3D打印課程設計與應用的實踐研究

林勇男

2013年開始，3D打印技術由軍事等應用領域開始走向各個領域與行業，也逐漸成為人們關注的焦點，其在小學教育領域的應用探索也如火如荼地展開。本文介紹了我校探索3D打印小學教學中應用的實踐，從最初的項目引進到六人社團開設，再到現在的校本普及推廣課程的過程;其中在探索過程中遇到的軟硬件、課程設置等問題及解決的辦法;最后總結了完善課程體系構建，并逐步適應教育教學走進不同學科課堂，對教育教學產生的深刻影響和變革。

隨著3D打印技術逐步進入各個產業，以及由于此技術本身的快速成型，有效鍛煉學生的空間思維等性質，可以作為一個很好的教育載體，同時學習理論、教學理論以及“經驗之塔”理論都為 3D打印技術在教學中的應用提供了很好的理論依據。3D 打印技術在本質上是多媒體技術的延伸， 是虛擬現實技術的延伸，它拓展了人的感覺和知覺，促進了人的思維能力的進一步發展，它與教學的融合勢在必行，因此，全國各地區的信息技術教師積極投身3D打印課堂應用的研究中。

我校也在2014年引入3D打印機，3D打印校本課程也隨之開設，是區最早開設3D打印課程的小學。自社團開設至今，現已經將3D打印發展為常規課程普及。“讓學生走向世界，讓世界走進學校”，讓孩子們在校園中能體驗到前沿科技的魅力，3D打印技術正悄然進入孩子們的學習。

一、初識3D打印，尋找切合深度

作為一名教師，面對新的科技將其應用于自己的教學，沒有標準的教材可以參考，除了興奮，剩下的也就是擔心。一切都是摸著石頭過河，從使用軟件建模到模型打印遇到了各種各樣的問題。

（一）建模軟件和格式轉換軟件

建模軟件可謂是這門課的核心，也是最能鍛煉學生思維的載體。因此選用合適的3D打印軟件是首要問題，市面上的3D 建模軟件參差不齊，本人接觸過的就有3DMAX、Maya、Rhino等，但是這些軟件對于小學生來說界面功能以及操作都稍顯復雜，雖然我校的機房配套電腦的配置較高，如果要長時間的運行以上專業級別的軟件，還是相對困難，經常會出現卡頓閃退等現象。因為123Ddesign這款軟件功能強大，對機器要求不高，操作簡單，界面簡潔，適合小學生入門級的學習，最終成為我校3D打印課程的學習軟件。

格式轉換軟件，用了通用配套的Cura。Cura軟件的參數設置相對來說比較復雜。基本的設置需要認識，非常容易出錯，在使用初期，在設置的時候，未將支撐選擇，結果導致作品懸空的地方無法成型，直接成為一坨塑料。

在使用轉換格式軟件的時候，還需要注意以下幾點：1.機型必須匹配，不然無法打印。2.支撐類型需要選擇，一種是線性還是實體，這將關系到打印完成品后期的處理，有的過于牢固，鏤空處就無法將鏤空的支撐去除。3.噴嘴和打印厚度需根據實際情況調整。

（二）3D打印機的使用

由于購買的桌面級機器屬于基礎型，在使用之初發現打印無法成型，經過觀察發現，是由于天氣過冷打印機吐的絲過快地凝固無法牢固地粘貼在平臺上，之后再平臺上貼上了雙面膠紙才算解決（建議購買時能入手平臺可加熱的機型）;當然在使用了一段時間后，打印機也出現過各種出現如無法自動調平，無法吐絲，打印頭堵塞等，無論電機驅動損壞還是調頻紅外模塊失靈，最后都想到了辦法解決。

（三）課程的設置

將3D打印應用于課堂，3D技術本身只是載體和形式，教學的設計才是核心。因此我們要確定適合小學生的學習內容，以及怎樣教授更符合小學生的思維邏輯，最后把握適合小學生的難度。

首先我們要教軟件建模，因為軟件的熟練使用才能讓小學生自由創作有了基礎，而在軟件中建模是最能鍛煉學生空間思維的一個過程，因此是重點;我們還要讓學生學會格式轉換和自己動手打印，建模、轉換和打印才是一個完整3D打印的過程;模型的后期處理，往往我們打印出來的模型是比較粗糙的，需要我們自己動手處理上色等;我們還需要開放課堂，讓學生自主思考，發展孩子的創新性思維。

