初中信息技術3D打印課程的探索與實踐分析

福建省邵武第六中學 邱瑞健

現階段，3D打印技術已經被投入到我國食品、藝術及工業等多個領域方面，雖然該項技術的應用并不是十分的成熟，同時其還會受到一定成本、速度等各類原理的限制，使得其不能投入并進行大批量的生產，也不可將其直接應用到數字時代的工業生產活動當中。但是3D打印技術可以給人們想象力及創造力的發展提供很大的助力，借助3D打印，讓人們的幻想及夢想可以變成現實。

一、3D打印技術概述

簡單來說，3D打印就是使用金屬或者粉末狀的塑料等當作原材料，借助這部分原材料，應用分層打印技術，將這些材料全部粘合在一起，構成一個更具立體化的模型。傳統的三維技術主要被應用到工業領域當中，在工業領域中使用這類技術去制造項目模型，之后該技術的實用性比較強，并且其技術的功能尤為豐富。所以，這項技術也被投入到了航天以及建筑等各項領域當中，并大力引進使用這類技術，將其技術投入到零部件的制備工序內。除此之外，3D打印技術在個性化定制方面的優勢也會比較強，所以，將3D打印技術投入到生活當中，會更好地滿足人們對其的需求量。現階段，3D打印機的價格開始不斷的降低，處于一種平民化的發展態勢。一些信息技術課程也會將3D打印技術融入到其中，這會使得學生的視野變得更加的開闊，同時可以增長學生的見識，讓學生在制作模型時可以借助該項技術輔助教學，但是3D打印在初中信息技術課程當中的推廣及應用仍舊會處于一種方興日盛的狀態，所以，需要繼續對初中信息技術3D打印課程進行探索及實踐。

“十年樹木，百年樹人”是目前我國教育事業最推崇的一項教育觀念，這是因為在當前的社會發展背景下，科技已經成為了第一生產力。想要占領發展的制高點，就需要掌握更為高端的科學技術，科學技術的發展會以人才培養的趨勢為主，這種人才的培養并不是單一性的在教育方面投入多少資金的問題，而是要培養技能型知識型的人才。在該過程當中合理的使用先進的科學技術，創新教學方式，滿足素質教育對于學生創造性思維以及實踐動手能力方面所提出的需求。3D打印技術這一課程的設置能夠進一步的挖掘我國教育發展的潛能，各個地區的學校在有條件的情況下，都可以自主的引入這一課程，這就能夠開啟3D打印在教育領域當中的發展帷幕。初中信息技術3D打印課堂能夠進一步的補充傳統教育的內容，同時還可以促進并落實素質教育，但是當前我國3D打印技術這一課程發展仍舊會處于滯后的狀態，產生其問題的主要原因就是和3D打印技術相關的配套技術水平并不是特別的高，需要提升其設備的精度以及打印速度等。3D打印在各個領域中會處于一種摸索實驗的發展狀態，這些較為先進的技術并沒有普及到教育領域方面，所以如何在有限的設備和技術條件下開設初中信息技術3D打印課程的難度會比較高，需要充分合理的使用3D打印技術，完善初中信息技術教育，讓學生成為能夠敢于實踐，有創新意識的創新型人才。

3D打印技術也被稱之為快速成型技術，其技術的應用優勢會比較明顯。首先，其創意無限，能夠將其和傳統的剪裁技術進行對比，其內部結構較為精巧，并不需要像原本傳統工藝一般對其材料進行加工、分解或者組裝等的處理，而是借助2D模型，使用3D打印機，在較短的時間內進行疊加、成型的處理，這樣就可以打破傳統設計的束縛，活泛思想，讓腦海中的不可能變得變成為現實，升級3D打印機自身的質量，要密切關注打印輸出的最小單位，讓打印的精度變得更高。其次，3D打印技術方面學習傳統的工業制造設備規格會比較大，且其設備的資金需求較高，往往需要較為專業的技術人才進行作業，傳統的手工行業對于技能方面的熟練度要求會較為嚴苛，應用3D打印機能夠滿足其外形精巧方面的要求，并且這一機器設備的價格也比較樸實，能夠便捷化的操作及使用，給百姓想要個性化的設計以及個性化的產品提供了很大的便利。豐富了作品的類型，使用多類材料組合打印，衍生出完全不同特性的產品，給使用者供給更多的選擇。

