徐欽

3D打印是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。為了讓學(xué)生更好地學(xué)習(xí)建模軟件，快速掌握3D設(shè)計(jì)的基本方法，筆者選擇3D one 作為學(xué)習(xí)軟件，并在六年級(jí)中開設(shè)3D打印校本課程，讓學(xué)生近距離地感受到前沿的科技，立足信息技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和創(chuàng)新精神。

一、3D打印引領(lǐng)潮流，教育理論奠定基礎(chǔ)

（一）基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)（DBL）

基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)是由國外引入的一種較為新型的學(xué)習(xí)方式，英文為Design-based Learning?；谠O(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)精髓在于“設(shè)計(jì)”。在基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)中，學(xué)生增強(qiáng)了自己的動(dòng)手設(shè)計(jì)能力，也鍛煉了交流協(xié)作能力，培養(yǎng)互幫互助的優(yōu)良品質(zhì)。在3D建模學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生運(yùn)用技術(shù)化手段進(jìn)行模型的設(shè)計(jì)，通過實(shí)體化的作品來驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，不斷地自我檢查和完善，最終解決生活中的實(shí)際問題。

（二）六步半模型（BT）

美國加州理工大學(xué)的多林·尼爾森教授以DBL教學(xué)理念為基礎(chǔ)，搭建了逆向思維模型。他將教育過程分解為六步加半步，特點(diǎn)是設(shè)計(jì)了一個(gè)半步的環(huán)節(jié)，在將基礎(chǔ)性知識(shí)傳授結(jié)束后，提出一個(gè)學(xué)生從未見過的挑戰(zhàn)（半步），以挑戰(zhàn)為出發(fā)點(diǎn)，教師引導(dǎo)學(xué)生戰(zhàn)勝挑戰(zhàn)，解決問題。如圖。

綜上，基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)理念和3D打印的學(xué)習(xí)非常契合。將3D打印引入信息技術(shù)教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用3D打印技術(shù)提出問題的多種解決方案并進(jìn)行對(duì)比、修正出最優(yōu)方案，最終通過3D打印機(jī)實(shí)現(xiàn)三維模型的輸出打印。學(xué)生充分體驗(yàn)到將想象、創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的過程，享受到一個(gè)作品從無到有的過程，獲得滿足感和成就感。

二、實(shí)踐探索真知，構(gòu)建課堂教學(xué)模式

（一）教學(xué)模型初探

逆向思維模型的六步半提供了值得借鑒的教學(xué)步驟，教師在教學(xué)之初提出學(xué)習(xí)的主題，通過問題的方式繼而提出一個(gè)全新的挑戰(zhàn)任務(wù)，學(xué)生圍繞挑戰(zhàn)展開合作學(xué)習(xí)，在組內(nèi)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)三維模型，共同挑戰(zhàn)創(chuàng)造一個(gè)有形的實(shí)物。隨后，師生在互動(dòng)的氛圍中展示與欣賞作品，同時(shí)也激勵(lì)了學(xué)生動(dòng)腦思考問題、動(dòng)手將想象變成實(shí)踐的勇氣，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造的天性。筆者經(jīng)過實(shí)踐探索，設(shè)計(jì)了適合3D打印課程教學(xué)的BT 模型。

（二）教學(xué)案例展示

以《3D美味冰激凌》這一節(jié)課為例，筆者采取BT教學(xué)模式，具體教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)展示如下：

教學(xué)過程的主要環(huán)節(jié)：

（1）確定教學(xué)主題（教什么）

教師播放多媒體視頻，展現(xiàn)冰激凌的制作過程，提出本節(jié)課的設(shè)計(jì)主題。

（2）確定教學(xué)問題（提出挑戰(zhàn)）

學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)查閱資料，了解冰激凌的發(fā)展歷史和常見冰激凌的造型。教師展現(xiàn)圖片以及實(shí)物模型，學(xué)生進(jìn)行觀察與思考。在此基礎(chǔ)上教師進(jìn)一步提出挑戰(zhàn)任務(wù)：小組合作，設(shè)計(jì)一款獨(dú)特的冰激凌模型，參加冰激凌博物館的展覽。此環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)極大地激發(fā)了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的欲望，積極地參與到挑戰(zhàn)任務(wù)中去。

（3）確定設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)范設(shè)計(jì)要求）

師生共同制定一個(gè)基本的作品評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)的制定需要在學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，并在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行制定。評(píng)價(jià)量表的制定需要得到師生的認(rèn)可，方便后續(xù)開展作品的評(píng)價(jià)。

