初中信息技术3D打印创客课程的教学实践探讨

福建省霞浦县第七中学 王 娴

随着基础教育智能化、信息化的日益发展，创客、3D打印、机器人、人工智能等新技术形式不断呈现，对初中信息技术课程教学提出了更高的要求。本文结合本校开展创客教育的实际情况，围绕初中信息技术教学，探讨分析3D打印创客课程的实践问题，力求探索获得促进3D打印创客课程深度实践的有效路径，真正提高初中生的创新创造意识和终身学习能力，为核心素养培养奠定坚实的基础。

一、初中信息技术3D打印创客课程的核心概念

（一）创客

创客英文为“Maker”，本意指制造者，本文强调那些具有广泛兴趣和爱好，富有创新理念和创造精神，乐于奋斗钻研，能将自己的各种创意和想法转化成现实作品的群体。

（二）创客教育

创客教育是创客文化与时代教育的结合，根据学生的研究、学习兴趣，通过项目式学习活动，有效利用数字化工具，鼓励相互交流分享，提倡跨学科、跨领域创造事物，锻炼团队协作、创新创造、探索解决现实问题等能力，培养综合素养的一种素质教育模式。创客教育主要通过搭建创客平台，设置创客空间，融合科学、数学、物理、化学、艺术等跨学科知识，创设创客课程为载体，培养学生的综合创新能力和素质。

（三）3D打印创客课程

3D打印创客课程是通过将先进的3D打印技术（也称增材制造技术）引进校园、融进信息技术课堂，创编3D打印创客校本课程，整合开发3D打印创客教学活动案例，并利用三维模型设计软件开展创意设计，运用3D打印机实现创新成果落地的课程。当前，3D打印创客作为一种热门实践活动被许多学校引入校本课程，3D打印独特的成型技术日益引发学生的关注，3D打印创客课程为学生提供了一个尽情展示风采和才华的平台，使他们能掌握使用3D打印技术的方法和技能，自由表达思想，激扬创意和灵感，拓宽创新性思维，从而在潜移默化中提高信息技术课堂学习成效。

二、初中信息技术3D打印创客课程的开发现状

（一）国家政策支持

近年来，我国政府非常重视3D打印技术的开发、应用和推广，先后颁布了多项政策，大力支持3D打印技术产业和教育事业发展。2015年，《国家增材制造产业发展推进计划（2015—2016年）》突出强调了3D打印技术的重要意义，提出将3D打印技术列入国家战略发展规划，推广和普及3D打印技术教育教学。2016年，中华人民共和国教育部制定《教育信息化“十三五”规划》，要求各类学校积极探索先进技术在“众创空间”“创客教育”等新领域中的教育研究和利用空间。这为优化初中信息技术课程教学、融合3D打印创客教育、完善青少年学生创客教育课程体系迎来了新的发展机遇，但同时也带来了诸多的挑战。

（二）教育实践应用

3D打印创客课程是学校加强信息化课堂建设的重要指标和内容。当前，3D打印技术引发了许多教育专家和学者的重视，也受到了广大师生的欢迎和推崇，逐渐成为开创创客教育新视窗的重要工具。国内有些知名学校在探索和践行3D打印创客教育方面已初见成效，为其他学校提供了许多值得借鉴的教学经验和应用成果。不少学校纷纷结合各个学科教学需要，积极打造3D打印创客团队，广泛开设了各种形式多样、丰富多彩的创客竞赛活动和创新主题实践活动，形成具有各校特色的校本教育项目。并且，我校教师在初中信息技术教学中非常关注3D打印技术这一高科技应用技术，尝试将信息技术教学与3D打印创客课程有机融合在一起，创设实施3D打印创客教育新模式，编设3D打印创客教育典型课例，更好地让学生尽情体验“在做中学”“在动手中创造”，并通过深度教学实践、加强推广和应用，使创客教育理念真正落实落细，促进了学生创新学习能力的培养。

三、初中信息技术3D打印创客课程的应用评析

（一）应用优势

1.有助于丰富创客课堂，激发学习兴趣

教师将3D打印技术融汇应用到学生的现实学习和生活中，能为学生开辟更多丰富多样的创客活动课堂，不断激发其参与创造性学习的兴趣和热情。学生踊跃参加3D打印创客课程，充分领略和感受精彩的3D打印技术，尽情体验创客教育活动，能大大激起自己的创新兴趣和激情，积极验证自己的奇思妙想，展现自己的创意和物化成果。

