3D打印创意智造提升学生核心素养

高丹顾卫

【摘 要】从3D打印学习到创意智造，是一个由学到用，由用到结合多学科知识开展创意智造的探究实践过程。这对开发学生智力、挖掘创新潜能、促进核心素养培育是一个值得尝试的教育研究活动。笔者结合教学实例简要介绍如何构建情境，逐步引导学生成长。

【关键词】3D打印;创新能力;核心素养培养

【中图分类号】G434  【文献标识码】B

【论文编号】1671-7384（2019）02、03-0111-03

众所周知，单纯从学习3D打印角度来说，学生经过规划、建模、切片、打印这几个环节的技能培训后，原则上说入门学习已告一个段落了。如果抛开教材例子，结合多学科知识开展运用，解决生活中实际问题，自行设计并制作有创意的3D作品，这就不是件容易的事了。

笔者所在江苏省苏州市振吴实验学校是苏州市一所体育特色学校，自2015年开始，我们将3D打印纳入学校体育特长生的学习计划。这些学生学得怎样，会用所学到的3D打印技术创作出新的作品吗？为此，笔者进行了尝试，通过组织学生开展多学科知识的融合运用，引导学生在打印方法、建模构思和智能化应用等方面开展实践研究，取得了较好的效果，基本达到了预期目标。

2017年5月，在参加苏州市首届青少年科技节系列活动之苏州市中小学3D打印创新设计大赛中，我校初、高中两个组别的参赛选手，不畏强手奋力拼搏，从参赛的67所学校113支队伍中脱颖而出，揽获了初、高中组团体一、二等奖。其中，由高中组学生（苏州市跆拳道运动员）创设的“憩”主题作品，因在造型中引入了跆拳道踢腿动作元素，使设有顶棚的多功能长椅休息区、太阳能路灯箱、分类垃圾箱等构图内容与周边环境融于一体，赢得了现场评委和观赛师生、家长们的赞赏，获得了市教育局、市科协等主办单位的表彰。

在此，笔者以在教学中通过构建不同情境来激发学生创新潜能为例，简述学生核心素养培育获得较快提升的过程。

巧设问：3D打印能制造多彩的体育运动模型吗

我们知道，一般的3D打印机，通常都只能打印单一色彩的模型，如MBot Grid II+ 3D 打印机，要制作出多彩的3D运动员动作造型，该如何做呢？

带着疑问，笔者把学生们带到了学校美术作品陈列室，详听美术老师对各类作品制作过程的介绍，启发学生创作多彩3D作品的思路。

有学生问，可否用着色法来解决呢？也有学生提出用粘贴法、嵌套法来试试。学生们你一言我一语，渐渐地，四五个解决问题的方案被汇集起来。

方案一：着色法

着色法是对3D打印出的运动员整体模型，采用类似于美术作品上色的操作，对各部分区域依照设计的人物与动作造型涂上相应的色彩，达到问题解决的目的。

这种方法的特点是色彩丰富、方便直观、易于操作。缺点是3D打印耗材固有色彩没有得到较好发挥。

方案二：粘贴法

此方法是对构建的运动员整体造型在建模时根据需要进行分割处理，3D打印输出时再依据不同部件需要换上相应颜色的PLA线喷制。对制作出的各个部件再用胶水依次粘贴起来，最终搭建完成一个多彩的3D运动员模型。

经反复多次实践后发现这种方法是可行的。缺点是操作过程繁杂，一些复杂部件造型，如运动员的臉部表情等不如着色法直观。

方案三：串线法

与粘贴法类同，将整体造型分割成各个小模块处理后，对制作出的各个部件用线（或橡皮筋）连接。其优点是搭建好的运动员模型可根据不同需要做适当变动，根据需要可摆出不同的状态造型。关注点是串线的孔需事先设计好，如在建模时要先定好串孔位置，或打印输出后借助小电钻对相应部件做适当钻孔处理。

方案四：换线法

换线法是在3D打印机工作的时候，打印到适当位置时，把原本3D打印机上的打印材料PLA线剪断，换上其他颜色的PLA线接上。这种方法可以让作品的颜色层与层间有色彩变化，如一些学生制作的田径运动员模型，就用此方法，实现了运动员与底座（跑道）色彩互相区分开来，增添了作品的艺术感染力，也体现了学生3D创作的智慧。

