淺談3D打印技術(shù)在高中通用技術(shù)課堂教學(xué)的幾點(diǎn)嘗試

【內(nèi)容摘要】基于3D打印技術(shù)是 “設(shè)計(jì)即生產(chǎn)”的基本理念，可讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中深度體驗(yàn)與參與，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和跨學(xué)科思維，提升學(xué)生的實(shí)踐能力。此論文分析3D打印技術(shù)在高中通用技術(shù)課程的幾點(diǎn)嘗試，探討如何提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)積極性、動(dòng)手設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。

【關(guān)鍵詞】3D打印技術(shù) 課堂教學(xué) 通用技術(shù)

3D打印技術(shù)是當(dāng)今社會(huì)比較火的一項(xiàng)快速成型技術(shù)。這一技術(shù)非常特別，它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，以逐層打印的方式，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料進(jìn)行物體架構(gòu)。《普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出，通用技術(shù)課程是“以提高學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨，以設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)、操作學(xué)習(xí)為主要特征，是一門立足實(shí)踐、注重創(chuàng)造、體現(xiàn)科技與人文相統(tǒng)一的課程。”在高中通用技術(shù)課中應(yīng)用3D打印技術(shù)，無疑能提高學(xué)生的積極性、激發(fā)他們的創(chuàng)新意識(shí)，也能提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，促進(jìn)創(chuàng)新思維的發(fā)展。下面淺談3D打印技術(shù)在高中通用技術(shù)課堂教學(xué)的幾點(diǎn)嘗試：

一、變抽象為具體，突破教學(xué)重難點(diǎn)

通用技術(shù)學(xué)科是一門具有啟發(fā)性、嚴(yán)謹(jǐn)性和實(shí)用性特點(diǎn)的學(xué)科。這一課程的培養(yǎng)目標(biāo)是期待學(xué)生通過學(xué)習(xí)，能激發(fā)想象力與創(chuàng)造意識(shí)，最終在生活實(shí)踐中創(chuàng)造產(chǎn)品和解決生活問題。將3D打印技術(shù)與通用技術(shù)課進(jìn)行整合并應(yīng)用到課堂之中，3D打印技術(shù)的創(chuàng)造性和實(shí)效性可以得到很好的展示。它能將原本只存在于學(xué)生腦海里的想象轉(zhuǎn)化為活生生的實(shí)物，如三維制圖軟件為學(xué)生實(shí)現(xiàn)自己的想象提供了一個(gè)平臺(tái)，在制圖軟件設(shè)計(jì)完成后，3D打印技術(shù)則可以將這一設(shè)計(jì)很快轉(zhuǎn)化為可視化圖形，待打印機(jī)打印出來，學(xué)生腦海里的想象力已經(jīng)具體化、物質(zhì)化，成為實(shí)實(shí)在在的創(chuàng)造物。如學(xué)生在嘗試創(chuàng)造一個(gè)新型桌子時(shí)，在進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)與打印中，第一必須充分考慮這張桌子的平衡性，應(yīng)確保桌子在打印過程中保持平衡與直立，防止出現(xiàn)斜倒現(xiàn)象；第二，桌子有其固定的承載力，必須統(tǒng)籌考量新創(chuàng)造的載重能力；第三，因?yàn)槌杀竞怂銌栴}，也必須進(jìn)行成本核算，確保物有所值。在這一過程中，不難看出，整個(gè)過程要用到生產(chǎn)相關(guān)的技術(shù)知識(shí)，而且涉及有關(guān)于桌子的自身的平衡性、承受力、穩(wěn)定性等物理知識(shí)。由此，3D打印技術(shù)可以為學(xué)生獲得并應(yīng)用知識(shí)提供可靠、便捷的技術(shù)支持，也輕而易舉解決了本節(jié)課的教學(xué)重難點(diǎn)。

二、從理論到實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新動(dòng)機(jī)