2.有助于增添辅学工具，提升学习能力

融合实施3D打印创客课程，不仅能指引学生深入研究学习过程，提高学生解决问题的能力，而且能鼓励学生发挥聪明才智，应用3D打印技术展现自己的创意作品，促进创新意识培养。教师指导学生利用3D One三维建模软件开展学习时，由于软件的操作界面简洁直观，操作命令丰富，不需要耗费大量的时间和精力，即使是初学者也容易上手，能帮助学生快速入门，自由地开展建造模型，使他们在“玩中学、学中创、创中玩”的良好氛围中锻炼空间想象思维，提升动手实践和创新学习等能力。

3.有助于转变教学模式，培育综合素质

3D打印创客课程教学充分体现了当下先进的创客教育理念，获得广大师生的认可和赞同，能促使教师紧跟时代发展的步伐，积极转变自己的教育教学观念，融合创客教育思想，勇于创新设计新颖活泼的课堂教学模式，开启学生新的学习旅程，促进学生培育创新学习综合素养。在良好的创客文化环境中，学生踊跃参加创客集训营、创新创业大赛等有趣的学习实践活动，积极探索解决现实问题，创新设计制作个性化作品，亲眼见证自己的创意和想法在3D打印技术支持下鲜活地得以实现，无限激起了学生丰富的新奇感和想象力。

（二）应用局限

3D打印技术在基础教育领域的推广还需经过长期的过程，在编设3D打印创客课程、加强应用效果等方面仍具有一定的局限性。首先，要求初中信息技术教师掌握必备的专业学科知识，拥有跨学科、多领域的创客文化知识，有效开展创客教育活动。其次，3D打印创客课程需要一定的投入成本，模具制造、工业设计等领域的专业3D打印机价格昂贵，维修难度大。基层学校资金短缺，教学条件受限，就只能采用桌面级3D打印机，但技术精度不足，打印样式不够美观，模型打印效果会打折扣，难以满足某些复杂模型的打印需求；同时，打印材料多、打印次数增加时容易造成材料和资源的浪费。最后，开设3D打印创客课程需要创建特定的创客空间，需要配置独立的设计活动室，更好地开展创客活动。

四、初中信息技术3D打印创客课程的实践路径

加强应用实践是推进初中信息技术3D打印创客课程的关键。3D打印创客课程给学生带来了全新的研究学习模式，有效激发了学生的创新思维，培养了其探索科学、实践创新等求知精神。接下来，利用“设计制作富有个性特色的笔筒作品”项目活动案例，探讨初中信息技术3D打印创客课程的具体教学环节与开发和应用实践过程。

（一）研究学生学情，设计课程目标

3D打印创客课程项目活动面向的对象是本校七、八年级学生，选择该课程的多数学生对3D打印创客活动非常感兴趣，动手实践能力也比较强，富有创意激情，乐于动脑动手，但他们对三维建模、创客设计等缺乏深入了解。初中生已见识过圆柱体、棱柱体、球体以及多面体等几何体，通过参与创客课程实践，他们能学会将课本中的各种空间和平面几何体转化成现实的实物模型作品，促进艺术创造和审美能力的发展。

为此，教师围绕“设计制作富有个性特色的笔筒作品”项目活动主题，指导学生学习、运用3D One建模设计软件中的草图绘制、拉伸、布尔运算、阵列等命令的一般流程和操作方法；同时，明确设定了课程教学目标：着重指导学生掌握应用3D One建模软件绘制规则实体和不规则实体的常用方法；使学生通过应用3D One建模软件绘制各种规则实体，深入理解三维建模思想方法；使学生通过巧用布尔运算，创新设计出独具特色的笔筒造型，突破创客难点。

（二）精选教学软件，保障课程实施

为保障3D打印创客课程项目的顺利实施，教师要重视选用合适的教学软件，切实促进课程项目的有效开展。3D One建模设计软件是一款相对简单易学的3D空间建模软件，功能界面简洁便利，适合初中生的知识基础和认知水平，更易于启迪青少年学生的创新学习思维，能满足他们零起点、易上手的学习需求，使学生轻松愉悦地体验创新学习过程，充分感受在“玩中学、学中创、创中玩”的成就感，将一个个创意变成现实作品。同时，软件配设的社区平台还有各地优秀创客教师的教程、讲座和讲课视频等资料，为开展创客课程教学提供了丰富的教学资源。

