3D打印課程，你關注學生核心素養了嗎

劉金鵬

【摘 要】看上去很“美”的3D打印教學，只有牢牢抓住培養學生設計思維意識和習慣這一核心，才能真正成為創客教育彈藥庫中的重型武器，發揮其重要的育人價值和作用。

【關鍵詞】3D打印；核心素養；創客教育

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】B

【論文編號】1671-7384（2017）03-0066-03

今天你“造”了嗎？隨著開源軟、硬件的普及，創客教育的不斷推進，越來越多的人把這句話變成了見面時的問候語。這真的是一個人人都需要設計、人人都會設計的時代。

3D打印是一種以數字模型文件為基礎，運用PAL、ABS或粉末、金屬、塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。隨著創客教育在各地的不斷推進，曾被推崇為“創客神器”的3D打印機早已飛入尋常百姓家。

目前，無論是小巧靈活的3D打印筆，還是高端大氣的3D打印機，在學校教育教學中已經非常普及，特別是在學校創客教育中發揮著非常重要的作用。但是如果我們在轟轟烈烈的3D打印熱潮中靜下心來仔細審視目前大部分的3D打印課堂，你會發現不少問題。

現象1：單純為了“造物”而“造物”。從網上下載一些3D模型文件，打印出來供學習者遠觀和把玩。

現象2：把3D打印教學變成建模軟件的教學，目的似乎是為了學會軟件的使用，而不是設計和造物本身。如若換了建模軟件，學生就基本上又得重新再學習一遍。

現象3：學生依葫蘆畫瓢，按照教師的制作步驟或范例提示一步步操作完成作品建模，并最終把實物打印出來。

其中，第三種教學現象在目前相對較普遍，看上去似乎教學環節很完整，但我們可能忽視了一個非常重要的細節，那就是我們因什么而教？讓孩子了解和學習3D打印技術的最終目的又是什么？

這些問題恐怕很少有教師認真思考過。大部分授課教師滿足于教孩子在某種3D打印軟件中建模并打印出實物。他們認為，這就是3D打印課程的全部。

其實，真正的3D打印課程，并非簡簡單單學習一個造物的過程，更重要的是發現問題并創造性地解決問題，體驗并經歷一段奇妙的設計之旅，讓學生意識到設計對生活的重要性，養成一種設計的思維和習慣，并貫穿其一生。這樣，孩子今后會帶著設計的意識重新審視這個熟悉而又陌生的世界，并把這種意識、思維和習慣帶入到今后的學習和工作中去。無論孩子們長大后從事的工作是否與設計相關，其實都非常需要這些品質和習慣，從而真正實現“為孩子未來而教”的育人功能，這才是3D打印課程所要培養學生的核心素養之關鍵。

具體來說，作為已經準備開展3D打印課程教學的學校，應該如何操作呢？根據筆者的實踐經驗，3D打印課程大致可以分為以下幾個流程。

1. 知識鋪墊

3D打印筆的工作原理和3D打印機非常類似。前期學習和使用3D打印筆，會有助于學生了解3D打印機的工作原理，理解它們二者“造物”的本質都是層層疊加。雖然3D打印筆有精細度不夠等先天不足，但也有其自身的優勢，比如體積小、便于攜帶、價格便宜、操作簡單等。實驗中我們發現，只上了一節課，學生就幾乎已經全部掌握了3D打印筆的使用方法。我們再給每位孩子一些打印耗材讓他們帶回家，要求他們只需每周上交一件3D打印筆作品即可。每當上交作品的那天，孩子們帶著自己滿意的作品來創客教室交作業，眼神中滿滿的是興奮和自豪。

2. 體驗生活

讓學生通過圖片、視頻、實物等形態了解人們生活中“衣、食、住、行、用”等方面所蘊含的設計藝術。比如：后部帶漏孔的簸箕方便過濾垃圾中的水分；可折疊的手杖能在主人走累時伸展成座椅，方便人歇息；帶底部支撐的勺子放置在灶臺上會更衛生等。學生體驗到在我們的生活中設計的元素其實無處不在，設計思維是人的核心素養之一。

3. 發現不足

用自己的眼睛觀察和發現生活中的不完美（不安全、不衛生、不健康、不舒服、不方便等），并想一想，可以用什么設計方案去改進它，讓它更安全、更衛生、更舒服、更有趣、更好玩等。教師可以設計一張調查表格，讓孩子把想到的問題及可能的方案寫下來。這個階段可以讓孩子天馬行空，充分發揮想象力和創意，至于能否實現，先不要太在意。

