馮慶

【摘要】3D打印發(fā)展之勢尤為迅猛，3D打印技術也被注以定制化的最佳呈現(xiàn)。我校是廣東省最早大規(guī)模配備了3D打印機，且很早就普及開設了相應的3D設計校本課程《3D造型與表達》。本文從有效提升學生技術素養(yǎng)的角度，介紹該課程的理念、課程內容設置、教學技巧及反思。

【關鍵詞】3D打印 通用技術 校本課程

【中圖分類號】G63 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）10-0126-02

一、課程開設的背景

在國務院頒布的《國家增材制造產業(yè)發(fā)展推進計劃（2015-2016年）》中特別提到“在學校配置增材制造設備及教學軟件，開設增材制造知識的教育培訓課程，培養(yǎng)學生創(chuàng)新設計的興趣、愛好、意識，在具備條件的企業(yè)設立增材制造實習基地，鼓勵開展教學實踐?！?/p>

近年來，3D打印機作為一種有趣的造物工具，逐步受到大眾的關注，隨著奧巴馬、李克強等政要的推動，3D打印機更是迅速地向校園教育普及。原航空航天部部長林宗棠先生在2013年底上書中央，要求推動全面3D打印機的發(fā)展。在他蒞臨我校、親自推動下，本校校友在2014年校友贊助了10臺桌面式和1臺大型激光燒結式3D打印機，立刻點燃了師生探索3D打印技術的熱情。

二、課程的準備

1.課程的地位、性質和任務。這門課是否適合作為通用技術的選修課，從教育部新提出的核心素養(yǎng)中，對技術意識的描述為：“技術意識是對技術現(xiàn)象及技術問題的感知與體悟”，具體體現(xiàn)在工程思維、創(chuàng)新設計、圖樣表達、物化能力上。而信息素養(yǎng)的描述為：“信息意識是指個體對信息的敏感度和對信息價值的判斷力”，體現(xiàn)在計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任上?；仡欉@門課程，發(fā)現(xiàn)其能更多地呈現(xiàn)培養(yǎng)技術意識的特點，而作為一門與信息技術整合的學科，也展現(xiàn)如“數(shù)字化學習與創(chuàng)新”和些少“計算思維”的特點。因此，這門校本課程的通用技術味道更濃。

2.硬件的準備。3D打印機是目前教學中最常用的3D打印機是FDM（熔融沉積技術），這種打印機的主要特點是結構簡單可靠，操作難度低，材料成本低（使用環(huán)保的PLA材料打印絲，也能雖然ABS打印，但因為氣味太大不適合在教學使用），打印精度不夠高（但滿足一般教學使用）。激光SLS（選擇性激光燒結技術）的打印機，使用粉末材料打印。我們配備了一臺，但其體積很大，加工體的體積卻很小，而且材料非常的昂貴，因此不適合教學使用。

3.3D設計軟件的確定。3D設計軟件多種多樣，有面向工業(yè)設計的Solidworks、UG、ProE、AUTOCAD等，也有面向影視動漫和藝術創(chuàng)作3DMax、Maya、C4D等，這些軟件雖然功能很強大，但往往掌握起來非常復雜，不適合中小學生學習。最近也有公司開發(fā)了一些面向初學者的軟件，比如其中的佼佼者有國外AutoDesk的123D Design和國內中望公司出品的3D One。這兩個軟件上手很快，用來做3D打印的小型部件建模很適合，但復雜的大場景建模則不擅長。

但筆者更傾向于選擇SketchUP（草圖大師，以下簡稱SU）。由于該軟件的操作很簡潔，上手快，繪圖功能卻比前兩者更強大，還能比較輕松的對大型場景建模，因此很多藝術家和建筑師喜歡用來繪制創(chuàng)意草圖。這個軟件也有很多不足的地方，但大量的愛好者開發(fā)了很多插件外掛，不但彌補了這些缺點，還讓SU像專業(yè)3D軟件一樣煥發(fā)著蓬勃的生機。3D設計軟件有一些共有的規(guī)律，借助SU可以快速的掌握和理解其中的主要規(guī)律。通過幾年的實踐，筆者還是認為SU是適合中學階段的首選建模工具。