（三）优化教学过程，实现有效教学

1.引入项目情景

进入3D打印创客课程教学，教师首先要对学生明确提出项目任务。针对“设计制作富有个性特色的笔筒作品”项目活动主题，提出的任务不能过于具体。例如，教师节即将到来时，教师可以巧妙提出问题：“你会以什么样的方式感恩自己的老师？”引发学生的个性思维，激励学生发挥自己的想象力，设计制作出具有特色、饱含谢意的教师节礼物。有了项目情景的巧妙引入，学生就能激起研究学习的兴趣和动机，将建模学习与生活事物紧密联系，不再觉得学习3D打印技术过程枯燥，从而投入有意义的深度学习活动。

2.模仿简单任务

学生明确了3D打印创客项目任务之后，要积极开展合作探究，解决项目问题，模仿简单实践任务。学生可以通过互联网搜索各种相关的设计制作笔筒模型的信息和资源，或下载网盘中相关的微课学习资源，初步探索、熟悉“设计制作笔筒作品”的设计步骤。鼓励学生模仿简单任务，进一步增强学生的创客热情，提升学习效果。

3.讲解知识要点

教师要针对“设计制作笔筒作品”3D打印创客项目内容做必要的讲授和解析，向学生介绍3D打印机的起源、发展、应用领域及其主要功能，利用简单案例对学生解析各种命令的用法，讲清楚利用3D打印机进行建模、切片、打印等主要流程以及相关的技术要领，从而使学生在制作笔筒模型的过程中真正掌握信息技术应用技能。例如，讲解“设计制作笔筒作品”3D打印的主要步骤：（1）设计笔筒：单击“基本实体”，选择、建立适当大小的圆柱体或棱柱体等多面体作为笔筒的基础模型；（2）单击“基本实体”，结合所设多面体，单击对话框中的“减运算”按钮，设置长和宽尺寸，拖动红色箭头，合理控制多面体的高度和外形；（3）描绘笔筒：操作、单击“材质渲染”按钮，渲染自己选中的颜色；（4）单击“特征造型”，选取“由指定点开始变形实体”，按照所弹出的对话框，依次选择变形实体。

4.激发引导创新

当学生的“设计制作笔筒作品”3D打印建模任务完成后，教师要围绕本次3D打印创客项目的主题和任务要求，引导学生从主题和造型等多方面积极探索创新视角，启发学生发散思维，激励他们大胆地开展创意设计，获得笔筒作品模型。

5.协同完成任务

笔筒作品模型导入到位后，教师就可以指导学生一起应用3D打印机打印出自己设计的创意作品。目前，打印作品时，通常可以利用耗费成本最低的FDM原理的3D打印机，通过计算机控制打印原料，逐层地堆叠累积物料，构筑形成三维模型。在此，教师要指导学生选用黏合性高的低熔点丝材作为3D打印材料，这样打印出来的笔筒模型可以更逼真，效果更佳。还可以针对打印出的作品中存在的某些问题，适时进行微调，进一步改进和完善三维模型作品。

6.分享创意作品

学生合作完成笔筒作品之后，应鼓励各小组学生积极展示成果，与其他学生分享交流自己的心得体会。学生彼此分享创意作品也是他们享受3D打印创新创造的过程，可以充分体验到创客的无限乐趣。教师可以让各小组把作品提交到班级网主页、学科微信交流群，或鼓励他们将优秀作品上传到3D One建模软件配设的社区平台，进行展示、互动、交流。随着学生累积越来越多富含亮点的创客作品，他们频频获得了教师、同学的点赞和认可，收获了满满的成就感，不断激励了他们的创造性学习热情。

创新源于生活，创新美化生活。教师要坚持以学生为中心的教育理念，融合开展3D打印创客课程教学，不断丰富信息技术课堂，为学生添设更为新颖别致、生动有趣的创客课堂。学生只有经历真实的实践学习活动，才能主动探知、快乐学习，全面提高动手实践、设计制作和创新思维等能力，形成良好的学科综合素养。