李芳輝

【摘要】3D 打印可以把創(chuàng)客教育活動中富有創(chuàng)意的設(shè)想變成了實物化，對創(chuàng)客教育產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。實踐基于創(chuàng)客教育理念，以《仙人掌盆栽》創(chuàng)意設(shè)計為例，闡述了3D 打印創(chuàng)客課程的教學(xué)過程，尤其對創(chuàng)新理論和案例教學(xué)進(jìn)行融合，引導(dǎo)學(xué)生獨立自主的完成創(chuàng)意作品的設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】創(chuàng)客教育;3D打印

一、創(chuàng)客教育在中學(xué)3D打印課程教學(xué)研究提出的原因

（一）國家政策對3D打印技術(shù)提出的新要求

在2015年，國務(wù)院發(fā)文《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計劃（2015—2016年）》，文中特別強調(diào)3D打印的重要性，并將3D打印列入國家戰(zhàn)略發(fā)展高度，大力推廣和普及3D打印教育，重視技術(shù)型人才的培。創(chuàng)客教育理念促進(jìn)創(chuàng)新教育，在教學(xué)中實施創(chuàng)客教育培育學(xué)生的創(chuàng)新精神，真正做到讓學(xué)生在“在做中學(xué)”。

近些年3D打印技術(shù)引起了教育界眾多學(xué)者的重視，并將 3D打印技術(shù)引入基礎(chǔ)教育階段，應(yīng)用創(chuàng)客教育等創(chuàng)新教育模式中，以此打破傳統(tǒng)教育的困境、探索教學(xué)新方式。本文以《仙人掌盆栽》的設(shè)計與3D 打印課程為例，對 3D 打印創(chuàng)客課程的教學(xué)過程進(jìn)行探討。

（二）開展創(chuàng)意設(shè)計與 3D 打印課程可行性分析

創(chuàng)意設(shè)計與3D打印課程所需要的成本不高，可能不配置獨立的教室或場所，利用現(xiàn)有的信息技術(shù)電腦室中增加幾臺桌面式3D 打印機即可實現(xiàn)。課程中使用的三維設(shè)計軟件可以采用免費為青少年開發(fā)的123D軟件，操作界面簡潔，學(xué)生能夠快速入門。學(xué)生快速將操作命令掌握后，便能夠徜徉在創(chuàng)意設(shè)計的海洋中。

二、核心概念與理論依據(jù)

（一）創(chuàng)客教育

創(chuàng)客教育是指鼓勵學(xué)生進(jìn)行大膽的創(chuàng)造，創(chuàng)造過程中充分有效的運用數(shù)字化工具，培養(yǎng)學(xué)生自主探索能力，動手實踐能力，讓學(xué)生將自己的想法作品化，并具備獨立的創(chuàng)造思維與解決問題的綜合能力的一種教育方式。

（二）3D 打印課程

3D 打印課程是借助三維設(shè)計軟件（如：123D）進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計，并使用 3D 打印機實現(xiàn)創(chuàng)新落地的課程，旨在先進(jìn)的制造技術(shù)走進(jìn)課堂、走進(jìn)校園。

（三）杜威“做中學(xué)”的思想

杜威的“做中學(xué)”理論認(rèn)為，學(xué)生通過聽課和讀書所獲得的知識是虛渺的，只有在活動中獲得的經(jīng)驗才算是真正的教育，因此，學(xué)生要在“活動中學(xué)習(xí)”、“經(jīng)驗中學(xué)習(xí)”。他認(rèn)為，教學(xué)不是一味的灌輸，而是讓學(xué)生以某一問題為中心，思考解決問題的有效途徑并進(jìn)行實踐與驗證。

三、創(chuàng)意設(shè)計與 3D 打印課程設(shè)計與實踐

3D打印技術(shù)所帶來的創(chuàng)新教育，將教學(xué)的重點由以學(xué)生知識掌握為主，向知識與技能學(xué)習(xí)、實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)協(xié)同發(fā)展轉(zhuǎn)變。3D打印課程給我們帶來了新的學(xué)習(xí)模式，激發(fā)學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生探索精神，實踐創(chuàng)新精神，實現(xiàn)創(chuàng)意想法。以《仙人掌盆栽》為例，介紹創(chuàng)意設(shè)計3D打印課程具體教學(xué)過程。

（一）教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容和學(xué)情分析

教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)是以制作一個“仙人掌盆栽”為活動主線，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)123D中的草圖繪制、拉伸、布爾運算、陣列等命令的一般流程和方法。

本課程的教學(xué)重點是：運用123D軟件繪制不規(guī)則實體的一般方法。教學(xué)難點有兩個：一是如何結(jié)合 123D軟件繪制不規(guī)則實體的方法來理解其中的三維建模思想;二是進(jìn)行“仙人掌盆栽”的創(chuàng)意設(shè)計時如何巧用布爾運算設(shè)計出獨特的造型。

