基于Steam的3D打印校本課程內容規劃

摘? 要：近幾年來，基礎教育改革對創新教育的呼聲越來越高，因此很多學校也在不斷地摸索和探究相關的創新教育課程。3D進校園是創新教育的一種新形式，學生也非常喜歡這種形式。因此，筆者基于我校的實際情況，探索基于STEAM理念下的3D打印校本課程的研究，以期能為我校的創新教育盡微薄之力。

關鍵詞：STEAM;校本課程;創新教育

中圖分類號：G623.58? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）07-0131-04

Abstract：Recently，the voice of basic education reform for innovative education has become higher and higher，so many schools are constantly exploring and exploring innovative education courses. 3D printing entering campus is a new form of innovative education，which students like very much. Therefore，based on the actual situation of our school，the author explores the research of the school-based curriculum of 3D printing based on STEM concept，in order to make a little contribution to our school’s innovative education.

Keywords：STEAM;school-based curriculum;innovative education

0? 引? 言

基礎教育改革對創新教育的呼喚：在深化教育改革、提倡創新的大背景下，創新教育以及STEAM理念不斷被人們關注和接受。在這些理念的推動下，隨著能夠促進學生設計思維和創新能力發展的3D打印技術的推廣，使得3D打印很快成為創新教育的新資源、新工具。各種政策的確立更是使3D打印進校園成為可能。筆者所在的城市，市區教研員開展并組織了一系列的技術培訓。培訓結束后筆者便思考如何將這么有意思的事情推薦給我的學生，讓他們也能感受到3D打印帶來的樂趣。除了硬件設備之外，3D打印課程教什么、怎么教便順理成章成為我們要思考和解決的首要問題。

1? 課程設置

1.1? 課程理念

為全面貫徹黨的教育方針，落實立德樹人根本任務，培養創新型人才，我校開設的3D打印校本課程，旨在探索新時代、新課程背景下，科技創新教育的新方法，同時也希望引導學生在3D校本課程中開展積極有效的思考、探索，培養他們的創新意識和科學素養。

1.2? 課程層級

考慮到我校校本課程開設的實際形式：教學對象主要為7、8年級的學生，且以7年級學生為主體，開設的時間為一學年。因此，課程的層級結構分為：入門、基礎、設計、綜合應用這四大塊。其中入門和基礎模塊所占比重為60%。

2? 課程性質與目標

2.1? 課程性質

3D打印校本課程屬于技能性拓展型課程，其學習過程屬于探究型學習。對于3D打印這一新興技術來說，這更是師生共同探索新知的學習過程。學生通過學習，嘗試在問題解決的過程中獲取知識、提升能力、形成價值觀。教師在教學中，應強調對所學知識、技能的實際運用，注重學習的過程和學生的實踐與體驗。課程內容的設置，應關注學生圍繞問題的解決、內容的確定、方法的選擇及相互合作和交流的過程。此類課程的設立，具有明顯的先進性和實踐性。目的在于使得學生在掌握一門新穎且發展快速的技術的同時，激發學生的想象力和創造力，并能夠將此技術運用到其他學科領域的學習上。

2.2? 課程目標

在需求分析的基礎上，我們需要從以下三個維度來確定3D打印校本課程的總體目標。

（1）知識與技能。S：掌握與課程內容相關的科學知識。T：掌握3D建模技術、并能夠對作品進行切片打印。E：培養學生將科學和數學兩者一體化、系統化，創造性地用于解決實際問題的能力。A：建模過程中培養學生對作品的人文、形態等藝術美的意識。M：培養學生對于數學問題進行發現、表達、解決和有效交流的能力。

（2）過程與方法。培養學生的動手能力、團隊合作能力、表達能力及創新能力。

（3）情感態度價值觀。通過課程中的實踐活動，讓學生感知新型技術的無窮魅力及在生活中的應用。

3? 3D相關教學內容規劃

3.1? 3D打印基礎知識

基礎知識主要是讓學生對于3D打印有足夠的了解，熟悉自己將來要使用的設備，因此基礎知識的學習至少要包含三方面內容：3D打印的基本原理和工作步驟;3D打印機的結構;如何使用打印機打印3D作品。

3.2? 3D打印建模知識

3.2.1? 建模軟件的選擇

目前教育領域使用的建模軟件還是比較多的，有全國中小學生電腦制作大賽的指定軟件3Done、sketchup、DSM、Rhino等等。鑒于區里的教師培訓選擇的是DSM和Rhino這兩款軟件，另外本人對RHINO這款軟件相對熟悉，所以筆者選擇了RHINO這款軟件作為校本教材的主要建模軟件。

3.2.2? 建模知識點的梳理

3D打印目前并不在初中的課程標準范圍內，因此對3D打印課程內容知識點的梳理并沒有統一的規范。筆者的思路是結合我校學生特點，借鑒主流的3D建模軟件的基本功能，在RHINO中篩選出合適的知識點作為教學開展的技術支撐。

我校學生的特點：我校的學生大多數為外地務工子女，學生接觸電腦的機會不多，計算機使用的熟練程度不高。鑒于這樣一個具體情況，在選擇技術點的時候：

（1）只選擇核心的3D設計類的功能。

（2）去除復雜的功能、去除由基本功能能夠實現的功能，達到精簡。

精簡后的技術點：

曲線：圓形、橢圓、控制點曲線、控制桿曲線、彈簧線、螺旋線、文字曲線、連續線段、多邊形、矩形、偏移曲線、投影至物件。

曲面：切割用平面、布簾曲面、從邊緣建立曲面、擠出曲線、沿著曲線擠出曲線、擠出曲線成錐狀、擠出曲線至點、往曲線法線方向擠出曲線、放樣、嵌面、平面曲面、平面、沿著路徑旋轉、旋轉成形、單軌掃掠、雙軌掃掠、文字、不等距離偏移曲面。