（4）學(xué)生實(shí)踐操作（學(xué)生合作設(shè)計(jì)模型）

冰激凌分為蛋筒和奶油兩個(gè)部分。學(xué)生在小組間討論、研究，掌握冰激凌最基本的模型構(gòu)造，并商討出想要設(shè)計(jì)的模型創(chuàng)新點(diǎn)，制定冰激凌三維模型的設(shè)計(jì)方案。學(xué)生在學(xué)習(xí)單上繪畫簡單的設(shè)計(jì)圖，并確定尺寸以及可能運(yùn)用到的3D one 軟件中的工具。學(xué)生在3D one中進(jìn)行冰激凌模型的操作與設(shè)計(jì)。

（5）教師巡視指導(dǎo)（幫助指導(dǎo)、展評(píng)作品）

教師在學(xué)生操作過程中進(jìn)行巡視，提供指導(dǎo)與幫助。教師提供微視頻供學(xué)生參考學(xué)習(xí)。各小組完成模型設(shè)計(jì)后進(jìn)行作品的展示，師生對(duì)照評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行作品的點(diǎn)評(píng)，提出作品的優(yōu)缺點(diǎn)以及改進(jìn)的建議。

在作品呈現(xiàn)環(huán)節(jié)，可分為兩個(gè)部分，一個(gè)是3D one軟件中設(shè)計(jì)的模型;另一個(gè)是通過3D打印機(jī)輸出的實(shí)物作品。實(shí)物作品的展評(píng)要根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況，安排到第二或后續(xù)課時(shí)中進(jìn)行。這對(duì)于學(xué)生的3D打印課程學(xué)習(xí)是極大的肯定，也是最為直接的檢驗(yàn)方式。

（6）修改完善、總結(jié)反思（加深挑戰(zhàn)印象）

小組成員選擇性地采納大家的修改意見，再次在3D one 軟件中修改完善模型設(shè)計(jì)，并將其放到清曉科技公司的FDM 3D打印機(jī)中進(jìn)行打印。學(xué)生將打印出的冰激凌實(shí)物進(jìn)行展覽，師生欣賞成果作品。學(xué)生將冰激凌的模型文件上傳到3D one社區(qū)，可獲得“豌豆”和“創(chuàng)意值”。

三、攜手創(chuàng)想未來，共筑3D夢想

3D打印為學(xué)校開展STEAM教育提供了讓創(chuàng)意物化的技術(shù)支持。學(xué)生在進(jìn)行3D打印技術(shù)創(chuàng)作的過程中，提高了創(chuàng)新能力和動(dòng)手實(shí)踐能力。

1.增強(qiáng)有趣的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。3D打印課程的學(xué)習(xí)讓學(xué)生在操作技能上得到鍛煉，也增加了接觸實(shí)物模型的機(jī)會(huì)。實(shí)物模型給學(xué)生提供了真實(shí)的切身感受，讓他們體驗(yàn)到學(xué)習(xí)的樂趣。學(xué)生通過設(shè)計(jì)模型并將其實(shí)體化來驗(yàn)證自己的設(shè)計(jì)是否符合要求，并在實(shí)踐中不斷地完善作品，激發(fā)創(chuàng)意靈感。

2.豐富創(chuàng)新思維和設(shè)計(jì)創(chuàng)造力。3D打印技術(shù)是從二維平面思維到三維立體思維的拓展，在設(shè)計(jì)的過程中，學(xué)生的空間想象力得到了延伸和發(fā)展。學(xué)生在設(shè)計(jì)的過程中，需要不斷地調(diào)整參數(shù)，計(jì)算機(jī)生成的圖形也在發(fā)生尺寸、距離、形狀等各種變化。這在無形中就鍛煉了學(xué)生觀察力、數(shù)字感知力、空間感和創(chuàng)新思維等。

3.促進(jìn)創(chuàng)客教育的探索。創(chuàng)客教育打破了學(xué)科之間的壁壘，融合多學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，著重培養(yǎng)具有綜合能力的工程師精神。3D打印的學(xué)習(xí)有助于師生在設(shè)計(jì)中融入創(chuàng)客理念，將創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)真正的“教”“學(xué)”“做”合一。3D打印點(diǎn)燃了學(xué)生的創(chuàng)客熱情，讓無數(shù)的思想火花進(jìn)行碰撞，讓無數(shù)個(gè)創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

我相信，通過廣大教育者的不懈探索和努力，3D打印將會(huì)走進(jìn)更多的中小學(xué)校園，提升3D打印技術(shù)在教育領(lǐng)域的價(jià)值，培養(yǎng)越來越多的“工匠”“創(chuàng)客家”。

【作者單位：南市京棲霞區(qū)實(shí)驗(yàn)小學(xué)江蘇】