本課程的授課對象是初一學(xué)生，大部分學(xué)生對三維建模都不了解，但對“創(chuàng)意設(shè)計與3D打印”有很大的學(xué)習(xí)興趣，動手能力比較強。

（二）教學(xué)過程

1.情境引入。3D打印技術(shù)的學(xué)習(xí)過程是比較枯燥的，要給學(xué)生創(chuàng)設(shè)有趣味、有意義的學(xué)習(xí)情境，將建模學(xué)習(xí)與學(xué)生身邊的事物聯(lián)系起來。通過3D打印機將學(xué)生設(shè)計的作品打印出來，來點燃學(xué)生的成就感，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)動機。

通過實物作品的展示激發(fā)學(xué)生的興趣，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的欲望，并且引發(fā)學(xué)生的思考——這個“仙人掌盆栽”是怎樣做出來的？ 通過觀看實際的作品，學(xué)生明確了本次課的學(xué)習(xí)目標(biāo)，學(xué)習(xí)熱情呈現(xiàn)出高漲的態(tài)勢。

2.自主探究實踐任務(wù)。自主探究能夠進(jìn)一步增強學(xué)生的學(xué)習(xí)激情，學(xué)生的自我效能感會得到快速提升，從而增強學(xué)習(xí)效果。學(xué)生可能通過“易學(xué)”系統(tǒng)的學(xué)生網(wǎng)盤下載微課學(xué)習(xí)資源，通過小組合作，自主探究的方式完成“仙人掌盆栽”的設(shè)計。

“仙人掌盆栽”設(shè)計步驟。步驟一設(shè)計花盆：（1）單擊“基本實體”→“六面體”，創(chuàng)建合適大小的長方體作為花盆的盆體;（2）單擊“基本實體”→“圓柱體”，運用“減運算”按鈕，注意要反向拖動控制圓柱高度的紅色箭頭，直到貫穿長方體。步驟二繪制一課樹：（1）單擊“基本實體”→“圓柱體”“圓錐體”，圓柱體和圓錐體作為樹干和樹冠;（2）單擊“材質(zhì)渲染”按鈕渲染喜歡的顏色即可。步驟三挖出泥土的效果：（1）單擊“基本實體”→“六面體”，設(shè)置長、寬尺寸后向下拖動高度方向的紅色箭頭，并單擊對話框中的“減運算”按鈕。步驟四設(shè)計仙人掌：（1）單擊“基本實體”→“橢球體”，泥土面上放置作為仙人掌生長的位置; （2）單擊“特征造型”→“由指定點開始變形實體”，按左上角彈出的對話框中的順序依次選擇橢球體。（如下圖所示）

3.創(chuàng)新激發(fā)引導(dǎo)。當(dāng)學(xué)生的建模任務(wù)完成后，會有探索更多可能性的愿望。教師需要對本次主題的創(chuàng)新方向進(jìn)行激發(fā)和引導(dǎo)。

以“仙人掌盆栽”為例，授課教師明確本次課的任務(wù)要求，并以發(fā)散的方式引導(dǎo)學(xué)生大膽的進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計。從大方向看，思維發(fā)散圖包含主題創(chuàng)新以及造型創(chuàng)新兩方面，在此之下又能發(fā)散出其他更多的內(nèi)容。

4.成果展示與評價。在經(jīng)過小組合作完成了作品，各小組將作品提交到“易學(xué)系統(tǒng)”的學(xué)生網(wǎng)盤班級展示區(qū)進(jìn)行小組互評。由小組學(xué)生自評，講解在合作完成的過程中所遇到的問題以及如何解決的，作品的亮點與不足。老師對作品進(jìn)行綜合點評，優(yōu)秀的指出其特點，一般的則指出不足之處，便于學(xué)生進(jìn)一步改進(jìn)提高。然后由教師和小組利用學(xué)習(xí)成果評價量表對每個小組的作品進(jìn)行評價，并對優(yōu)勝作品給予獎勵，并記入學(xué)習(xí)檔案中。學(xué)生非常享受分享的過程，尤其是當(dāng)其作品得到教師與同學(xué)的認(rèn)可后，他會更有創(chuàng)新的動力，分享的過程中充分體驗到 3D 打印帶來成功的樂趣。

四、結(jié)語

基于創(chuàng)客教育理念，開設(shè)初中創(chuàng)意設(shè)計與 3D 打印課程，將學(xué)生的創(chuàng)造想法變成了實物，這是一種新的學(xué)習(xí)體驗，大大地促進(jìn)學(xué)生的想象力發(fā)展。在實踐過程中，學(xué)生的動手能力、設(shè)計能力和思維能力等得到全面提高，對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)具有積極的意義，也是開展創(chuàng)課教育的主要目的。

【本文系廣東教育學(xué)會教育科研規(guī)劃小課題“基于3D打印技術(shù)的創(chuàng)客教育在信息技術(shù)教學(xué)中的實踐研究”成果（課題編號：GDXKT22196）】

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