通用技術課程中3D打印技術的拓展應用研究

阮廣福

【摘要】在高中通用技術課程中拓展應用3D打印技術，能使學生課堂體驗感更強，并且發揮非常重要的作用，抽象轉化為具象，激發了學生創新熱情;創設良好實驗環境，提高學生創新動力;借助快速成型技術，滿足學生個性化發展需求;充分利用三維模型技術，避免安全事故的發生。在通用技術課程中拓展應用3D打印技術，從設計3D創意作品、制作設計方案、構建三維實體、作品打印及裝配四方面開展。

【關鍵詞】3D打印技術;通用技術課程;拓展應用

引言

《普通高中通用技術課程標準（2017年版2020年修訂）》明確了學科核心素養，其中包括意識、工程思維、創新設計、圖樣表達以及物化能力。在課程目標中也指出了要將學生培養成為了有理念、會設計、能動手、善創造的合格人才，而將3D打印技術應用于通用技術課程中與課標所要求的相符。作為新興技術，在全國范圍內，3D打印技術不斷普及，作用也日益突顯，能夠將抽象轉化為具象，激發了學生創新熱情;創設良好實驗環境，提高學生創新動力;快速成型優勢，滿足學生個性化發展需求;三維模型優勢，避免安全事故的發生。

1. 通用技術課程中拓展應用3D打印技術的意義

時代的快速發展，通用技術課程已經成為了必修課，將3D打印技術應用于通用技術課程中，有利于激發學生創新熱情，提高創新動力，使學生個性化需求得到滿足的同時，減少了安全事故的發生。

1.1抽象轉化為具象，激發了學生創新熱情

高中通用技術課程涉及很多抽象內容，學生要想理解有點難度，但將三維制圖軟件運用其中，學生就可以將自己的想象制作成可視化圖案，通過3D打印技術，將抽象事物具像化。在傳統教學中，學生腦海中的創意難以與其他同學分享，但是3D打印技術的出現，學生就可以將想象中的事物打印，進而測試性能，在此過程中學生想象變為實物，體驗到了成就，創新的熱情便會日益高漲。

1.2創設良好實驗環境，提高學生創新動力

由于3D打印技術能幫助學生創設情景，制作模型，使學生學習積極性提高。在傳統實驗教學中，主要是以老師演示，學生看為主，學生動手操作機會很少，而造成此問題的主要原因是實驗室設施缺乏，不可能讓每位學生都參與進來，另外實驗中存在較大安全隱患，若學生操作不當極易導致人身傷害。而3D打印技術為學生實踐操作提供了可能性，學生有機會參與進來，確保實驗環境安全的前提下，給予了學生創新源動力。

1.3借助快速成型技術，滿足學生個性化發展需求

高中通用技術課程其最終目的是為了使學生技術素養提高，實現學生全面、個性化發展。而此課程實踐操作性較強，不管是設計環節，還是在制作環節，強調的是學生個性突出，培養學生創新與發明的意識，在實踐中檢驗理論，在實踐中實現創新發展。而3D打印技術中的快速成型技術，其為學生個性發展提供了條件，使學生發展需求得到滿足。

1.4充分利用三維模型技術，避免安全事故的發生

高中通用技術課程涉及到一些鉆床、激光切割機等危險設備，學校嚴格規定無教師允許，學生不能去觸碰。雖然部分學校通用技術教育設施設備較齊全，但使用效率低，主要考慮到了學生安全，反而是一種資源的浪費，同時對學生實踐能力提高非常不利。而3D打印技術中的三維模型將實體呈現，學生實操安全系數提高，減少了實驗事故發生幾率。

2.通用技術課程中3D打印技術的拓展應用策略

高中通用技術課程涉及到的內容較為抽象、立體，要求具備豐富的想象力，才能掌握知識。3D打印技術可以將學生創意方案制作成模型，使學生學習興趣提高的同時，設計以及實踐能力提升，而此次針對于3D打印技術在通用技術課程中的拓展應用劃分為了四個主要部分，具體如下。

2.1設計3D創意作品

在此階段，老師可以根據計算機設計軟件、3D打印技術原理、功能與案例有效結合，在簡單介紹以后，為學生講解如何運用計算機設計軟件來完成作品的設計，例如運用軟件引導學生設計一些文具盒、小臺燈、小玩具等等，在設計作品時，可以融入計算機設計軟件中一些簡單且主要的操作指令、功能，使學生能夠對軟件操作方法、三維構成等有效掌握，進而為以后方案的設計奠定良好的基礎。目前，以谷歌為代表的一些軟件開發商設計了以個人電腦為基礎的免費3D軟件，操作難度較低，學生只要簡單的拖動就可以設計出3D模型。學生通過運用這些軟件可以將構思、設計直觀的呈現，使學習變的更加簡單，而且可以將成品快速打印。

2.2制作設計方案

在此階段，將“技術與設計1”模塊中所涉及到的“設計過程”內容有效結合在一起，并且通過問題情境的設置，來調查人們的真實需求以及愿景，從中發現技術中可能存在的問題，運用多樣化的方法對產品相關信息進行收集整理，加以改進，進而使設計的方案更加詳細與合理，運用繪圖工具將標有尺寸的三維設計樣圖繪制出來。

2.3三維實體構建

此階段學生可以將三維設計軟件運用其中，在電腦上將前一階段中設計出來的圖紙運用各個繪圖指令，繪制出標有實際尺寸的三維實體圖，設計材質、顏色，通過計算機測試以及評價三維模型圖的尺寸是否合理，外觀是否科學，若是作品中涉及到很多零配件，要模擬測試一下零件間是否能夠準確裝配，若發現問題，及時改進。制作好三維模型后，將STL導入，為3D打印技術提前做好充足準備。

2.4作品打印及裝配

STL模型導入3D打印機中，模型排布要科學合理，如果需要將多個模型進行同時打印，更要做到排布的合理性，這樣可以將打印速度提高，打印材料節省，需要打印的模型處理時要進行分層，進而開啟打印指令，打印工作開始，待打印完畢以后，三維模型便以實物形式呈現，最后組裝不同部分，作品完成。

結束語

在20世紀90年代的時候3D打印機就已經出現，剛開始的時候被稱為快速成型技術，主要應用于大學實驗室中，由于其優勢較突出，所以慢慢的開始拓展到各行各業，不再僅僅局限于教育領域。作為信息高速發展時期最具代表性產物，3D打印技術要充分發揮其作用，在不斷拓展應用中尋求更加創新性的發展路徑，將通用技術課程教學質量提高。

【參考文獻】

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