3D打印技術在小學信息技術教學中的應用策略探究

摘 要：在基礎教育階段，3D打印技術仍是個新鮮的事物。伴隨3D打印機、材料價格的降低，加上各界對教育事業的關注，3D打印技術日漸在教學領域得到應用。3D打印作為制造業的重要助推，對該行業的前途有很大的影響。3D打印走進課堂，此乃未來教育的使然。信息技術原本是持續發展、創新的學科，教師們需要緊跟時代步伐，結合學生的學情與特點，研發出更多優質的信息技術課程。文章將對小學信息技術教學中3D打印的應用問題進行探討。

關鍵詞：3D打印技術;小學信息技術;教學應用

3D打印技術的創新，在多個領域中均已得到應用，且出現于基礎教育中的不同學科教學。中小學信息技術教學中，3D打印技術有助于提高學生的實操能力，增強他們的創新意識與科目融合性，讓學生對學習保持更高的興致。

一、 3D打印技術的原理

3D打印（3D printing），作為典型的快速成形技術，其前提為數字模型文件。利用粉末狀金屬或是塑料等各類不同的可黏合材料，以逐層堆疊的方式來建造新的物體（也就是“積層造形法”）。1984年，查克-霍爾（Chuck Hull）研發出全球首臺3D打印機。相應地，《經濟學人》也提到，“智能機器人必定會與3D打印機等聯手，扭轉傳統意義上的制造業模式，從而誘發第三次工業革命。”從過程原理上看，3D打印技術即利用電腦軟件來建立一個新的三維模型，一般為STL或是CAD文件;接著，向打印機傳送這種模型數字化，打印機可以將這種三維模型更改為數字切片、分層;同時，將切片信息再次傳送到3D打印機，堆積薄型層面并且打印，至完全成型。因此，3D打印機相較于傳統打印機，最大不同在于打印材料均為真實的原材料，如金屬、塑料、樹脂甚至是巧克力。

二、 3D打印教學優勢

（一）激勵學生積極創造

3D打印技術，可以讓學生心中的創意真正變為現實。所謂設計，即可以生產，激發學生內心的創作激情與愿望。在教學工作中，筆者自己就經常鼓勵學生去表達他們的作品，從班級中以匿名投票的方式，抽選一款優秀作品來完成打印。

（二）鍛煉培養學生解決問題的能力

解決問題的能力，這也是小學生在信息技術課上要重點培養的能力。3D打印技術，正是為了找出和解決這種問題。3D作品，說到底還是要貼近生活，并解決其中的現實問題。每次設計，學生均需歷經深入分析、嘗試、反復修改這些階段，才能得到最終的設計作品。上述，即解決問題的全部過程。透過每一次設計，可以提高學生對問題的解決能力，形成一定的科學素養。

三、 小學信息技術3D打印教學策略

（一）精選主題

3D打印課程屬于全新的信息技術課，在應用期間，應當精心挑選和確定教學主題。若是找不到合適的3D打印課程主題，教師會根據課程內容、具體要求進行操作。不過，這種做法可能會對某些地區或是學生帶來不好的影響。因此，3D打印課教學中，教師應當確定某些較為妥帖的課程主題，結合小學生個人的思維特點、動手能力等，貼近他們的日常生活，從中找出感興趣，理解難度小的課程主題。特別是根據小學生自身的學習需求，對教學主題進行設計。不過，這里有點要引起重視。除分析小學生個人的思維能力與興趣外，還應當考慮3D打印課程的任務目標和既往信息技術課來組織教學，切勿盲目地根據教材內容進行授課。如此，3D打印課程教學可能難以看到滿意的成效。

要分析小學生已掌握的信息技術知識，他們的生活閱歷以及經驗，了解他們的愛好特點，優先選擇趣味性較高的知識。舉個例子，根據“衣、食、住、行”等與日常生活相貼合的四大主題，組織3D打印課程教學。該類課程主題基本上和貼合學生的實情較為符合，方便引導他們的思考與聯想，讓他們更輕松地完成3D打印設計。與此同時，教師也可以挑選學生興致較高的動畫，設計不太復雜的3D玩偶。該種做法，有助于增強學生的興趣。若是課程教學主題有悖于學生自己的興趣，便很難再激發興趣，甚至會影響今后的課程教學。

（二）導入主題

作為3D打印課程教學的核心環節，課堂導入的好壞關系到整堂3D打印課程教學最終的效果。實踐表明，輕松的課堂氛圍有助于激發孩子的思維，激發學習的能動性與熱情，同時也可以達到更為理想的課堂效果。類似的，在3D打印課程教學中，為了保證課堂的基調，教師還需懂得如何對課程主題進行巧妙的導入。例如，借助適當的課程導入語，啟發學生的思維，增強他們對新知識、內容的感悟。在3D打印課程教學中，教師可以根據3D打印原理，設計啟發性較強、趣味十足的問題，鼓勵學生主動地思考，讓他們在思考的同時找到準確的操作思路，為改善課堂教學效果做足鋪墊。