二、3D打印技術在初中信息技術課堂中的實踐及應用

1.創客教育。

創新始終是科技發展的主要方向，只有創新、再創新才可以更好的呼喚并響應創新人才。在這一時代發展背景下，創客教育模式便衍生了出來。特別是在李克強總理訪問深圳創客空間之后，創客便成為了一股熱潮。3D打印的出現，給初中信息教育領域開創出了新的紀元。現階段，我國大部分城市當中中小學院校的3D打印機數量都會比較多，這就會使得學校相繼的開設3D打印課程。一些學校還會開設3D打印社團，其社團會以創新為主旨，社團的人數會比較重。社團內組員的好奇心理會比較強，且每個社團成員都希望具有創造力的創想學校愿景。學校領導也會大力支持構建3D打印社團，讓3D打印課程可以更好地進入到學校內部，促進創客教育的成長及發展。

2.探索三維。

（1）X-軟件問題。

首先是設計軟件。想要更好的開設3D打印課程，那么老師就需要提前選擇好設計課程的軟件。當前，3D軟件的類別十分的豐富，會有maya、zbrush等，但是這部分軟件對于初中學生們來說，其操作難度會比較大，整體界面的內容量較多，會感覺到一定的復雜性，并且Rhino對于硬件的要求標準會更加的嚴格。在學校機房想要利用電腦設備及時且順暢化的一次性完成這部分軟件創作工作，難度會比較高。在和其他同事交流之后，了解到“草圖大師”這一軟件的可使用性會比較強，其是一類較為優質的3D小軟件，其軟件對于電腦計算機的運行要求并不是特別的高，并且整體頁面十分的簡潔且直觀。想要對其進行深度化的學習，功能也會比較豐富，可以利用其軟件進行初中信息3D入門的教學設計。其次是轉換軟件。在實際教學過程中，老師一般會使用通用的cura轉換軟件，但是若老師對其軟件的操作熟練度較差，就很容易會產生cura設置上的錯誤。比如，其會由于電腦選擇不適宜，使得其溫度持續性的升高，在升高之后只會出現吐絲的現象，并不會進行打印、耗材直徑設置錯誤，使得打印成品呈現出一種骨質疏松的狀態。在對其進行多次的排查及調整之后，解決了轉換軟件的使用問題。老師可以把cura和Sketchup融合在一起，相互配合作業，可以更好地完成3D打印的任務。例如，在歷經八年級上學期的實踐之后，可以總結出cura的設計要點，其機械型號需要保持良好的匹配狀態。若學校應用的機器為df robot，那么其應用的就是Ultimaker original，缺少加熱平臺，所以可打印pal耗材的機器。且耗材以及噴嘴的設置必須要達到相應的實際要求標準，滿足企業實際需求。在打印時，必須要注重懸空模型所設定的支撐類型，調整其設定的關系，這會影響到其后續模型打印支撐去除的難易程度。打印速度、填充密度等對于打印懸空模型成功的影響并不是很大，所以可以結合實際的需求以及所設定的打印成效目標，對其內容進行調整。

（2）Y-硬件問題。

在《制作三維立體紙模》教學活動開展之前，老師所打印出的作品，時常會出現歪斜等的現象，失敗作品數量也會比較多。所以，需要對其問題產生的具體化原因進行分析，邀請專業的技術人員來解答該問題。通過檢測可以了解到，產生作品歪斜的主要原因就是X、Y電機驅動模塊受損，方向控制會產生差錯，導致其打印呈現出歪斜的現象。在更換驅動模塊之后，打印可以恢復正常。在這一課前準備階段，老師對于打印機的調平水準也會有所升高，可以熟練地使用手動方式進行調平。