其次為了讓課程更加適應小學生的思維模式，讓課程以任務驅動教學，而不是技能單獨學習。并且在一年的學習中讓學生去掌握簡單而常用的功能，同時結合我校的節日主題等將教學課程內容設計如下：

1.初識3D打印——了解3D打印技術

2.可愛的米奇——視角切換、移動的應用

3.小小火柴人——平移、旋轉的應用

4.兔子書簽——直線和曲線的應用

5.創意花瓶——旋轉成型的使用

6.個人印章——文本輸入的學習應用

7.圣誕快樂——圣誕樹裝飾品制作

8.機器貓伴你行——機器貓的制作

9.小黃人來啦——小黃人制作

10.我是海賊王——海盜船的制作

11.HWFl 校園沙盤

二、六人社團打印課到年級普及校本課

我校的3D打印課從開始的六人興趣小組到現在的校本課程普及課，孩子們一直保持著濃厚興趣，除了課程設置的內容有趣外，主要原因在于3D打印其本身的性質分不開，需要學生的空間思維能力發展到一定高度。

六人興趣小組的時候，孩子們一起在校園中觀察學校建筑的結構，每位同學設計建模出來的學校建筑讓作為老師的我們都感到了孩子的潛力無限。從模仿到自主創作，從兩三個基礎模型的堆疊到復雜的布爾運算陣列運用，思維的火花在碰撞。

在普及課上我調整課程的內容的設置，將課堂改為小組合作制，3人一組，共同協作完成一個項目，每個人負責項目中的不同部分，協調辦公。同時我也嘗試將機器人與3D打印融合。讓三年級的同學也能嘗試動手體驗機器人課程。經過如此一改變，同學們都找到了適合自己的位置，發揮自己的最大作用。不僅提高了對3D課程的興趣，課堂的項目完成度也非常高，基本每個小組都完成了要求的內容。

三、思索

3D打印技術可以讓孩子們體驗到最前沿的科技，也可以很好地將學生的想法具象化地表現出來，不像傳統的信息技術，只能停留在思維的模擬中。3D打印技術配合合理的課程設計可以很好地激發孩子們創造力，將自己的想象力更加便捷直接地變為現實，成為一個可以很好地培養孩子創造性思維以及動手能力的平臺。相信隨著課程的延伸，孩子們能學到更多，對于自身能力的提升將更大。

從兩年多的探索中，雖然孩子們學習到了3D打印的基礎，設計出了不少優秀的作品，但是整體課程的設置還是很多的不足之處：

首先，3D打印機的數量少導致學生無法及時打印，使得整個課程中完整的打印過程被分割，效果比較差;其次，由于機器的不穩定性，經常會出現硬件故障，課堂的進度和效果大打折扣;第三，打印機精度不夠，很多同學的復雜設計無法很好地打印呈現，在精度高的打印機出來之前，只能對學生設計的結構做一定的要求;第四，課堂時間過少，特別是軟件需要學生去熟悉和掌握，一年的時間對于一些接受能力較弱的孩子，除了學習不夠扎實外，容易造成學習積極性的打擊，認為自己學不好，自信心容易受挫;第五，缺少一個完整明確的評價體系與標準，難以對創意性和生產精確性進行權衡，比如我對于一個花瓶，你可以設計得造型獨特甚至是傳統工藝所無法實現的，你也可以設計成一個美麗完美對稱的傳統花瓶，這個時候我們就很難給予評分，只能從兩個維度進行比較。我認為在小學階段，學生的學習還是以自主的創作為主，建立三維空間的概念。

2012 年 4 月，英國經濟學家保羅·麥基里在《第三次工業革命》一文中，將 3D 打印技術譽為第三次工業革命的重要標志之一，引發了世人對 3D 打印技術的強烈關注。 3D 打印技術前景廣闊，有機構預測它是一項革命性技術，將引領一個革命性時代的到來。美國新媒體聯盟（NMC）在《地平線報告 2013 年（基礎教育版）》中也指出，未來 4～5 年，3D 打印技術將成為主流趨勢。

隨著3D技術的不斷升級和完善，其必將會合理地運用到不同的學科;在未來的發展中，也必將成為教育教學變革的一大助力。

【作者單位：杭州上海世界外國語小學 ?浙江】