以“美食”3D打印課程為例，教師在課前可以向班上學生提問：“小朋友，哪些美食是你們的最愛呢？”在一陣踴躍思考、劇烈討論后，教師還可接著詢問：“大家熱愛的美食，大體是何種造型？”聽罷，小學生還將再次地陷入思考與廣發討論。緊接著，教師可以趁機導入今天的課程主題。例如，提醒學生“利用3D打印機，可以自行制作好看的美食，假如真的是這樣，大家想親自嘗試嗎？”顯然，這樣的問題設置能夠將本節課的主題導入，增強學生對3D打印課程的好奇與興致，啟發他們的學習思維與熱情。為了更好地改進學習效果，教師還要根據3D打印建模的基本原理、知識，設置必要的問題，引導學生更快速、輕松地了解3D打印模型是如何制作完成的，有哪些步驟，使3D打印課程取得更滿意的效果。

（三）創作方法

小學生還未形成完全成熟的思維認知，且他們的操作能力也不是很強，在學習3D打印模型設計上還有較大的困難。除前期認真地挑選3D打印工具，教師也應當對3D打印模型設計進行合理的設計，使其能夠滿足小學生個人的思維認知。教師需引領學生自行地對平面圖形進行設計，在平面圖形的基礎上完成3D打印;督促學生將打印所得的平面圖形進行拼接或是優化整合，建立他們心中想要看到的三維立體模型。尤其是三維模型的構建，教師在教學活動中需要適時地融入前期學到的二維平面設計，在3D打印課程設計上充分地運用各種先進的畫圖軟件。這樣的話，學生也能夠學會使用3D打印筆以及畫圖軟，創作自己的作品，提高對學習的樂趣。

例如，學生在構思他們心中的創作主題后，還需認真地思考一陣子。隨即開始制作平面圖形。該過程中，教師需要引導學生借助各類畫圖軟件來完成平面設計，鼓勵他們選擇3D打印筆。根據個人的設計需求，進行拼接或是鏤空操作，直至得到想要的打印成型。部分學生，想要設計“牛排”。基于該項設計，教師要讓學生清楚自己的作品特點和詳細的過程。該種授課思路，可以讓學生了解并使用信息技術課程上常見的畫圖軟件，對課程知識進行反思、鞏固，增強他們對信息技術課的學習效果。

（四）教學評價

教學評價，同樣也是3D打印課教學中比較重要的步驟，對學業成長、優化教學質量和效率均有極大的益處。為了更充分地對學生完成的3D打印作品進行評價，需要鼓勵他們根據最終的評價結果，及時地修改與完善設計作品。該種做法，能夠增強不同小組中學生的交流與合作，使學生對設計所得的3D打印作品有清醒的認知。在修改與完善的過程中，提高他們的設計認知和能力，達到更滿意的學習效果。

譬如說，根據前述的3D打印課程主題，個別學生已設計并制作了3D打印“牛排”。對此，教師有必要要求班上學生進行分組，對設計作品和各自的設計任務展開討論。交流時，教師還需引領小組成員對不同的作品進行點評，說出心中的看法。舉個例子，A學生對B學生提出了一個建議：希望他可以制作3D打印“糖心蛋”，將它和自己完成的3D打印“牛排”組合起來，形成一份完美的“牛排套餐”。顯然，該種評價和給出的建議均是有價值的。在這種溝通與交流中，評價雙方均能夠學習設計中各自的經驗、技巧，并對設計作品進行完善。

四、 3D打印課程實施后的成效

（一）打開了學生的視野，增強了學生的學習興趣

3D打印課程在我校開展了一個多學期，期間多數學生對于3D打印也保持著很高的興致。最初，他們并不懂得何為3D打印技術，不清楚其中的設計要點和原理。而今，他們已有能力獨立地完成一項設計創作。顯然，3D打印課程拓寬和豐富了孩子們的視野，鍛煉了他們對信息的獲取與應用能力，同時也培養了他們的信息素養。

（二）啟發了學生的想象力，培養了創造能力

3D打印課程，可以從理論的視角上為學生不斷充電，同時也讓學生得到更多與空間模型相碰撞與接觸的良機。以小組協作的形式，學生可以單獨地進行設計操作。通過設計他們好奇的實體化東西，檢驗自己的作品是不是滿足要求，在實踐中持續地提升與完善，取得成功。實際上，這也是打開創造思維和提升能力的可靠途徑。

（三）增強學生對三維圖形的認識，培養圖形感知能力

3D打印的整個操作，學生利用平面圖形可以制作出生動的三維立體物品，了解三維立體圖形究竟是如何構建的。從想象，到圖形設計，最后到真正地打印出實物，這種超強意義上的感知刺激，也可以讓學生得到非常明顯的圖形感知力。

五、 結束語

伴隨3D打印技術的完善與成熟，3D打印在基礎教育行業的地位也將備受矚目。信息技術能夠為3D打印創客教育提供更精準、科學的解決方案。相反，3D打印創客教育也能夠幫助學生樹立崇高的信息素養，二者相輔相成，共同推進。身為一線教師，我們在教學中應當認真探索與研究，成為3D打印教學活動中真正的引導者。

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作者簡介：

曾燕飛，福建省三明市，福建省三明市陳景潤實驗小學。