需求引導創造 夢想照進現實

陳平

【摘要】隨著信息技術的不斷發展，3D打印技術在各行業的應用越來越普及，將3D打印技術引入信息技術課堂成為必然。本文主要論述3D打印技術進入課堂的實踐意義、小學信息技術課堂3D打印教學實例初步探討和3D打印教學中的問題與困惑。

【關鍵詞】3D打印 信息技術 課堂教學實踐

3D打印（3D printing），又稱三維打印，是指以數字模型文件為基礎。運用粉末金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印方式來構造物體的技術。跟傳統的打印相比，3D打印技術具有以下優勢：個性化的設計制作，設計驗證成品周期較短；材料具有高效利用率。隨著3D打印技術不斷進步，其在國內外各行業的應用越來越普及，3D打印在教育領域的應用也越來越廣泛，3D打印技術進入課堂成為必然的趨勢。

一、3D打印進入課堂的實踐意義

2013年，新媒體聯盟在“地平線報告”中，首次提出了3D打印技術是未來值得關注的新技術，將帶來教育、教學的創新，并在2014、2015年的報告中再次提及。2016年，第十二屆全國人民代表大會第四次會議中，3D打印被列入“十三五”國家規劃綱要。2018年，江蘇省小學信息技術新版教材首次引入3D打印教學內容。筆者在本文中展示的教學實踐就是基于信息技術教材內容，并結合學情適當作了改編。在3D打印課堂教學中，筆者發現3D打印教學具備如下優勢：

1.激勵學生積極創造

3D打印技術能夠直接將學生的創意想法變為現實，設計即能生產，極大地鼓勵了學生的創作熱情和創作愿望。筆者在教學實踐中，鼓勵學生踴躍展示自己的作品，并在班級中投票選取一個優秀作品進行打印展示。

2.鍛煉培養學生解決問題的能力

解決問題的能力是小學信息技術課程中著力培養的學生應用能力。而3D打印技術支持問題的發現、分析和解決。我們設計的3D作品最終是要應用于生活以及解決生活問題。在每一次的設計過程中，學生要經歷深入分析問題、嘗試設計、再次修改等過程，最終設計完成作品，這就是一次解決問題的體驗過程。在每一次設計中，學生解決問題的能力逐步提升，科學素養逐步提高。

3.加深空間理解，提升學習體驗

3D打印技術，能將虛擬設計變為可見的實體模型。獨特設計的實體模型給了學生直觀的感受，幫助學生更好地理解空間構造、結構造型，提升了學生對點、線、面的立體認知。作品可見的過程，也讓學生有了切身感受。這有助于學生鞏固已有學習技能、激發二次設計的創作熱情，在作品創作中獲得學習的成就感。

二、3D打印的課堂教學實踐案例

1.建立3D打印認知

3D打印在我們生活中普及的速度很快，并廣泛應用于航空、建筑、汽車、醫療等領域。學生在社會生活中已有認知，但還沒有理解3D打印的原理，也沒能建立3D打印的全面認知，因此，筆者在“初識3D打印”一課的教學中，作了如下的教學設計：

（1）情境導入

由動畫片《黑貓警長》片段（黑貓警長打掉了“一只耳”的耳朵）引出問題：將“一只耳”缺的耳朵補回來，你有什么辦法？播放視頻解決方案：中國科學家3D打印人耳成功移植的實驗。“同學們，科學家們用了什么技術制作出了耳朵？”筆者提出問題。（揭示課題：初識3D打印）

（2）認識3D打印

比較普通打印和3D打印。

師：什么是打印？老師手上的文檔是怎么打印的？

師生總結普通打印：電子文檔一打印機一實物文檔。

師：3D打印是怎么打印的呢？觀察教室中工作著的3D打印機。

學生觀察3D打印機是如何工作的。

師：3D打印需要紙嗎？3D打印用的材料是什么？3D打印的內容是哪里來的呢？

師：3D打印技術是一種快速成型技術。它是以數字模型文件為基礎，運用粉末金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印方式來構造物體的技術。（展示實物）

