創客教育在初中3D打印課程教學實踐研究

李芳輝

【摘要】3D 打印可以把創客教育活動中富有創意的設想變成了實物化，對創客教育產生深遠的影響。實踐基于創客教育理念，以《仙人掌盆栽》創意設計為例，闡述了3D 打印創客課程的教學過程，尤其對創新理論和案例教學進行融合，引導學生獨立自主的完成創意作品的設計。

【關鍵詞】創客教育;3D打印

一、創客教育在中學3D打印課程教學研究提出的原因

（一）國家政策對3D打印技術提出的新要求

在2015年，國務院發文《國家增材制造產業發展推進計劃（2015—2016年）》，文中特別強調3D打印的重要性，并將3D打印列入國家戰略發展高度，大力推廣和普及3D打印教育，重視技術型人才的培。創客教育理念促進創新教育，在教學中實施創客教育培育學生的創新精神，真正做到讓學生在“在做中學”。

近些年3D打印技術引起了教育界眾多學者的重視，并將 3D打印技術引入基礎教育階段，應用創客教育等創新教育模式中，以此打破傳統教育的困境、探索教學新方式。本文以《仙人掌盆栽》的設計與3D 打印課程為例，對 3D 打印創客課程的教學過程進行探討。

（二）開展創意設計與 3D 打印課程可行性分析

創意設計與3D打印課程所需要的成本不高，可能不配置獨立的教室或場所，利用現有的信息技術電腦室中增加幾臺桌面式3D 打印機即可實現。課程中使用的三維設計軟件可以采用免費為青少年開發的123D軟件，操作界面簡潔，學生能夠快速入門。學生快速將操作命令掌握后，便能夠徜徉在創意設計的海洋中。

二、核心概念與理論依據

（一）創客教育

創客教育是指鼓勵學生進行大膽的創造，創造過程中充分有效的運用數字化工具，培養學生自主探索能力，動手實踐能力，讓學生將自己的想法作品化，并具備獨立的創造思維與解決問題的綜合能力的一種教育方式。

（二）3D 打印課程

3D 打印課程是借助三維設計軟件（如：123D）進行創意設計，并使用 3D 打印機實現創新落地的課程，旨在先進的制造技術走進課堂、走進校園。

（三）杜威“做中學”的思想

杜威的“做中學”理論認為，學生通過聽課和讀書所獲得的知識是虛渺的，只有在活動中獲得的經驗才算是真正的教育，因此，學生要在“活動中學習”、“經驗中學習”。他認為，教學不是一味的灌輸，而是讓學生以某一問題為中心，思考解決問題的有效途徑并進行實踐與驗證。

三、創意設計與 3D 打印課程設計與實踐

3D打印技術所帶來的創新教育，將教學的重點由以學生知識掌握為主，向知識與技能學習、實踐創新能力培養協同發展轉變。3D打印課程給我們帶來了新的學習模式，激發學生思維，培養學生探索精神，實踐創新精神，實現創意想法。以《仙人掌盆栽》為例，介紹創意設計3D打印課程具體教學過程。

（一）教學目標、內容和學情分析

教學內容和目標是以制作一個“仙人掌盆栽”為活動主線，指導學生學習123D中的草圖繪制、拉伸、布爾運算、陣列等命令的一般流程和方法。

本課程的教學重點是：運用123D軟件繪制不規則實體的一般方法。教學難點有兩個：一是如何結合 123D軟件繪制不規則實體的方法來理解其中的三維建模思想;二是進行“仙人掌盆栽”的創意設計時如何巧用布爾運算設計出獨特的造型。

本課程的授課對象是初一學生，大部分學生對三維建模都不了解，但對“創意設計與3D打印”有很大的學習興趣，動手能力比較強。

（二）教學過程

1.情境引入。3D打印技術的學習過程是比較枯燥的，要給學生創設有趣味、有意義的學習情境，將建模學習與學生身邊的事物聯系起來。通過3D打印機將學生設計的作品打印出來，來點燃學生的成就感，激發學生的學習興趣與學習動機。

通過實物作品的展示激發學生的興趣，促進學生深度學習的欲望，并且引發學生的思考——這個“仙人掌盆栽”是怎樣做出來的？ 通過觀看實際的作品，學生明確了本次課的學習目標，學習熱情呈現出高漲的態勢。

