高中3D打印校本课程的开发与实践研究

孙琪

摘要：3D打印技术是现代制造行业领域中一项新兴的制造技术，代表了当今制造业的先进技术水平。目前，3D打印技术的课程教学已经进入了高中学校。高中阶段的3D打印课程应当以三维设计为主，以培养高中生创新能力为主要教学目的。但在现实的一些高中学校中，缺乏完善的3D打印校本课程。本文便针对高中3D打印的校本课程的开发方法与实践进行了研究。

关键词：高中;3D打印;校本课程;课程实践

中图分类号：G633.98 文献标识码：A文章编号：1992-7711（2021）09-025

为了进一步提升高中3D打印校本课程的教学效果，高中学校在开发3D打印课程时，必须充分研究该课程的基本需求，确定3D打印课程的基本教学目标，选择合适的教学设备，并通过课程实践不断收集高中师生对3D打印课程的意见反馈，从而不断地对3D打印课程进行修订完善，进而充分发挥3D打印课程对高中学生的教育作用。

一、3D打印校本课程的意义

3D打印技术是一种快速成形技术，以三维数字模型作为加工图纸，使用粉末状金属或塑料等可黏合材料，逐层将图纸物体加工出来。3D打印技术不仅拥有巨大的应用价值，针对3D打印技术的教学也可以有效培养学生的创新意识和空间设计能力，从而提升学生的综合素质。

校本课程是学校独自编写的课程，与本校的实际教学具有较高的贴合度。将3D打印教育与校本课程开发相结合，体现了高中学校对素质教育的重视。

二、3D打印校本课程开发的具体方法

1.分析3D打印校本课程的需求

开发3D打印校本课程时，必须对各方面的需求进行分析，以确保3D打印校本课程的内容符合各方的需求。

首先是来自社会发展的需求。3D打印技术是当今流行的智能科技，依靠3D打印技术可大幅提升我国的制造水平。目前，我国制造行业对3D打印技术人员的需求是较为迫切的。

其次是来自学校改革的需求。学校除了要保证文化科目的教学质量外，也要在信息技术、通用技术等现代科技的教育方面有所突破，以此丰富学生的个人能力。3D打印技术则完全符合当前高中学校的教育改革需求，并且易于在实践中落实。

第三是来自学生自身的需求。当前的高中学习生活极为紧张且单调，学生的精力几乎全部放在文化知识的学习上。而紧张单调的学习生活限制了学生的全面发展，学生们希望能够通过新课程获得一定的自由发展空间，为今后的个人发展打下一定的基础。同时，学习新的科学技术有利于学生与社会的联系，以避免高中生与时代发展脱节。

2.确定课程教学目标

在设计3D打印校本课程的教学目标时，要遵循全面性、具体性、层次性和灵活性的原则。首先要设计知识与技能的教学目标，让学生学会操作Blender、3DMax等三维设计软件，掌握3D模型的分析技巧和3D打印机的操作能力。其次是让学生能够以小组为单位进行合作学习，以培养学生的自主学习能力和团结协作能力。最后要在3D打印教学中培养学生的审美情操和合作精神，帮助学生树立正确的价值观。

3.选定课程教学内容

（1）选定三维设计软件。

三维设计软件是3D打印技术实际应用的关键。3D打印机必须通过三维设计软件生成的3D图纸才能进行打印操作。目前，3D打印领域使用的三维设计软件有很多款型，如Blender、PROE、3DMax、Maya等等。其中Blender是一款全能型的3D建模软件，在3D模型创作方面更为全面。该软件的页面布局高度自由，学生可以自由发挥自己的创作思维，其渲染引擎强大，渲染效果极佳，支持多边形建模，具有建模效率高质量好等特点，并且该软件完全免费，经济优势较为突出。因此，可以选用Blender作为课程学习的三维设计软件。

（2）选定打印机。

根据打印原理和打印方法的不同，目前使用的主流3D打印机有着多种类型。例如，常见的FDM打印机。该型3D打印机常用于学校教学，其打印原理是将材料加热融化，然后层层堆积，从而实现3D打印。这种打印机的打印材料主要使用ABS和PLA塑料，具有操作简单的特点，且具有一定的价格优势。但是该型打印机的打印速度相对较慢，不具备较高的打印精度。

3DP打印机常用于工业生产，其打印材料主要有石膏、塑料和陶瓷等等。该型打印机通过铺粉和粘接将3D图纸打印成型，具有较高的打印精度，但该型打印机在造价方面则相对昂贵。此外还有SLA打印机和EMB打印机，这两种3D打印机虽然打印精度更高，但是打印成本也更为昂贵，不适合高中学校的教学使用。

