王昊

隨著創(chuàng)客教育的不斷發(fā)展，3D打印課程也成為學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力培養(yǎng)的組成部分。然而，按照傳統(tǒng)的教學(xué)方式來設(shè)計與實施3D打印課程，很難培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。筆者認(rèn)為，3D打印課程需要從目標(biāo)、內(nèi)容、實施等方面進(jìn)行系統(tǒng)化設(shè)計來保證對學(xué)生想象力及創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。

● 確定課程目標(biāo)

3D打印技術(shù)在教學(xué)中的有效介入，不僅為創(chuàng)新教育奠定了實物驗證的基礎(chǔ)，更為學(xué)生綜合能力提升提供了良好的科技環(huán)境。筆者認(rèn)為，3D打印課程的目標(biāo)具體可以從以下四個維度來確定。

一是知識與技能：了解3D打印在工業(yè)時代的價值和意義;理解3D打印的基本原理，知道相關(guān)硬件及軟件的名稱和基本知識;掌握工業(yè)設(shè)計的常識，掌握事物造型設(shè)計圖的繪制;了解3D建模的原理，形成空間思維能力，能掌握3D建模的基本方法;了解3D打印的基本流程和各環(huán)節(jié)的基本功能，并根據(jù)需要進(jìn)行基本的操作與簡單應(yīng)用。

二是過程與方法：能多方位多角度地對實物進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，并結(jié)合實際物體進(jìn)行體積和尺寸的評估和設(shè)計;能多視角繪制設(shè)計圖，并合理準(zhǔn)確地標(biāo)注設(shè)計的尺寸;根據(jù)實際情況和現(xiàn)有設(shè)備的功能，設(shè)計合理可行的造型;通過3D打印的實物進(jìn)行實地使用驗證，能根據(jù)驗證結(jié)果進(jìn)行科學(xué)評估，并有針對性地進(jìn)行修正調(diào)整。

三是情感態(tài)度與價值觀：認(rèn)識技術(shù)與生活的關(guān)系，關(guān)注信息技術(shù)的發(fā)展，樹立利用信息技術(shù)的使命感和責(zé)任意識;在測量、設(shè)計、建模、加工的過程中，感受事物造型設(shè)計加工的快樂和成就，并通過一系列的創(chuàng)造實踐過程，能客觀、科學(xué)地認(rèn)識事物相關(guān)聯(lián)的知識和規(guī)律;關(guān)注生活，積極思考，善于觀察發(fā)現(xiàn)日常生活和學(xué)習(xí)中的需求點，激發(fā)自我的求知與探索精神，形成運(yùn)用信息技術(shù)手段改善生活的興趣和習(xí)慣。

四是行為與創(chuàng)新：勤思考善動腦，積極參與各種與信息技術(shù)教育有關(guān)的創(chuàng)新設(shè)計與開發(fā)活動;利用3D建模打印技術(shù)實現(xiàn)創(chuàng)新思想，通過實踐判斷真?zhèn)危炞C想法;規(guī)范安全使用3D打印的相關(guān)設(shè)備，養(yǎng)成合理地應(yīng)用技術(shù)設(shè)備的行為習(xí)慣，并懂得簡單故障的判斷與排除;尊重他人作品，不輕易破壞拆卸他人作品，遵守公眾領(lǐng)域的行為規(guī)范和道德準(zhǔn)則。

● 選擇課程內(nèi)容

根據(jù)課程目標(biāo)的定位，設(shè)計與建模技術(shù)是3D打印的核心技術(shù)，是學(xué)生實現(xiàn)自主造型設(shè)計的重要前提和必備技能，也是本課程的核心。圍繞這一核心，課程以“3D打印機(jī)為重要設(shè)備，建模技術(shù)為必備技能，創(chuàng)新思想為核心思想”這一指導(dǎo)思想進(jìn)行內(nèi)容建構(gòu)。

首先，3D打印機(jī)是實現(xiàn)設(shè)計物化的基礎(chǔ)和保障。在設(shè)計打印的過程中，掌握了解3D打印的基本原理，能夠操作3D打印機(jī)，懂得排除打印機(jī)的簡單故障，能將設(shè)計的三維模型打印成型，是非常重要的保障，沒有打印機(jī)的最終的成型出品，所有設(shè)計也都是紙上談兵。