觀看動畫，詳細了解3D打印如何將3D數字模型打印出3D實物。

（3）3D打印技術的應用

師：同學們，發揮你的想象，你想用3D打印技術打印什么呢？

生：食物、服裝、交通工具、人體器官等。

通過引導學生回答，教師展示相應內容的3D打印應用實例，例如，3D打印的四合院、各種滿足病患需要的人體器官等。

師總結：3D打印技術已經被廣泛應用到生活的方方面面。3D打印幫助人們提高設計效率，節約成本，方便生活，尤其在醫療方面，能幫助病人減輕病痛。造福人類。

通過以上的教學設計，學生從理解3D打印原理、了解3D打印過程和體驗各類3D打印的應用中，全面構建起對3D打印的基礎認知。同時，筆者在教學中也嘗試引導學生建立將3D打印作為解決問題方案的意識，將3D打印更好地應用于我們的生活之中。

2.學生創意設計3D打印作品

3D打印的關鍵為3D建模，這是最重要的學習內容。江蘇省小學信息技術五年級教材中，以“制作立體剪影”“制作筆筒”等5課講授3D建模。筆者結合學情設計了“我的定制筆筒”一課。教學設計如下：

（1）談話導入課堂

師：同學們常用的筆筒都是圓柱體或長方體的。但生活中，我們常常要在筆筒中放入筆、尺子、剪刀、橡皮等。（師邀請學生拿出鉛筆、橡皮等）

師：這樣的筆筒有什么缺陷？

生：分類不明確。

這節課請根據你的實際需要，設計你的專屬定制筆筒。（板書課題：我的定制筆筒）

（2）學習基本圖形命令

3DOne軟件的基本圖形命令中已列出常規的六面體、球體、圓柱體等，點擊相應圖形，拖動到工作區，設置圖形尺寸。（提示：輸入數字后，按回車鍵確認）

（3）學習抽殼命令

對基本實體實現挖空，這就需要抽殼命令。抽殼命令執行中需選取基本圖形的一個面作為開放面進行挖空操作。操作中，需要注意選取合適的開放面、厚度一般為負數。

（4）學習組合編輯命令

多個基本圖形需要組合形成整體。組合圖形用組合編輯命令。在操作中，注意選擇組合圖形中的中心圖形為基體，另一個為合并體，合并時邊界為切割面，會將圖形相交的多余部分裁切。

（5）學生作品展示評比

引導學生展示作品。闡述產品功能和設計意圖。班級評選出優勝作品，用3D打印機打印成品（見圖1、圖2）。

本節課的教學設計以“我的定制筆筒”入手，鼓勵學生發現設計需求：教學中簡單講授基本圖形、抽殼、組合編輯等命令，以學生的自主創作為主，旨在鼓勵學生針對設計需求。運用合適的命令實現3D模型的創意設計。

三、目前，3D打印在小學信息技術課堂教學中的困惑

3D打印進入課堂，無疑能夠激發學生想象創意，將學生的夢想變為現實，但在實際教學中，筆者遇到了一些教學困惑：

1.如何鼓勵學生主動進行創意設計

小學生以具體形象思維為主，3D創意設計對小學生來說是較為困難的內容。而3D打印課程旨在將學生培養成創意設計者和問題解決者。同時也要求教師能成為學生創意設計中的引導者、協助者，而絕非主導者。這就需要學生在日常生活中成為觀察者、思考者，嘗試解決生活中的問題，這無疑對學生提出了很高的要求。筆者預想在今后教學中添加學生自主選題，即由學生預先提出設計選題，師生共同討論，引導思維碰撞，鼓勵學生關注生活、發現問題。

2.如何在教學中平衡技術傳授和學生創新創作的矛盾

3D建模初期的教學以命令學習為主，教師需引導學生學習基礎建模技術，范例的演示教學常常會束縛學生的發散思維，而3D建模需引導學生的獨立思考、實現創造。這二者之間較難調和。筆者預想在教學中引入鼓勵機制，例如，擇優打印作品、小組合作二次創作等，激勵學生參與創作，提升其創作熱情。

總之，3D打印為學生信息技術學習開辟了新領域，學生可以從設計模型、制作作品、展示作品等多方面參與學習過程。其有效地激發了學生學習的熱情，增強了學生的思維和解決問題的能力，推動了學生的創新精神和創造能力。作為一線教師。筆者也需要在教學中不斷加強研究學習，努力成為學生3D打印學習中有力的引導者。