產品項目研發模式下小學3D打印課程的教學策略

林 椿

（蘇州市吳江區北門小學，江蘇 蘇州 215200）

2017年，教育部印發的《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》首次將3D打印列為中小學綜合實踐活動課程的設計制作活動，并提出明確要求：“了解3D打印技術原理，學習三維建模的方法和使用3D打印機的方法，了解3D打印的限制條件，學習產品設計應考慮的基本原則及設計中的人機關系，運用3D打印技術提高創新設計能力。”由于成本和時間的限制（一個5cm×5cm×5cm的立體模型需要打印3個小時左右），小學階段的3D打印教學不甚理想。鑒于此，筆者在教學中模擬商業化的產品項目研發的活動流程，對3D打印課程進行了創生與實踐。

一、三層推進，落實“打印什么”

（一）教師給定的項目

在3D打印課程的起步階段，學生對具體打印的內容沒有概念，這時候，教師可以通過“扶一扶”的方式幫助學生確定項目。教師給定的項目，既要立足課本，又要高于課本。例如，蘇教版《信息技術》五年級下冊“制作立體剪影”一課提供了做厚度為1厘米的人物剪影的課例，在此基礎上，教師給學生確定“打造立體人物”的項目。由于有了課例的知識儲備，學生在已有經驗上“抽枝發芽”，不難找到解決方法。此時，教師可以增加難度：通過“猜一猜我打印的是誰”和“比一比誰打印得更像”，讓學生完成制作同學、卡通人物、歷史名人等立體剪影的任務。

（二）學生自己的項目

在教學的過程中，班上會涌現一批學習小先鋒，他們腦子活、掌握快、想法多，除了書本和教師提供的例子外，還有自己想要打印的模型。教師要鼓勵他們大膽創作，并提供技術支持幫助學生將心中的想法“美麗綻放”。由于想象力、創造力有了發揮的舞臺，學生構想出許多有趣、有意義的項目，如幫助低年級小學生隨時隨地背誦英文字母的“26個英文字母圍成的手鐲”項目，讓城市里的鳥也有家可歸的“可以掛在高樓大廈上的小鳥的家”項目，以及給打架不小心缺失喙的鸚鵡制作替代品的“人造鸚鵡喙”項目等。

（三）來自用戶的項目

在以上兩類項目的制作中，學生累積了相關經驗，這時，課堂就可以進入項目確立的高階階段——量身定制：項目全部來源于用戶需求。為了征詢“產品”需求，學生要為身邊的用戶（同學、教師、父母、親朋等）設計個性化調查問卷。學生收集到的定制產品琳瑯滿目，如“釣魚竿收納扣”“可以放手表的文具盒”，玩具的破損異形小零件，因為小部件丟失或損壞而不能正常工作的家中物品……這些多樣化的項目需求，讓學生明白了3D打印可以幫助我們解決生活中的“小麻煩”。要做出這些“產品”，學生除了要具備嫻熟的打印技術外，還要有整體分析能力及靈活應對不可預見困難的能力。

二、四大步驟，規范“如何打印”

（一）需求文檔：收集原始資料

任何一個產品，在研發的前期都需要進行產品的需求分析。這就要求學生養成建立需求文檔的好習慣。此外，在建立需求文檔的過程中，學生需要有較好的溝通能力，能詳細地了解用戶的需求，以紙質的形式進行記載，作為產品開發前期寶貴的第一手資料，并以此為依據分析產品的構思、創意的合理性及3D打印技術實現的可行性，為后面的數字建模提供有力的支持。需求文檔不僅記錄用戶的需求，還記錄學生的思維過程，更見證著產品從無到有的過程。當產品的數量增加時，學生可按照藝術類、生活類、環保類等將需求文檔進行整理，使文檔既方便尋找，又能作為大數據分析用戶需求異同點的原始依據。

（二）產品策劃：融通經驗認知

在根據需求文檔提煉產品視覺草圖后，學生需要融通經驗認知，通過與多方的合作完成產品的策劃建模。具體而言，學生要與同伴合作，分工協作共同完成產品策劃；與教師合作，在教師的幫助下突破技術難點；與家長合作，獲得家長對產品的使用建議；與外界聯通，嘗試使用不同的建模軟件，如教材推薦的Design Spark Mechanical（DSM），以及市場上的123D Design、3DOne等，了解它們的優缺點，并為產品需求選擇合適的軟件。有合作就有競爭，團隊之間的良性競爭，一方面可以激發團隊的斗志，提高學生對產品質量把控的重視程度；另一方面節約了打印成本：哪個團隊的產品設計得最合理、最經得起推敲，就能獲得打印權，變成實體。教師通過模擬市場競爭，可以讓學生切身體會到：產品要精益求精，需要不斷地優化才能生存，沒有競爭優勢的產品最終會被市場淘汰。

（三）打印成品：物化思維成果

建好的數字模型，并不一定都能順利打印成功，“厚度”“支撐”“填充”等切片參數的設置，都是影響模型成型的因素。在尋找打印出錯原因的過程中，學生也鍛煉了解決問題的能力。學生通過實踐發現：合理分層設置，不僅能讓打印的效果更好，還能節約打印材料和打印時間。學生親眼看見打印機將其思維產物變成具體實物，這種實物帶來的沖擊又進一步提升了學生學習3D打印課程的熱情。

（四）測試反饋：審度思考原點

在產品打印成型后，學生要從結構力學、材料力學等角度對產品進行檢驗，如打印出來的3D橋梁承重力夠不夠，打印的收納扣能不能收納釣魚竿，打印出來的文具盒的尺寸設計有沒有問題等。在測試的過程中，學生要回到思考的原點，一步一步地做出改進，甚至和用戶反饋，告知其想法與現實之間的差距，通過反復的溝通、交流，得出最佳的解決路徑。經過多次測試，最終確定成品。

三、包裝推廣，體驗“怎樣宣傳”

（一）產品包裝——體驗產品包裝的價值

產品為什么要包裝？學生自己總結出來兩點：①美觀，能吸引用戶注意力；②保護商品，方便運輸和保存。這個環節是開放的環節，學生的自主創意、奇思妙想都體現在其對產品的包裝設計和包裝方式上。對于包裝物的材料、形狀、大小、色彩和文字說明等，每個團隊都有自己的想法，其中有的團隊甚至設計了品牌商標。除此以外，學生更是從兒童的視角傳遞了環保正能量：包裝一定要綠色環保！所有的包裝物，學生用的都是可再生的資源，如硬紙板等。

（二）產品推廣——人人都是產品經理

市場上的產品推廣形式有多種，推廣載體也多樣，如報紙、雜志、電視廣告、網絡、宣傳單等。作為“小小的產品經理”，在能力范圍內，學生是怎么推廣自己的“產品”的呢？學生張貼紙質海報宣傳產品，并設計電子海報，利用電子郵件、QQ等渠道提高產品宣傳的廣度。在推廣產品的過程中，學生除了要介紹產品的設計理念和用途外，還要考慮廣告語、海報的設計等，這可以鍛煉學生的知識綜合運用、宣傳和溝通的能力。

“3D打印所帶來的教育模式集創新教育、體驗教育、項目式學習等思想為一體，學生不再是知識的被動接受者，而是身兼數學家、科學家、發明家等多重角色。”以產品項目研發為模式的小學3D打印課程，在教與學的重構中將學生帶入特定的需求情境，從構思到研發再到實物，學生“身兼數職”，當設計出來的產品被越來越多的用戶認可時，這種成就感會讓學生在3D造物的道路上充滿干勁，進而為“大眾創業、萬眾創新”的時代積蓄少年力量。