妙引导：苏式核雕3D打印可来点“创新”吗

进入第二批国家级非物质文化遗产推荐目录的苏式核雕，是一种果核上的雕刻艺术。其体量大不盈寸，其空间在指掌之间，被人喻为“雕虫小技”。然而，正是因为“小”而闻名于世四百多年。2013年，在首届全国民间核雕艺术大赛上，苏式核雕一举囊括了全部五项金奖，让人刮目相看。

去年春天，我校开展社会实践活动时，组织学生来到了郊外苏式核雕发源地——“核雕村”，大家无不为这里各式各样的核雕艺术品所吸引。看着核雕艺人“鬼斧神工”般的技能展示，听着展区讲解员的介绍，学生们激动地说：“老师，核雕真是太美了！我们要用3D打印做一个。”

“好啊！能否来点创新呢？发挥3D打印技术优势，制造出手工核雕也难做的新品来。”笔者借机引导学生向更深层次去思考。

这下学生们热闹了，各式各样的建议都涌现出来。有的到店里仔细察看柜台中陈列的核雕展品，也有的拿出相机、手机拍下自己钟爱的核雕精品，更有一些心急的学生干脆坐在街头石凳上勾画起了草图，根据3D打印机的功能与特点酝酿具体实施方案。

构建一个镂空的蛋状3D作品成了当时大家呼声最高的方案。此方案具体要求是，做一个类似于鹅蛋大小的镂空作品，在镂空的“鹅蛋壳”中央放置一个运动员的造型在其中。

回到学校后，学生们又是建模又是切片又是打印，忙得不亦乐乎。两周之后，各学习小组的作品都纷纷展示出来。

在“鹅蛋壳”的镂空处，有的学生用文字衔接，也有的是运动器具、场馆图案。“壳”内的运动员模型更是花样繁多，有跑步的、游泳的，还有踢足球、练武术的等等。学生们汲取苏式文化底蕴，感受到创制3D作品的乐趣。

助融合：3D打印与学科融合，开拓创新应用新领域

与生活结合、与学科知识融合，是3D打印由学到用，由用到跨入创新发展、智慧创造新阶段。住校生们有个梦，梦想用所学的信息技术物联网知识给宿舍区楼道灯做点改造。除了要有智能开关功能外，每一楼区的灯罩还要有所居住学生的专业特色，即灯罩上含有相应体育运动员的造型，灯罩的色彩也要有变化等等。这真是个好创意！笔者知道后决定帮助学生来圆这个梦。可怎么做呢？为此，师生们一起又开始了方案构思。

灯罩：用3D打印来实现，借助创制镂空“鹅蛋壳”运动员造型经验，参照一般普通灯罩外型样式，把“鹅蛋壳”做得再大一点（可容得下一只灯泡安装为宜）、壁做得再厚实一点（壁厚：2mm，填充密度50%）。

色彩：根据个人喜好，可选用不同3D打印耗材线原色或采用着色法来解决。而对喜欢色彩斑阑灯罩的同学，还可在打印前将不同色泽的PLA耗材线分段融接混合起来使用。

智能开关：直接选用市场上售卖的智能人体感应开关或声光控延时开关来实现。

在学校支持下，与学生平日生活密切相关的首个3D打印应用创意很快得到了落实。当学生们看到自己亲手制作的楼道灯一盏一盏地亮起时，心中甭说多美了。大家真真切切地体会到3D打印与多学科知识融合运用的甜蜜。

借助3D打印技术的学习与应用，笔者构建了一个又一个紧贴学生生活的情境，大大激发了学生求知创新的欲望。通过一次又一次提出问题、分析问题、解决问题的实践，使得学生们的创造性思维能力与实践水平获得了提升和锻炼。实践证明，只要引导方法适当，学生所蕴藏的创新潜能定能被极大地释放出来，而有深度有智慧的创意便会随着知识学习的深度、广度和应用机会的增加变得越来越多，核心素养培育也在活动的实践中得到落实。可以相信，这种被培育出的有智慧的创新能力，不仅在3D打印学习实践中获得体现，也定能在其他学科知识的学习中、体育运动训练和比赛场上获得印证，甚至影响孩子们一生的发展。

参考文献

李美凤，孙玉杰.国外“设计型学习”研究与应用综述[J].现代教育技术，2015（7）：12-18.

孙静洁.基于“逆向思维学习过程模型”的3D打印教学研究[J].中国信息技术教育，2017（12）：43-44.