4. 交流分享

小組討論交流，每個人都可以自主提出自己的設計（改進方案），在師生、生生不斷碰撞和對話中逐步縮小問題范圍。教師引導學生首先解決最迫切、最現實，也相對最容易實現的問題。

5. 確定模型

確定設計制作的模型，并完成草圖繪制。這個階段其實對學生而言非常重要，構圖的基本知識和必要技能是學生首先要具備的，比如三視圖如何繪制、物體大小如何測量、測量工具如何使用、如何做好尺寸標記等。

6. 軟件建模

學習3D建模軟件（如AUTOCAD公司的123D建模軟件），學生通過軟件的學習完成自己設計作品的建模工作，并保存下來，這是非常重要的一個環節。

7. 打印實現

完成建模過程并用3D打印機把實物打印出來，這個過程可以利用課外時間來完成。我們學校的做法是，在打印作品時，允許作者本人來創客教室觀摩和欣賞打印過程。看著自己的作品隨著時間的推移從無到有，逐步成型，孩子甭提有多高興了。

8. 實地測試

把打印出來的實物放到現實環境中測試其是否滿足要求，解決了實際問題。學生第一次設計的筆帽，由于把更多的精力放在美觀上，外形設計得過于復雜，結果在實際打印時，有好幾個都失敗了。這次經歷讓學生意識到，設計不能好高騖遠，要腳踏實地，符合工藝基本要求。

9. 修改模型

根據測試結果增加或完善功能，在滿足功能基礎上讓作品更具有藝術感。如圖這個筆帽雖然可以滿足需求，但學生一致認為在外觀上還可以改進，比如增加魚的眼睛部分的設計，讓它變得更漂亮和吸引人。

10. 重新測試

修改后再次打印并實際測試。這個過程可能要反復好多次，直至滿足實用性和藝術性兩個基本指標。從這個過程中，學生也體驗到了創造者的不易，會更珍惜自己使用的物品。

11. 展示交流

展示及交流匯報。每位學生用5分鐘來介紹自己的作品。可圍繞以下幾個方面：通過調查發現了什么問題，想到了哪些解決的辦法，每種辦法各有什么優缺點，最后選擇了哪個，本設計方案的最大特點是什么，是否實現了之前的想法，還有什么不足需要改進等。在這個環節，如何向其他同學介紹自己的想法和設計方案，讓他人理解就顯得非常重要。這樣別人才能接受和喜歡你的設計，其實這也是推銷自己創意的最好時機。

一位學生在談自己的體會時說：“3D打印課程可以把我們的奇思妙想變成現實，真的是非常神奇，我很喜歡。我最喜歡老師讓我們把3D打印筆帶回家，這樣可以把自己想要做的東西繪制出來，非常有意思。3D打印讓我明白了，制作一件東西一定要先了解需求，然后才能幫助到別人。”

創客教育的核心是利用開源軟、硬件去完成“造物”的過程。現在的產品很少是由單純的機械結構組成的，大多都需要整合電路、傳感器，并編寫程序。而3D打印在“造物”過程中一般只是完成了一個作品的外殼設計，有必要引導學生在設計3D作品時，注意提前預留好以后安裝主控、傳感器、線路等的位置，為最終完成智能化的創客作品奠定基礎。

經歷這樣一個觀察、發現、思考、繪制、建模、打印、展示、分享的完整3D“造物”過程，孩子們收獲滿滿，不但增強了自信，也展示了自我。同時，他們也明白了設計思維要有同理心，即站在用戶的角度換位思考，而理解他人的需要和觀點的“設計思維”則是學校教育著力培養孩子創造力最為關鍵的要素。

設計思維是以解決方案為導向的思維形式，它不是從某個問題入手，而是從目標或者要達成的效果著手探究問題的解決方案，是一種獨特的“在行動中進行創意思考”的方式。3D打印教學中，學生通過發現生活中的問題，以解決問題作為要達到的目標，獨立思考，合作分享，利用3D打印技術進行問題解決。

總之，看上去很“美”的3D打印教學，只有牢牢抓住培養學生設計思維意識和習慣這一核心，才能真正成為創客教育彈藥庫中的重型武器，發揮其重要的育人價值和作用。

（作者單位：浙江杭州市余杭區安吉路良渚實驗學校）