三、教學內容與實施

從知識構成上，本門課涵蓋了造型和表達兩大部分，重難點集中在3D建模軟件SU的相關課程上，其他以體驗性的實驗課，或則以閱讀材料、視頻資源包等形式呈現(xiàn)的拓展內容。從圖1可以看出，這門課不但傳授了3D建模技術，還較全面地反映了3D技術的概況。

通用技術每周1節(jié)，全學期共計16課時。需要細心地設計，巧妙利用好時間才能有效地完成教學任務。從提高核心素養(yǎng)的能力培養(yǎng)角度看，課堂教學內容主要分為三類：

1.培養(yǎng)技能型，這個階段主要教會學生工具用途，操作方法。教學方法以教師講授，學生模仿、重復操作為主。

2.探究方法型，這個階段學生要熟悉、掌握一系列必要的操作方法，包括一些工具的組合運用的技能，其中包含了一定的操作順序和技巧。教學方法先從模仿重復開始，逐步給學生提供學案指引（引導他們學會用教程學習軟件），再到自主探究（借助小組協(xié)作、分享交流）。最終的目的是要讓學生在“語法”的層面理解電腦軟件的操作，從“算法”的角度理解3D建模的技巧。這個階段的案例安排要有銜接性，但內在技巧又有一定的重復性，幫助學生加深理解。

3.創(chuàng)作設計型，這個階段是在掌握了一定的技能和方法的基礎上，運用技術設計的思想，對任務進行創(chuàng)作并建模實現(xiàn)的高度綜合的課程。通常應安排在學期的末尾，也可以巧妙穿插于課程章節(jié)結束的部分。為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，應先從案例欣賞入手啟發(fā)學生用逆向工程的思維分析作品，進而在通用技術設計思想的指導下，自主開展設計。

STEAM的教育理念給予技術課程很多指引的方向。一些老師誤認為每節(jié)課都能體現(xiàn)STEAM的內容才是好課，這是不切實際的。但如果放在一個課程周期中有計劃有步驟地去實現(xiàn)，則顯得自然流暢、水到渠成。比如體現(xiàn)工程制圖的有第7節(jié)、第11節(jié)跟三視圖內容相關，其中第11節(jié)的求解正交三圓柱體，為學生用軟件解決數(shù)學問題提供了一次良好的實踐開端。又如第2、6、8節(jié)的練習任務則側重是藝術創(chuàng)作。第12節(jié)的制作手機架任務，對藝術和工程思維有所鍛煉。

四、反思

在課堂教學中，認真?zhèn)湔n是教學成功的保障。做好任務情境的創(chuàng)設，以小項目驅動，設計良好的教學支架。要充分研究學生的特點，不要在課堂上講太多，一節(jié)課10分鐘左右為宜，內容上多留些空白給學生發(fā)揮。及時開展有效的評價，學生會更加認真。重視學生的差異化，精心設置分級任務，兼顧不同層次學生，有利于充分調動學生積極性和創(chuàng)造性，促進學生的進步。課堂教學實踐中，可以采用兩個老師教學，即主教和助教模式，有利于及時輔導學生，課堂效果明顯好于只有一個老師輔導的班級。

根據(jù)連續(xù)幾年的全年級的開設，從學生反饋看出這門課非常受學生歡迎，學生覺得實實在在學到了東西，做出了東西，興趣很高。相信這門課產生的遷移價值將使他們終身受益。

我們連續(xù)幾年都是第一學期上通用必修的內容，第二學期上本校本課程。我們將嘗試調轉過來，先學3D課程，學生有了圖樣表達的基礎后，第二學期就可以開展更復雜的任務。通過這些任務，將通用技術必修的核心內容傳承給學生領悟，可能會取得更好的教學效果。

參考文獻：

[1]劉斌.SketchUp在高中通用技術教學中的應用探索[J].中國信息技術教育. 2013（04）

[2]潘丹.3D設計軟件 SU 在通用技術學科教學中的應用[J].浙江教育技術，2014（02）

[3]張竹.物理學科校本課《3D打印技術》教學創(chuàng)新設計方案[J].中國科教創(chuàng)新導刊.2013（02）