3D打印技術(shù)的“變現(xiàn)”功能非常特別，它可以將天馬行空的“創(chuàng)意”，甚至是毫無根基的“空中樓閣”轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸?shí)的物體，可以大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。例如：在學(xué)習(xí)《結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》這一章中，分析結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，通過3D打印技術(shù)打印裝沙不倒翁實(shí)體，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)在外力相同的外力作用下， 外力退出結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化。同時(shí)，也正因?yàn)檫@一3D打印技術(shù)的先天優(yōu)勢(shì)，它能將復(fù)述式課堂變?yōu)椤皩?shí)例化”教學(xué)，3D打印技術(shù)所創(chuàng)造的打印模型可以直接展示給學(xué)生，幫助學(xué)生更好地去理解知識(shí)點(diǎn)和關(guān)鍵要素。如在學(xué)習(xí)第七章《模型或原型的制作》中，通過3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)不同模型，讓學(xué)生得到不同體驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)知識(shí)有了更為清晰的認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力。3D打印技術(shù)為開展通用技術(shù)教學(xué)創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

三、由被動(dòng)到主動(dòng)，激發(fā)學(xué)生求知?jiǎng)恿?/p>

興趣是最好老師。加入3D打印技術(shù)的高中通用課程，學(xué)生可以自主動(dòng)手設(shè)計(jì)建構(gòu)模型，然后再動(dòng)手打印出來，這有助于學(xué)生對(duì)于課程知識(shí)的理解，同時(shí)也會(huì)對(duì)通用技術(shù)知識(shí)有更全面的認(rèn)識(shí)。比如：在航天器模型的制作中，學(xué)生會(huì)有不少新奇的想法，不過由于自身繪圖能力及設(shè)備操作的限制而無法實(shí)現(xiàn)。但是引入3D打印技術(shù)，學(xué)生完全可以將創(chuàng)意航天器打印出來并進(jìn)行性能測(cè)試。在這一過程中，學(xué)生既有想象力的發(fā)揮，還有創(chuàng)造力的迸發(fā)，更有主動(dòng)求知的探究。由此通用技術(shù)課程變成開放的實(shí)踐課程，讓學(xué)生把知識(shí)作為興趣來學(xué)，由被動(dòng)到主動(dòng)，激發(fā)學(xué)生求知的興趣，真正能培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

四、轉(zhuǎn)危險(xiǎn)為安全，讓實(shí)驗(yàn)真正走進(jìn)課堂

過去的通用技術(shù)課，教師多利用多媒體，開展圖片或者視頻教學(xué)，因?yàn)槿狈?shí)際的物理感知，教學(xué)效果并不好。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，扭轉(zhuǎn)了這種局面。教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行打印縮小版的模型開展教學(xué)，由此學(xué)生對(duì)模型進(jìn)行觀察和維修實(shí)驗(yàn)，有了實(shí)物的介入，就有了具體的實(shí)踐操作，這對(duì)于提高教學(xué)效率和動(dòng)手能力非常有益。如在學(xué)習(xí)《結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度》時(shí)，學(xué)生很難理解結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，如果去實(shí)踐有一定的危險(xiǎn)性，如果利用3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教具，既可簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)制作過程，還可以設(shè)計(jì)出特殊的結(jié)構(gòu)部件從而滿足實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的需求，也為學(xué)生安全提供了保障。

當(dāng)前，3D打印技術(shù)正擴(kuò)散至各行各業(yè)，將3D打印技術(shù)引入通用技術(shù)課程，為學(xué)生營造了一個(gè)實(shí)踐、可感的課堂，也為學(xué)生提供更多創(chuàng)新、探索、實(shí)踐的空間，也是當(dāng)前學(xué)科核心素養(yǎng)與教學(xué)改革的需要。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 陳繼民.3D One三維實(shí)體設(shè)計(jì)[M].中國科學(xué)技術(shù)出版社，2016.

[2] 刁彬斌、蔣禮、王璇.小創(chuàng)客輕松玩轉(zhuǎn)3D打印+Arduino 3D打印創(chuàng)新電子制作 3D One軟件入門教程[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2017.

[3] 周迎春.面向STEM的Scratch創(chuàng)新課程[M].人民郵電出版社，2017.

[4] 梁森山.中國創(chuàng)客教育藍(lán)皮書（基礎(chǔ)教育版[M].人民郵電出版社，2016.

【本文為安徽省教育信息技術(shù)研究2017年度課題《中學(xué)創(chuàng)客教育校本課程開發(fā)研究》（立項(xiàng)號(hào)：AH2017032）成果。】

作者簡(jiǎn)介：朱焱軍（1974.12-），男，漢族，安徽太湖人，現(xiàn)任教于合肥濱湖壽春中學(xué)，中學(xué)高級(jí)教師，主要從事計(jì)算機(jī)教學(xué)。

（作者單位：合肥濱湖壽春中學(xué)）