创客教育在初中3D打印课程教学实践研究

李芳辉

【摘要】3D 打印可以把创客教育活动中富有创意的设想变成了实物化，对创客教育产生深远的影响。实践基于创客教育理念，以《仙人掌盆栽》创意设计为例，阐述了3D 打印创客课程的教学过程，尤其对创新理论和案例教学进行融合，引导学生独立自主的完成创意作品的设计。

【关键词】创客教育;3D打印

一、创客教育在中学3D打印课程教学研究提出的原因

（一）国家政策对3D打印技术提出的新要求

在2015年，国务院发文《国家增材制造产业发展推进计划（2015—2016年）》，文中特别强调3D打印的重要性，并将3D打印列入国家战略发展高度，大力推广和普及3D打印教育，重视技术型人才的培。创客教育理念促进创新教育，在教学中实施创客教育培育学生的创新精神，真正做到让学生在“在做中学”。

近些年3D打印技术引起了教育界众多学者的重视，并将 3D打印技术引入基础教育阶段，应用创客教育等创新教育模式中，以此打破传统教育的困境、探索教学新方式。本文以《仙人掌盆栽》的设计与3D 打印课程为例，对 3D 打印创客课程的教学过程进行探讨。

（二）开展创意设计与 3D 打印课程可行性分析

创意设计与3D打印课程所需要的成本不高，可能不配置独立的教室或场所，利用现有的信息技术电脑室中增加几台桌面式3D 打印机即可实现。课程中使用的三维设计软件可以采用免费为青少年开发的123D软件，操作界面简洁，学生能够快速入门。学生快速将操作命令掌握后，便能够徜徉在创意设计的海洋中。

二、核心概念与理论依据

（一）创客教育

创客教育是指鼓励学生进行大胆的创造，创造过程中充分有效的运用数字化工具，培养学生自主探索能力，动手实践能力，让学生将自己的想法作品化，并具备独立的创造思维与解决问题的综合能力的一种教育方式。

（二）3D 打印课程

3D 打印課程是借助三维设计软件（如：123D）进行创意设计，并使用 3D 打印机实现创新落地的课程，旨在先进的制造技术走进课堂、走进校园。

（三）杜威“做中学”的思想

杜威的“做中学”理论认为，学生通过听课和读书所获得的知识是虚渺的，只有在活动中获得的经验才算是真正的教育，因此，学生要在“活动中学习”、“经验中学习”。他认为，教学不是一味的灌输，而是让学生以某一问题为中心，思考解决问题的有效途径并进行实践与验证。

三、创意设计与 3D 打印课程设计与实践

3D打印技术所带来的创新教育，将教学的重点由以学生知识掌握为主，向知识与技能学习、实践创新能力培养协同发展转变。3D打印课程给我们带来了新的学习模式，激发学生思维，培养学生探索精神，实践创新精神，实现创意想法。以《仙人掌盆栽》为例，介绍创意设计3D打印课程具体教学过程。

（一）教学目标、内容和学情分析

教学内容和目标是以制作一个“仙人掌盆栽”为活动主线，指导学生学习123D中的草图绘制、拉伸、布尔运算、阵列等命令的一般流程和方法。

本课程的教学重点是：运用123D软件绘制不规则实体的一般方法。教学难点有两个：一是如何结合 123D软件绘制不规则实体的方法来理解其中的三维建模思想;二是进行“仙人掌盆栽”的创意设计时如何巧用布尔运算设计出独特的造型。

本课程的授课对象是初一学生，大部分学生对三维建模都不了解，但对“创意设计与3D打印”有很大的学习兴趣，动手能力比较强。

（二）教学过程

1.情境引入。3D打印技术的学习过程是比较枯燥的，要给学生创设有趣味、有意义的学习情境，将建模学习与学生身边的事物联系起来。通过3D打印机将学生设计的作品打印出来，来点燃学生的成就感，激发学生的学习兴趣与学习动机。

通过实物作品的展示激发学生的兴趣，促进学生深度学习的欲望，并且引发学生的思考——这个“仙人掌盆栽”是怎样做出来的？ 通过观看实际的作品，学生明确了本次课的学习目标，学习热情呈现出高涨的态势。

2.自主探究实践任务。自主探究能够进一步增强学生的学习激情，学生的自我效能感会得到快速提升，从而增强学习效果。学生可能通过“易学”系统的学生网盘下载微课学习资源，通过小组合作，自主探究的方式完成“仙人掌盆栽”的设计。

“仙人掌盆栽”设计步骤。步骤一设计花盆：（1）单击“基本实体”→“六面体”，创建合适大小的长方体作为花盆的盆体;（2）单击“基本实体”→“圆柱体”，运用“减运算”按钮，注意要反向拖动控制圆柱高度的红色箭头，直到贯穿长方体。步骤二绘制一课树：（1）单击“基本实体”→“圆柱体”“圆锥体”，圆柱体和圆锥体作为树干和树冠;（2）单击“材质渲染”按钮渲染喜欢的颜色即可。步骤三挖出泥土的效果：（1）单击“基本实体”→“六面体”，设置长、宽尺寸后向下拖动高度方向的红色箭头，并单击对话框中的“减运算”按钮。步骤四设计仙人掌：（1）单击“基本实体”→“椭球体”，泥土面上放置作为仙人掌生长的位置; （2）单击“特征造型”→“由指定点开始变形实体”，按左上角弹出的对话框中的顺序依次选择椭球体。（如下图所示）

3.创新激发引导。当学生的建模任务完成后，会有探索更多可能性的愿望。教师需要对本次主题的创新方向进行激发和引导。

以“仙人掌盆栽”为例，授课教师明确本次课的任务要求，并以发散的方式引导学生大胆的进行创意设计。从大方向看，思维发散图包含主题创新以及造型创新两方面，在此之下又能发散出其他更多的内容。

4.成果展示与评价。在经过小组合作完成了作品，各小组将作品提交到“易学系统”的学生网盘班级展示区进行小组互评。由小组学生自评，讲解在合作完成的过程中所遇到的问题以及如何解决的，作品的亮点与不足。老师对作品进行综合点评，优秀的指出其特点，一般的则指出不足之处，便于学生进一步改进提高。然后由教师和小组利用学习成果评价量表对每个小组的作品进行评价，并对优胜作品给予奖励，并记入学习档案中。学生非常享受分享的过程，尤其是当其作品得到教师与同学的认可后，他会更有创新的动力，分享的过程中充分体验到 3D 打印带来成功的乐趣。

四、结语

基于创客教育理念，开设初中创意设计与 3D 打印课程，将学生的创造想法变成了实物，这是一种新的学习体验，大大地促进学生的想象力发展。在实践过程中，学生的动手能力、设计能力和思维能力等得到全面提高，对创新型人才的培养具有积极的意义，也是开展创课教育的主要目的。

【本文系广东教育学会教育科研规划小课题“基于3D打印技术的创客教育在信息技术教学中的实践研究”成果（课题编号：GDXKT22196）】

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