是初學者也容易上手，能幫助學生快速入門，自由地開展建造模型，使他們在“玩中學、學中創、創中玩”的良好氛圍中鍛煉空間想象思維，提升動手實踐和創新學習等能力。

3.有助于轉變教學模式，培育綜合素質

3D打印創客課程教學充分體現了當下先進的創客教育理念，獲得廣大師生的認可和贊同，能促使教師緊跟時代發展的步伐，積極轉變自己的教育教學觀念，融合創客教育思想，勇于創新設計新穎活潑的課堂教學模式，開啟學生新的學習旅程，促進學生培育創新學習綜合素養。在良好的創客文化環境中，學生踴躍參加創客集訓營、創新創業大賽等有趣的學習實踐活動，積極探索解決現實問題，創新設計制作個性化作品，親眼見證自己的創意和想法在3D打印技術支持下鮮活地得以實現，無限激起了學生豐富的新奇感和想象力。

（二）應用局限

3D打印技術在基礎教育領域的推廣還需經過長期的過程，在編設3D打印創客課程、加強應用效果等方面仍具有一定的局限性。首先，要求初中信息技術教師掌握必備的專業學科知識，擁有跨學科、多領域的創客文化知識，有效開展創客教育活動。其次，3D打印創客課程需要一定的投入成本，模具制造、工業設計等領域的專業3D打印機價格昂貴，維修難度大。基層學校資金短缺，教學條件受限，就只能采用桌面級3D打印機，但技術精度不足，打印樣式不夠美觀，模型打印效果會打折扣，難以滿足某些復雜模型的打印需求；同時，打印材料多、打印次數增加時容易造成材料和資源的浪費。最后，開設3D打印創客課程需要創建特定的創客空間，需要配置獨立的設計活動室，更好地開展創客活動。

四、初中信息技術3D打印創客課程的實踐路徑

加強應用實踐是推進初中信息技術3D打印創客課程的關鍵。3D打印創客課程給學生帶來了全新的研究學習模式，有效激發了學生的創新思維，培養了其探索科學、實踐創新等求知精神。接下來，利用“設計制作富有個性特色的筆筒作品”項目活動案例，探討初中信息技術3D打印創客課程的具體教學環節與開發和應用實踐過程。

（一）研究學生學情，設計課程目標

3D打印創客課程項目活動面向的對象是本校七、八年級學生，選擇該課程的多數學生對3D打印創客活動非常感興趣，動手實踐能力也比較強，富有創意激情，樂于動腦動手，但他們對三維建模、創客設計等缺乏深入了解。初中生已見識過圓柱體、棱柱體、球體以及多面體等幾何體，通過參與創客課程實踐，他們能學會將課本中的各種空間和平面幾何體轉化成現實的實物模型作品，促進藝術創造和審美能力的發展。

為此，教師圍繞“設計制作富有個性特色的筆筒作品”項目活動主題，指導學生學習、運用3D One建模設計軟件中的草圖繪制、拉伸、布爾運算、陣列等命令的一般流程和操作方法；同時，明確設定了課程教學目標：著重指導學生掌握應用3D One建模軟件繪制規則實體和不規則實體的常用方法；使學生通過應用3D One建模軟件繪制各種規則實體，深入理解三維建模思想方法；使學生通過巧用布爾運算，創新設計出獨具特色的筆筒造型，突破創客難點。

（二）精選教學軟件，保障課程實施

為保障3D打印創客課程項目的順利實施，教師要重視選用合適的教學軟件，切實促進課程項目的有效開展。3D One建模設計軟件是一款相對簡單易學的3D空間建模軟件，功能界面簡潔便利，適合初中生的知識基礎和認知水平，更易于啟迪青少年學生的創新學習思維，能滿足他們零起點、易上手的學習需求，使學生輕松愉悅地體驗創新學習過程，充分感受在“玩中學、學中創、創中玩”的成就感，將一個個創意變成現實作品。同時，軟件配設的社區平臺還有各地優秀創客教師的教程、講座和講課視頻等資料，為開展創客課程教學提供了豐富的教學資源。