其次，掌握造型設(shè)計的繪圖方法，培養(yǎng)學(xué)生空間思維能力，并根據(jù)前期設(shè)計草圖，利用3D建模軟件設(shè)計三維模型，這也是學(xué)生必備的重要技能。因此這里的設(shè)計包括兩方面，一方面是創(chuàng)意實體的設(shè)計思路，另一方面是對建模軟件的設(shè)計能力。

最后，在教師的指導(dǎo)下，發(fā)現(xiàn)問題引發(fā)思考，能根據(jù)實際環(huán)境的因素，合理巧妙地進(jìn)行創(chuàng)意實體的想象與構(gòu)建。這不但需要有解決問題的邏輯思維，而且需要有立體空間感知和迭代更新的思考驗證能力。

基于以上原因，課程具體內(nèi)容可以包括以下三個模塊。

一是設(shè)計與測量。①能夠根據(jù)實際情況，思考分析問題找準(zhǔn)關(guān)鍵點。②根據(jù)需求，有針對性地提出解決方案和設(shè)計思路。③能根據(jù)設(shè)計思路想法，腦中形成事物的基本造型。④能掌握測量工具的使用（如游標(biāo)卡尺、角尺、卡鉗等）。⑤準(zhǔn)確記錄測量物體的數(shù)據(jù)，并能根據(jù)實際需要計算無法測量數(shù)據(jù)。

二是繪圖與建模。①通過觀察測量，能根據(jù)數(shù)據(jù)推斷預(yù)設(shè)要加工制造物體的尺寸大小。②理解從不同視角設(shè)計繪制物體的原理和方法。③能按照實際比例繪制物體的不同平面度，并科學(xué)合理地標(biāo)注出設(shè)計尺寸的數(shù)值。④根據(jù)設(shè)計圖，運(yùn)用建模軟件準(zhǔn)確繪制事物平面輪廓。⑤掌握三維建模軟件基本術(shù)語和其對應(yīng)的操作方法（如倒角、掃掠、陣列等）。⑥掌握平面圖形轉(zhuǎn)三維造型的方法，能參照不同視角的設(shè)計圖創(chuàng)建立體模型。⑦能靈活運(yùn)用軟件中的各種工具（如殼體、投影、切割等），并根據(jù)模型的特點，創(chuàng)造性地綜合應(yīng)用工具進(jìn)行模型的創(chuàng)建。⑧能識別判斷模型創(chuàng)建時出現(xiàn)的錯誤（如破面、尺寸等），并及時調(diào)整和修正。

三是打印與調(diào)試。①認(rèn)識建模文件和可供打印機(jī)打印的文件類型。②掌握打印切片軟件的操作使用，科學(xué)擺放模型文件并進(jìn)行模型切片。③學(xué)會3D打印機(jī)的操作步驟和方法，認(rèn)識PLA和ABS耗材的區(qū)別。④能判斷并排除3D打印機(jī)的簡單故障（如翹邊、堵絲等）。⑤利用工具規(guī)范安全地對打印支撐進(jìn)行處理。

● 課程開設(shè)建議

課程具體開設(shè)時，學(xué)?？梢詮慕虒W(xué)實際出發(fā)，根據(jù)學(xué)校軟硬件情況、校本特色以及學(xué)生的具體情況合理制訂課程開設(shè)的形式、年段及課時。

在形式上，本課程可以作為中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科的拓展模塊供學(xué)生選修，也可以作為一個拓展延伸項目融入學(xué)科教學(xué)，形成“3D打印+”的學(xué)科模式，如3D打印+科學(xué)、3D打印+數(shù)學(xué)等，實現(xiàn)國家課程、地方課程、校本課程的協(xié)調(diào)發(fā)展。學(xué)校可以整合本區(qū)域信息技術(shù)學(xué)科、校本課程或其他相關(guān)學(xué)科課程進(jìn)行適當(dāng)設(shè)計。具體教學(xué)時，教師可以采用常規(guī)教學(xué)形式進(jìn)行，也可以以綜合實踐主題活動、社團(tuán)小組的形式進(jìn)行。

在開設(shè)年段上，筆者建議課程設(shè)置的起始年級為小學(xué)五年級，根據(jù)具體情況的不同，也可以選擇小學(xué)六年級或初中一年級開設(shè)課程。一些確有條件提前開設(shè)3D打印課程的學(xué)?；虻貐^(qū)，前期授課時可以參與體驗為主。從用3D打印技術(shù)解決學(xué)科或生活問題的角度考慮課程教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生將3D打印作為一種基本的研究工具來對待，特別要注意保證學(xué)生良好行為習(xí)慣的養(yǎng)成及認(rèn)知狀態(tài)的健康發(fā)展。