（3）Z-課程問題。

在設置課程時，老師必須要明確教什么、怎么教以及要教到學生什么程度，合理的設置課堂教學目標，培養學生基礎知識技能，促進學生STEM素養的發展。讓學生可以將其自己腦海中所幻想的東西在電腦上大致的描繪出來，學生可以自主化的學習，也可以和其他同學進行討論互動，借助網絡搜索來解決學習時期所存在的問題。學生的作品不可局限于老師的示例，要擁有自己的想法。

3.思維轉換。

3D打印課程自身的教學優勢會比較強，該門課程的開設可以更好地吸引學生，同時讓學生產生探究其課程知識的興趣。但是由于學生對于3D打印課程的接觸時間比較短，所以學生并不能熟練的掌握這門課程的知識及要點等。對此，老師在教學時，必須要給學生創建出一個良好的課堂教學氛圍，讓學生可以進行思維轉換，并及時的給學生傳輸創新性的靈感。例如，在講解《構建三維實體模型》這一知識時，老師需要給學生講解3D打印的概念以及工作過程等相關的理論知識，并給學生介紹常用的三維建模軟件等。可以利用沙發、茶幾等各項作品，將該課的教學主題導入到其中，利用這些實物圖，學生的視覺感受會變得更加的強烈，同時學生也可以更好的將理論性知識的學習過渡到實踐3D打印的環節，學生所具備的理論基礎也會更具系統化的特性，必須要站在發展的立場上，讓學生更好地認識到3D打印技術應用的價值。利用3D打印，給創意設計的發展及實現提供幫助。可以以“福”字掛墜為例，讓學生去設計并建模這種掛墜的操作步驟以及操作方式要求等都會比較簡單，所以，學生的創意設計會更具多元化的特性，對其進行切片及打印等的處理，學生可以了解到打印的技巧以及知識點等，讓學生可以更好地創建出二維、三維的轉換思想。

4.實踐探索。

雖然，學生在學習3D打印課程知識時，會制作很多精義絕巧的作品，但是總體課程仍舊不是十分的完善，會存在一些缺陷之處，需要對其繼續進行反思及探索。在實際教學時期，軟硬件會頻繁的產生問題，一旦其軟硬件產生問題，課程就會被擱淺，只能進行設計，并不能進行打印，這就會導致其所創設的教學活動缺少實踐這一關鍵性的教學環節。并且若其課程進展速度較快，就會導致接受能力較差的學生在基礎技能方面上會遠遠的落后于其他學生，學生基礎學習能力也不夠扎實。打印其他部分以及進行組合的難度會比較高，學生不能較好的設置這些鏈接的位置，其內容要結合學生的實際水準進行調整。一些學生的設計作品實現難度較高，所以，并不能進行完美化的打印。對此，在這些教學問題的影響下，老師必須要及時的創新教育課堂教學模式，系統化的整理各項打印作品的結構要求等。同時還需要設置較為明確的評價標準。將3D打印的發展方向分別設置為模型制作、生產輔助以及3D設計這三個方面。其中，在輔助工具發展方面，若學生想要利用3D打印技術制作小汽車，在小車的部件都準備充足的，唯獨缺少一個殼子的狀況下，可以直接打印一個殼子。在模型制作方面，必須要明確如果讓學生知道該發明創造的可行性，如何借助小模型模擬實驗來重新設定評價的標準。例如，在開展《展評三維頭像創意作品》活動時，老師要組織學生共同去參與三維頭像創意作品的展示及評價等活動過程，這會讓學生計算機構建三維模型的能力變得更強，同時學生也可以更為全面且正確的認知三維模型多樣化的構建作用，要探究學生構思人物卡通圖像的設計要求以及五官位置、比例等的細節問題，正確的引導學生，讓學生能夠設置出更具個性化特征的頭像作品。

3D打印課程具備較強的高新性，其課程不但能夠和高科技保持良好的連通狀態，同時還可以借助其課程培養并促進學生創新思維能力的發展。雖然該課程的教學標準并不是十分的清晰，但是在教育課改深化的背景下，可以利用3D打印課程來挖掘學生的創新意識及潛能，給社會輸送大批量的高素養復合型創新人才，完善初中信息技術3D打印課程。