（三）優化教學過程，實現有效教學

1.引入項目情景

進入3D打印創客課程教學，教師首先要對學生明確提出項目任務。針對“設計制作富有個性特色的筆筒作品”項目活動主題，提出的任務不能過于具體。例如，教師節即將到來時，教師可以巧妙提出問題：“你會以什么樣的方式感恩自己的老師？”引發學生的個性思維，激勵學生發揮自己的想象力，設計制作出具有特色、飽含謝意的教師節禮物。有了項目情景的巧妙引入，學生就能激起研究學習的興趣和動機，將建模學習與生活事物緊密聯系，不再覺得學習3D打印技術過程枯燥，從而投入有意義的深度學習活動。

2.模仿簡單任務

學生明確了3D打印創客項目任務之后，要積極開展合作探究，解決項目問題，模仿簡單實踐任務。學生可以通過互聯網搜索各種相關的設計制作筆筒模型的信息和資源，或下載網盤中相關的微課學習資源，初步探索、熟悉“設計制作筆筒作品”的設計步驟。鼓勵學生模仿簡單任務，進一步增強學生的創客熱情，提升學習效果。

3.講解知識要點

教師要針對“設計制作筆筒作品”3D打印創客項目內容做必要的講授和解析，向學生介紹3D打印機的起源、發展、應用領域及其主要功能，利用簡單案例對學生解析各種命令的用法，講清楚利用3D打印機進行建模、切片、打印等主要流程以及相關的技術要領，從而使學生在制作筆筒模型的過程中真正掌握信息技術應用技能。例如，講解“設計制作筆筒作品”3D打印的主要步驟：（1）設計筆筒：單擊“基本實體”，選擇、建立適當大小的圓柱體或棱柱體等多面體作為筆筒的基礎模型；（2）單擊“基本實體”，結合所設多面體，單擊對話框中的“減運算”按鈕，設置長和寬尺寸，拖動紅色箭頭，合理控制多面體的高度和外形；（3）描繪筆筒：操作、單擊“材質渲染”按鈕，渲染自己選中的顏色；（4）單擊“特征造型”，選取“由指定點開始變形實體”，按照所彈出的對話框，依次選擇變形實體。

4.激發引導創新

當學生的“設計制作筆筒作品”3D打印建模任務完成后，教師要圍繞本次3D打印創客項目的主題和任務要求，引導學生從主題和造型等多方面積極探索創新視角，啟發學生發散思維，激勵他們大膽地開展創意設計，獲得筆筒作品模型。

5.協同完成任務

筆筒作品模型導入到位后，教師就可以指導學生一起應用3D打印機打印出自己設計的創意作品。目前，打印作品時，通常可以利用耗費成本最低的FDM原理的3D打印機，通過計算機控制打印原料，逐層地堆疊累積物料，構筑形成三維模型。在此，教師要指導學生選用黏合性高的低熔點絲材作為3D打印材料，這樣打印出來的筆筒模型可以更逼真，效果更佳。還可以針對打印出的作品中存在的某些問題，適時進行微調，進一步改進和完善三維模型作品。

6.分享創意作品

學生合作完成筆筒作品之后，應鼓勵各小組學生積極展示成果，與其他學生分享交流自己的心得體會。學生彼此分享創意作品也是他們享受3D打印創新創造的過程，可以充分體驗到創客的無限樂趣。教師可以讓各小組把作品提交到班級網主頁、學科微信交流群，或鼓勵他們將優秀作品上傳到3D One建模軟件配設的社區平臺，進行展示、互動、交流。隨著學生累積越來越多富含亮點的創客作品，他們頻頻獲得了教師、同學的點贊和認可，收獲了滿滿的成就感，不斷激勵了他們的創造性學習熱情。

創新源于生活，創新美化生活。教師要堅持以學生為中心的教育理念，融合開展3D打印創客課程教學，不斷豐富信息技術課堂，為學生添設更為新穎別致、生動有趣的創客課堂。學生只有經歷真實的實踐學習活動，才能主動探知、快樂學習，全面提高動手實踐、設計制作和創新思維等能力，形成良好的學科綜合素養。