在課時安排上，可以采用每周1～2課時，如開設(shè)每周2課時，可兩課連上，保證教學(xué)過程的連續(xù)性和操作性。

在授課教師方面，有條件的學(xué)校建議多學(xué)科聯(lián)合，如科學(xué)或綜合實踐教師配合信息技術(shù)教師授課，啟發(fā)帶領(lǐng)學(xué)生對主題進(jìn)行觀察研究。

● 教學(xué)實踐策略

筆者通過教學(xué)實踐得出了以下教學(xué)策略，以期能夠為廣大教師提供參考。

第一，堅持啟智導(dǎo)學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生從需求出發(fā)，發(fā)現(xiàn)問題思考方案。在教學(xué)過程中教師應(yīng)營造情境，鼓勵學(xué)生研討協(xié)作，在實際環(huán)境中進(jìn)行觀察推演、設(shè)計模型并修改完善。除了積累成功經(jīng)驗，還要記錄每一次的問題，避免在后續(xù)操作過程中出現(xiàn)同樣錯誤。

第二，注重學(xué)生個性特征，重視教學(xué)方法的同時關(guān)注學(xué)生的學(xué)法、做法的研究。教學(xué)中要以學(xué)生為主體，教學(xué)內(nèi)容要與學(xué)生實際認(rèn)知相關(guān)聯(lián)。啟發(fā)學(xué)生發(fā)散思維，鼓勵學(xué)生針對同一個造型采用不同的建模方式，通過不同的建模過程對比，選出最為合適的方法。尊重學(xué)生興趣和差異，因材施教，通過組織實施個別輔導(dǎo)和分層教學(xué)的方式，為具有興趣特長與能力的學(xué)生提供必要的學(xué)習(xí)機(jī)會。

第三，重視能力培養(yǎng)，形成健康心理品質(zhì)。在教授3D打印知識技能的過程中，通過創(chuàng)建真實問題情境，從實際需求出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注積極健康的主題模型設(shè)計。在學(xué)習(xí)活動中還要關(guān)心學(xué)生心理品質(zhì)的成長，在實踐活動中培養(yǎng)其勝不驕敗不餒、積極探索、團(tuán)結(jié)協(xié)作等優(yōu)良品質(zhì)。

第四，構(gòu)建任務(wù)驅(qū)動課堂模式。教學(xué)中教師應(yīng)構(gòu)建問題情境，在解決問題的過程中，把具體問題分解為一個個小任務(wù)，采用任務(wù)驅(qū)動的方式具體組織課堂教學(xué)。引導(dǎo)學(xué)生做好前期繪制測量工作，通過多次測量繪制驗證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，從而確保打印物件的實用性，真實解決生活和學(xué)習(xí)中的問題。建模過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生注意整體與局部的關(guān)系，用整體設(shè)計、局部建模的方法，預(yù)算機(jī)器打印的誤差值，確保實物的銜接和組合。通過實際打印的過程演示，幫助學(xué)生了解模型文件的可輸出性。

第五，合理利用各種資源，加強(qiáng)與其他學(xué)科間的聯(lián)系。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)多方搜集、制作資源提供給學(xué)生，以達(dá)到激發(fā)興趣、解決疑難、拓展思維的效果。鼓勵從事3D打印教學(xué)的教師與其他學(xué)科教師加強(qiáng)溝通，保證3D打印技術(shù)教學(xué)在完成基本教學(xué)任務(wù)的同時，與其他學(xué)科教學(xué)形成更緊密的聯(lián)系。

第六，多種評價方式相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。通過評價，關(guān)注學(xué)生的空間思維、創(chuàng)造技能、設(shè)計品質(zhì)、想象力、創(chuàng)造力、實踐能力等方面，考察評估學(xué)生綜合能力指數(shù)。具體來說，可以將診斷性評價、形成性評價、總結(jié)性評價相結(jié)合進(jìn)行評價，以保證教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。下表是筆者設(shè)計的課程學(xué)習(xí)評價表。

總之，基于3D打印技術(shù)的創(chuàng)意實體課程設(shè)計，要本著發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造性和實踐性的原則，關(guān)注每一個學(xué)生的發(fā)展。相信隨著課程的不斷深入實施，學(xué)生對實踐創(chuàng)造的興趣必將越來越濃，并對其產(chǎn)生持久的學(xué)習(xí)動力。