基于3D打印技术的特色课程研究

陈君

摘 要：近年来，3D打印成为人们关注的热点，并逐步走进教育领域。为了让孩子们更好地适应时代发展，杭州市萧山区高桥金帆实验学校将3D打印技术引入“第三教育空间”，开设了“3D打印创意家具”特色课程。

关键词：3D打印技术；特色课程；课程建设

一、3D 打印技术在教育领域的应用

3D打印技术作为一种新型的快速成型技术，正逐步进入人们的视野。3D打印技术是智慧课堂多媒体技术能力的延伸，为教师的“教”与学生的“学”提供了新思想。

（一）激发学生的设计创造力

激发空间想象力和数字感知力是 3D 打印技术所体现出来的最明显的优势，激发设计创造力是它最核心的竞争力，这种竞争力是其他教育技术手段难以实现的。

（二）激发学生的空间想象力

空间想象力是创新思维的基础之一，不仅解决了理论教学缺少实践依据的问题，也增加了学生直观接触空间模型的机会，为空间想象力的培养提供了捷径。

（三）培养学生的数字感知力

数感包含着数字间的诸多关系，3D 打印引入课堂教育后，学生在数字建模过程中，通过调整不同的参数，建立的模型在不断发生变化，计算机生成的图形也发生了改变，学生对于某个量的数字变化所影响的结果会有一个非常直观的认识。

（四）培养学生的图形感知力

3D 技术是即时成型技术，可以快速的将设计模型实体化。培养学生发现和解决实际问题的能力，成为创新的一代。

二、3D打印技术教学应用的理論依据

总的来说，建构主义理论、多元智力理论以及“经验之塔”理论都为3D打印技术在教学中的应用提供了很好的理论依据。

建构主义学习理论 它的核心是以学生为中心，强调学生对知识的主动探索、主动发现和对所学知识意义的主动建构。“3D打印创意家具馆”采用主题教学的方式展开，引导学生去主动发现问题并主动建构新的知识体系。

多元智力理论 它认为人类的智能不是一元的，而是多元的。 “3D打印创意家具馆”采用小组合作的形式，激发学生的多元智力，促进学生的全面发展。

“经验之塔”理论 它是由美国视听教育家戴尔提出的，最底层的经验最具体，越往上越抽象，排成一个序列。“3D打印创意家具馆”正是充分发挥了学生学习的具体经验，让学生在具体家居模型中感受空间思维与创造思维，从而使学习活动更加高效。

三、“3D打印创意家具馆”特色课程的教学策略与实践

（一）课程建设目标

1.激发学生的建模兴趣，启迪他们的创造意识，培养他们用创新视角分析、解决问题的能力，提高他们的信息及综合素养。

2.通过系统训练，使学生熟练掌握3D建模软件——AUTOCAD的基本指令，能利用该软件自由创作简单的三维模型。

3.引导学生了解3D打印技术的基本原理，并学会使用3D打印机。

4.借助绘画、动画创作、实验设计等活动，寓教于乐，让学生在愉悦的氛围中了解3D打印技术，理解3D打印产品的实际作用，并将其融入自己的实际生活之中。

（二）课程实施策略

在以创客教育理念的引导下，对3D建模课程教学进行调整，适当引入翻转教学模式，分课前、课中和课后教学阶段。

1.课前·头脑风暴之思维创新。

在21世纪的教育领域中，设计思维有着越来越大的影响。在课前，笔者组织学生分小组开展有关“家居馆”的前期市场调研，调研的过程让学生从单纯的“设计者”的身份中跳脱，学会从“用户受众”的角度看待问题，鼓励学生进行理性思维。

2.课中·实际操作之模型建构。

（1）确定建模的主题 课上，学生结合课前搜集的资料进行汇报。学生通过分析调研数据，对家居的设计有了较为清晰的思路，确定了初步的设定方向，并预设实施方案。

例如：在《门》这个案例中，学生课前搜集了很多形形色色的门，有中式的、欧式的。同学间相互交流很是热闹。

（2）建构模型的主体。

手绘草图 汇报完设计思路后，教师让学生们着手绘制设计草图。草图可以快速传递设计意图和设计理念，是设计制造过程中重要的环节。学生们展开充分探讨，各抒己见。

软件建模 学生在设计草图的基础上尝试运用CAD软件建造模型。模型建造环节是课程的一个瓶颈。教师在备课时预设了学生可能遇到的技术难题，学生可以自主寻求解决方案，教师从旁指导，针对典型问题请学生上讲台操作示范，协助学生扫清技术障碍。

打印模型 设计3D模型时，不需要注意实际物体的成形结果，可以完全忽略物理世界的情况。但是一旦要用3D打印机打印模型，应该注意模型必须保持密合状态，3D打印机放置桌面时要平稳，使用ABS塑料打印，要确保将垫板预热到它的最高温度，防止ABS材料在打印过程中翘边。用PLA塑料打印，则可以不用加热垫板，但要用胶水固定打印物体。在正式打印物体前，先用3D打印机的最低设置快速实验一下，避免打印N小时后发现错误。

3.课后·多元评价之作品再造。

多元教学评价，强调评价方式的多元化、评价参与者的多元化和评价内容的多元化，实质是全面真实地评价学生的潜能、学业成就，以提供教学改进的信息，促进学生的发展。

四、课程实施成效与反思

将3D打印技术应用在课堂中，大多数学生在课堂中都能够集中注意力，主动参与课堂活动中来，调动了学生的学习兴趣、优化学习方式和拓宽学习路径。当然，一年的实践下来也留下了几点困惑：

（一）教学流程的调整

因为3D打印本身过程较为漫长，可以尝试打破40或45分钟的固定课时安排，根据学科和课型特点灵活设置长短或大小课，开展混合式教学。

（二）教研内容的创新

教研内容的创新是3D打印进课堂取得成功的关键。教研，同样是一门思维的艺术，不同的科学、不同的知识点背后隐藏着内在的关联。

（三）完善师训的机制

教师对新兴技术的接受程度和能力是参差不齐的，如果能融会贯通，会给教学带来极大的提升。

虽然课程取得了一些成效，在一定程度上提高了学生在创新能力和动手实践的能力，但如何在未来为学生提供更适宜的空间去想象、去创造，使学生的创意、想象变为现实，是需要继续探讨的重要话题。期待本研究能为今后的课程建设与研究提供借鉴，助力教育培养出更多具有想象力、设计力和创造力的人才。

参考文献：

[1] 刘芳主编.有效教学[M].沈阳：辽宁师范大学出版社，2006年6月.

[2] 刘良华著.有效教学论[M].广州：广东教育出版社，2004年5月.

[3] CAD技术联盟编著.AUTOCAD2012从入门到精通[M].北京：清华大学出版社 2012年6.