（3）编排3D打印课程。

3D打印课程的授课内容要秉持从简到繁，循序渐进的原则，具体内容的编排工作要结合高中生的实际学习情况，以加深学生对3D打印的理解和学习。课程内容应当分为三大部分。前期课程部分主要向学生介绍3D打印的相关技术，教授学生关于三维设计软件的基本操作。中期课程部分主要是以项目的方式让学生掌握三维设计软件和3D打印机的操作使用。后期课程部分主要是3D打印机的实践应用。

三、3D打印课程的实施

1.3D打印课程的实施条件

3D打印课程的三维设计教学需要配备计算机教室，每台计算机都应装有Blender软件。授课教师必须具备专业的3D打印教学能力和三维设计教学能力，能够熟练操作Blender、3DMax等三维设计软件。

2.3D打印课程的实施方式

考虑到高中课时安排得非常紧张，每周从常规的课时中给全体同学安排一节3D打印课程不是很现实，因此可以充分利用学校的综合实践活动或社团活动，以选修的方式，采取自愿的原则，组织学生开展3D打印课程。

3.3D打印课堂教学

在实际的3D打印课堂教学中，教师应当根据3D打印校本课程的教学目标和内容选择使用合适的教學方法。3D打印课程教学适用的教学方法有多种，如视听教学、任务驱动教学和项目式教学等等。视听教学就是传统的教学方式，通过教师讲解和教学视频进行授课，学生可通过视听教学学习关于3D打印和三维设计的基本知识。任务驱动教学是每节课都给学生布置一定的任务，学生为了完成任务，通过学习材料或网络查找学习需要的知识进行自主学习，任务完成后，任务所需要的知识点学生也能够熟练掌握，是一种比较有效的学习方式。项目式教学具有较强的实践性，教师规划好一定的项目主题，学生以小组为单位围绕项目主题互相讨论，激发学生的创新思维，通过完成项目任务学习3D打印技术和三维设计技术，可以让学生更灵活的掌握3D打印的相关技术能力并充分发挥学生的主观能动性，同时还能培养学生的小组合作能力和交际能力。

四、3D打印课程的延伸

通过课堂教学可以让学生初步掌握3D打印技术和三维设计技术。为了进一步提升高中学生对3D打印技术的学习兴趣，强化学生对3D打印的掌握效果。学校方面还可以组织一些相关的竞赛活动，并鼓励学生踊跃参加，展示自身的能力，实现个人的一次突破。例如，学校可以以年级为单位，组织三维设计创意比赛。比赛设置多个设计项目，每位学生都可以根据自己喜欢的设计项目进行三维设计，学校将层层选拔，选出各个项目最佳的设计创意。学校方面还可以举办3D打印作品比赛，同样分为多个比赛项目，学生将拿出自己的3D打印作品进行评比，评出最优的作品。

五、3D打印校本课程的实践检验

对于高中学校3D打印校本课程的开发、实施等工作进行检验评价，对于完善该课程具有十分重要的作用。3D打印校本课程的实践检验可分为两个方面。

一方面可以通过期末评价来检验学生对3D打印课程的学习情况，从而反映出3D打印校本课程的教学效果。课程评价主要是为了检查学生对3D打印知识的学习是否符合课程要求，同时还要检验学生的三维设计思维和对空间想象力的运用。3D课程期末评价可以以期末作业的形式来完成。教师向学生布置一项3D课程作业，由于受硬件条件的限制，作业将以三维设计方案为主。作业要求学生独自对生活用品进行创意设计，要求使用Blender建模软件，并制作作品的介绍PPT，PPT中应包含作品的简介、创意思路、设计方法和设计创新点。

另一方面可以向教师和学生们发放关于3D打印校本课程的调查问卷，以问卷调查的方式收集高中师生对学校开发的3D打印校本课程的反馈意见。问卷的内容应当包含3D打印知识与3D建模软件应用、对3D打印的兴趣、三维设计创新意识、3D打印校本课程的形式和课程内容等多个方面。用问卷星制作调查问卷，利用信息技术课的时间向学生发放问卷完成问卷调查工作，根据问卷调查的统计数据对3D打印校本课程的教学效果进行分析。

當今社会对于创新型人才的需求量是十分庞大的，而3D打印课程的教育不仅可以培养3D打印的专业人才，还可以锻炼专业人才的创新能力。因此，3D打印教学具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]张翼飞.基于新课标的高中三维设计与3D打印校本课程设计与教学实践总结[J].电脑知识与技术，2020，16（14）：163-166.

[2]余志璇.海洋特色的高中3D打印校本课程开发与应用[D].广东技术师范大学，2019.

[3]蔡明辉.高中3D打印校本课程的开发与实践研究[D].广西师范大学，2019.

（作者单位：山东省枣庄第三中学，山东 枣庄277000）