實體：立方體、圓錐體、圓柱體、橢圓體、擠出曲面、拋物面椎體、圓管、金字塔、薄殼、厚片、球體、文字物體、環狀體、平頂椎體、圓柱管。

編輯物件：組合（線、和面）、分割、修剪、銜接曲線、銜接曲面、加蓋封閉、洞、薄殼、線切割、布爾運算、邊緣混接、邊緣斜角、邊緣圓角、對齊、陣列、彎曲、復制、沿著曲線流動、鏡像、移動、旋轉、縮放、傾斜、錐狀化、扭轉、群組、解散群組。

3.3? CURA切片技巧

切片軟件在使用中需要考慮以下問題：

（1）打印角度的思考?？紤]調整模型的角度，增大模型和平臺的接觸面積，可以提高打印的成功率。

（2）支撐和底座的添加。一般模型我們不選擇打印底座和支撐這兩項，如果模型某型部位沒有支撐點，也沒有調整好放置角度，就必須選擇支撐選項。

（3）填充率。一般我們的填充率選擇在10%～20%之間，填充率越高，模型的強度和重量會加大，打印時間和材料也會隨之增加。

3.4? 3D打印逆向設計應用

學校購置了一臺3D人像掃描儀、一臺實物掃描儀。因此，我們可以充分利用這兩種設備進行逆向設計，對人像或物品進行三維掃描、曲面重構、打印模型。

3.5? 3D打印作品的后期處理

3D作品的后期處理主要包括兩項：一是打磨作品，二是上色。對部分作品來講可能還需要組裝和黏合。

4? 整合教學內容

4.1? 內容整合的原則

4.1.1? 以學生為中心

3D打印課程不是義務教育階段的必修課，在我校是以校本課程的形式出現的選修（或社團）課。秉承立德樹人、培養學生創新性的宗旨設計課程，以學生為中心，以學生的身心發展規律為線索，以學生的視角，選擇他們感興趣的內容作為教學內容的依據，設計課程。

4.1.2? 解決生活實際問題

課程中選擇的實例盡量貼近生活，以學生在實際生活中遇到的問題為切入點，開展教學。設計作品的目的是為了解決一個生活中遇到的問題，或者是為了掃除一個知識點盲區，亦或是對某個物品的改進，以達到自己的使用需求。

4.1.3? 跨學科知識整合，彰顯STEAM教育的特征

STEAM教育的最顯著特征便是學科融合，它的優勢及其精髓便是能夠將多個學科的知識點融合到一個作品中。

因此，筆者在作品選例時，時刻謹記這一點。課程中的作品選擇在建模時可能需要其他知識點的支持，比如圓形的相切問題，可能就需要數學知識的鋪墊，在制作DNA時就需要生物背景知識的引導。在設計花瓶這類作品時，我們可以引導學生了解中國瓷器，體驗中國瓷器技術的博大精深，感嘆古人的技藝之精巧。

4.1.4? 以作品為主要依據，兼顧技術難度

以作品完整性為主要依據，兼顧建模的難易程度來安排教學內容。在教學內容處理上，筆者主要有兩點思考，一是以建模的難易程度為主線構建教學內容的框架，二是以單個作品的完整性為主線構建教學內容。前者的優點是對建模軟件的學習相對容易，后者的優點是每次活動都有能看得見的作品，容易激發學生的興趣，對于課堂教學而言也更加容易組織。為此，筆者在選擇教學內容的時候，希望能盡量結合這兩者的優勢，讓教學充滿趣味性，讓學生學起來輕松。

4.2? 建模部分教學內容設計

基于以上內容整合的原則，建模部分的教學內容還要縱向上實現難度逐步加深，同時對思維發散和創新的要求也要隨之遞增，教學內容設計如表1所示。

5? 教學評價

對STEAM課程的3D打印課程而言，其評價也應該是多方位的。因此，筆者設計的評價體系包含如下幾個方面。

5.1? 記錄單形式的反思評價

該記錄單的形式用于跟蹤學生在整個作品制作過程的思維動態，如表2所示。

表2? 活動記錄表

通過該記錄單的反饋，我們可以了解學生在實際操作過程遇到的問題，以及解決問題的深度，從而挖掘出他們的思維深度。

5.2? 電子小報形式的演講或視頻形式的記錄

電子小報的形式可以拓展學生的思維，以某一作品為主線，引發他們對整個作品從設計前-設計中-制作完成后的一個完整的思考，并且最終通過演講的方式將其講述出來。這是一個思維的大整合，對學生的各個方面都是一種訓練。視頻形式和電子小報有著類似的功能，不同的是，這種形式更加生動形象，可以直接記錄自己在制作過程中的點點滴滴。

5.3? 作品大比拼

學生認真地完成自己的作品后，將作品集中到一起，按照事先制定的評比標準進行評比，選出心中最完美的作品，以期獲得肯定。

6? 結? 論

3D打印技術應用到教育領域，實現教育改革的創新與發展，能提高學生的創新能力，訓練學生的動手能力，但是怎么與教育有機地結合達到我們想要的效果，還需要我們繼續探索。

參考文獻：

[1] 黎鵬.基于三維掃描與3D打印的機件建模方法研究與實現 [D].邯鄲：河北工程大學，2016.

[2] 崔允漷.從“選修課和活動課”走向“校本課程”——“江蘇省錫山高級中學校本課程”個案研究 [J].教育發展研究，2000（2）：22-26.

作者簡介：侯娟（1984.08-），女，漢族，江蘇淮安人，講師，碩士研究生，研究方向：教育信息化。