2.自主探究實踐任務。自主探究能夠進一步增強學生的學習激情，學生的自我效能感會得到快速提升，從而增強學習效果。學生可能通過“易學”系統的學生網盤下載微課學習資源，通過小組合作，自主探究的方式完成“仙人掌盆栽”的設計。

“仙人掌盆栽”設計步驟。步驟一設計花盆：（1）單擊“基本實體”→“六面體”，創建合適大小的長方體作為花盆的盆體;（2）單擊“基本實體”→“圓柱體”，運用“減運算”按鈕，注意要反向拖動控制圓柱高度的紅色箭頭，直到貫穿長方體。步驟二繪制一課樹：（1）單擊“基本實體”→“圓柱體”“圓錐體”，圓柱體和圓錐體作為樹干和樹冠;（2）單擊“材質渲染”按鈕渲染喜歡的顏色即可。步驟三挖出泥土的效果：（1）單擊“基本實體”→“六面體”，設置長、寬尺寸后向下拖動高度方向的紅色箭頭，并單擊對話框中的“減運算”按鈕。步驟四設計仙人掌：（1）單擊“基本實體”→“橢球體”，泥土面上放置作為仙人掌生長的位置; （2）單擊“特征造型”→“由指定點開始變形實體”，按左上角彈出的對話框中的順序依次選擇橢球體。（如下圖所示）

3.創新激發引導。當學生的建模任務完成后，會有探索更多可能性的愿望。教師需要對本次主題的創新方向進行激發和引導。

以“仙人掌盆栽”為例，授課教師明確本次課的任務要求，并以發散的方式引導學生大膽的進行創意設計。從大方向看，思維發散圖包含主題創新以及造型創新兩方面，在此之下又能發散出其他更多的內容。

4.成果展示與評價。在經過小組合作完成了作品，各小組將作品提交到“易學系統”的學生網盤班級展示區進行小組互評。由小組學生自評，講解在合作完成的過程中所遇到的問題以及如何解決的，作品的亮點與不足。老師對作品進行綜合點評，優秀的指出其特點，一般的則指出不足之處，便于學生進一步改進提高。然后由教師和小組利用學習成果評價量表對每個小組的作品進行評價，并對優勝作品給予獎勵，并記入學習檔案中。學生非常享受分享的過程，尤其是當其作品得到教師與同學的認可后，他會更有創新的動力，分享的過程中充分體驗到 3D 打印帶來成功的樂趣。

四、結語

基于創客教育理念，開設初中創意設計與 3D 打印課程，將學生的創造想法變成了實物，這是一種新的學習體驗，大大地促進學生的想象力發展。在實踐過程中，學生的動手能力、設計能力和思維能力等得到全面提高，對創新型人才的培養具有積極的意義，也是開展創課教育的主要目的。

【本文系廣東教育學會教育科研規劃小課題“基于3D打印技術的創客教育在信息技術教學中的實踐研究”成果（課題編號：GDXKT22196）】

【參考文獻】

[1]牛祿新.3D 打印開啟制造新空間[J].新經濟導刊，2015（10）：11-18.

[2]許玄玄.中小學 3D 打印課程設計與實踐研究[J].中國教育信息化，2019（8）： 21-24.

[3]曾玉如.基于創客教育的中學3D 打印課程教學實踐研究[J].教育觀察，2019（8）：29-31.

[3]張曉麗.實現孩子的“創客夢”[J].教育，2018（28）.

[4]陳清.打印機技術研究和未來應用發展趨勢初探[J].電子世界，2013（16）.

[5]丁焱.中小學開設3D打印課程的意義[J].中國現代教育裝備，2014（14）.

[6]楊高云.小學 3D 打印教育課堂教學設計研究[D].上海師范大學，2014.

[7]張陳燕.小學3D打印校本課程的開發與實踐研究[D].廣西：廣西師范大學，2017.

[8]呂俊祥.小學生創客教育學習活動的設計與實施[D].山東：山東師范大學，2017.

[9]周家興.基于3D打印項目的創客教育實踐[J].教育信息技術，2016（6）.