高中校本课程“3D造型与表达”的实践与反思

冯庆

【摘要】3D打印发展之势尤为迅猛，3D打印技术也被注以定制化的最佳呈现。我校是广东省最早大规模配备了3D打印机，且很早就普及开设了相应的3D设计校本课程《3D造型与表达》。本文从有效提升学生技术素养的角度，介绍该课程的理念、课程内容设置、教学技巧及反思。

【关键词】3D打印 通用技术 校本课程

【中图分类号】G63 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）10-0126-02

一、课程开设的背景

在国务院颁布的《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》中特别提到“在学校配置增材制造设备及教学软件，开设增材制造知识的教育培训课程，培养学生创新设计的兴趣、爱好、意识，在具备条件的企业设立增材制造实习基地，鼓励开展教学实践。”

近年来，3D打印机作为一种有趣的造物工具，逐步受到大众的关注，随着奥巴马、李克强等政要的推动，3D打印机更是迅速地向校园教育普及。原航空航天部部长林宗棠先生在2013年底上书中央，要求推动全面3D打印机的发展。在他莅临我校、亲自推动下，本校校友在2014年校友赞助了10台桌面式和1台大型激光烧结式3D打印机，立刻点燃了师生探索3D打印技术的热情。

二、课程的准备

1.课程的地位、性质和任务。这门课是否适合作为通用技术的选修课，从教育部新提出的核心素养中，对技术意识的描述为：“技术意识是对技术现象及技术问题的感知与体悟”，具体体现在工程思维、创新设计、图样表达、物化能力上。而信息素养的描述为：“信息意识是指个体对信息的敏感度和对信息价值的判断力”，体现在计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任上。回顾这门课程，发现其能更多地呈现培养技术意识的特点，而作为一门与信息技术整合的学科，也展现如“数字化学习与创新”和些少“计算思维”的特点。因此，这门校本课程的通用技术味道更浓。

2.硬件的准备。3D打印机是目前教学中最常用的3D打印机是FDM（熔融沉积技术），这种打印机的主要特点是结构简单可靠，操作难度低，材料成本低（使用环保的PLA材料打印丝，也能虽然ABS打印，但因为气味太大不适合在教学使用），打印精度不够高（但满足一般教学使用）。激光SLS（选择性激光烧结技术）的打印机，使用粉末材料打印。我们配备了一台，但其体积很大，加工体的体积却很小，而且材料非常的昂贵，因此不适合教学使用。

3.3D设计软件的确定。3D设计软件多种多样，有面向工业设计的Solidworks、UG、ProE、AUTOCAD等，也有面向影视动漫和艺术创作3DMax、Maya、C4D等，这些软件虽然功能很强大，但往往掌握起来非常复杂，不适合中小学生学习。最近也有公司开发了一些面向初学者的软件，比如其中的佼佼者有国外AutoDesk的123D Design和国内中望公司出品的3D One。这两个软件上手很快，用来做3D打印的小型部件建模很适合，但复杂的大场景建模则不擅长。

但笔者更倾向于选择SketchUP（草图大师，以下简称SU）。由于该软件的操作很简洁，上手快，绘图功能却比前两者更强大，还能比较轻松的对大型场景建模，因此很多艺术家和建筑师喜欢用来绘制创意草图。这个软件也有很多不足的地方，但大量的爱好者开发了很多插件外挂，不但弥补了这些缺点，还让SU像专业3D软件一样焕发着蓬勃的生机。3D设计软件有一些共有的规律，借助SU可以快速的掌握和理解其中的主要规律。通过几年的实践，笔者还是认为SU是适合中学阶段的首选建模工具。

三、教学内容与实施

从知识构成上，本门课涵盖了造型和表达两大部分，重难点集中在3D建模软件SU的相关课程上，其他以体验性的实验课，或则以阅读材料、视频资源包等形式呈现的拓展内容。从图1可以看出，这门课不但传授了3D建模技术，还较全面地反映了3D技术的概况。

通用技术每周1节，全学期共计16课时。需要细心地设计，巧妙利用好时间才能有效地完成教学任务。从提高核心素养的能力培养角度看，课堂教学内容主要分为三类：

1.培养技能型，这个阶段主要教会学生工具用途，操作方法。教学方法以教师讲授，学生模仿、重复操作为主。

2.探究方法型，这个阶段学生要熟悉、掌握一系列必要的操作方法，包括一些工具的组合运用的技能，其中包含了一定的操作顺序和技巧。教学方法先从模仿重复开始，逐步给学生提供学案指引（引导他们学会用教程学习软件），再到自主探究（借助小组协作、分享交流）。最终的目的是要让学生在“语法”的层面理解电脑软件的操作，从“算法”的角度理解3D建模的技巧。这个阶段的案例安排要有衔接性，但内在技巧又有一定的重复性，帮助学生加深理解。

3.创作设计型，这个阶段是在掌握了一定的技能和方法的基础上，运用技术设计的思想，对任务进行创作并建模实现的高度综合的课程。通常应安排在学期的末尾，也可以巧妙穿插于课程章节结束的部分。为了培养学生的创新能力，应先从案例欣赏入手启发学生用逆向工程的思维分析作品，进而在通用技术设计思想的指导下，自主开展设计。

STEAM的教育理念给予技术课程很多指引的方向。一些老师误认为每节课都能体现STEAM的内容才是好课，这是不切实际的。但如果放在一个课程周期中有计划有步骤地去实现，则显得自然流畅、水到渠成。比如体现工程制图的有第7节、第11节跟三视图内容相关，其中第11节的求解正交三圆柱体，为学生用软件解决数学问题提供了一次良好的实践开端。又如第2、6、8节的练习任务则侧重是艺术创作。第12节的制作手机架任务，对艺术和工程思维有所锻炼。

四、反思

在课堂教学中，认真备课是教学成功的保障。做好任务情境的创设，以小项目驱动，设计良好的教学支架。要充分研究学生的特点，不要在课堂上讲太多，一节课10分钟左右为宜，内容上多留些空白给学生发挥。及时开展有效的评价，学生会更加认真。重视学生的差异化，精心设置分级任务，兼顾不同层次学生，有利于充分调动学生积极性和创造性，促进学生的进步。课堂教学实践中，可以采用两个老师教学，即主教和助教模式，有利于及时辅导学生，课堂效果明显好于只有一个老师辅导的班级。

根据连续几年的全年级的开设，从学生反馈看出这门课非常受学生欢迎，学生觉得实实在在学到了东西，做出了东西，兴趣很高。相信这门课产生的迁移价值将使他们终身受益。

我们连续几年都是第一学期上通用必修的内容，第二学期上本校本课程。我们将尝试调转过来，先学3D课程，学生有了图样表达的基础后，第二学期就可以开展更复杂的任务。通过这些任务，将通用技术必修的核心内容传承给学生领悟，可能会取得更好的教学效果。

参考文献：

[1]刘斌.SketchUp在高中通用技术教学中的应用探索[J].中国信息技术教育. 2013（04）

[2]潘丹.3D设计软件 SU 在通用技术学科教学中的应用[J].浙江教育技术，2014（02）

[3]张竹.物理学科校本课《3D打印技术》教学创新设计方案[J].中国科教创新导刊.2013（02）