文 浙江省安吉縣高級(jí)中學(xué) 汪文峰

目前，3D打印技術(shù)已在工業(yè)制造、建筑設(shè)計(jì)、生物醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，在教育領(lǐng)域，該技術(shù)也逐漸被引入課堂。2017年，我校與中科院廣州分院建立友好關(guān)系，成立了3D打印實(shí)驗(yàn)室，引進(jìn)了10臺(tái)桌面3D打印機(jī)。筆者作為通用技術(shù)老師兼實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人，積極開展這方面的研究，做了一些有益的嘗試。

一、什么是3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)又稱“添加制造”技術(shù)，起源于20世紀(jì)80年代，是“一種與傳統(tǒng)的材料去除加工方法相反的，基于三維數(shù)字模型的，通常采用逐層制造方式將材料結(jié)合起來的工藝”。它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可固化材料，通過逐層打印的方式構(gòu)造物體。

3D打印機(jī)打印物品的流程主要分為四個(gè)階段，即建模、分層、打印和后期處理。先利用三維掃描儀或三維制圖軟件制作三維模型，接著根據(jù)3D打印機(jī)的精確度及標(biāo)準(zhǔn)，用相關(guān)軟件將虛擬模型分成若干層，再按分層后的數(shù)據(jù)，以添加制造的方法填充相應(yīng)的每一層，最后對(duì)打印出來的物品進(jìn)行修整、打磨及上色等后期處理。

二、3D打印技術(shù)助力通用技術(shù)教學(xué)

《通用技術(shù)》是一門立足實(shí)踐、高度綜合、注重創(chuàng)造的學(xué)科，是一門科學(xué)與人文融合的課程，將3D打印技術(shù)應(yīng)用于通用技術(shù)課程教學(xué)能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)技術(shù)的興趣和創(chuàng)新意識(shí)，提升學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)。

1.通過3D軟件展示立體圖形，初步形成空間思維

通用技術(shù)課程要求培養(yǎng)學(xué)生的空間想象和圖樣表達(dá)能力，學(xué)會(huì)三視圖是每個(gè)學(xué)生必備的技術(shù)素養(yǎng)。

在學(xué)習(xí)《技術(shù)與設(shè)計(jì)1》第六章“常見的技術(shù)圖樣”時(shí)，教師可先介紹3D打印技術(shù)的建模軟件，并在課堂上將物體的三面通過多媒體展示。如圖1所示，采用123D Design軟件展示物體的整體和三面情況。

圖1

在123D Design軟件界面中可以旋轉(zhuǎn)物體，學(xué)生可清楚地看到物體各個(gè)面的情況，在腦海中構(gòu)建出立體圖形，并按正投影的規(guī)律畫出三視圖。一目了然的畫面為學(xué)生獨(dú)立識(shí)別三視圖打下基礎(chǔ)。

在此基礎(chǔ)上，還可讓學(xué)生利用課余時(shí)間學(xué)習(xí)和探究“計(jì)算機(jī)輔助制圖”這一選學(xué)內(nèi)容，熟悉3DMAX、AutoCAD等三維設(shè)計(jì)軟件。

2.通過設(shè)計(jì)3D立體物體，幫助理解圖樣

在通用技術(shù)課程測(cè)試中，三視圖補(bǔ)線是一道必考題，近年來難度逐漸加大。

筆者原先教學(xué)時(shí)，會(huì)在黑板上畫出立體圖，然而繪圖水平再高，呈現(xiàn)的仍是平面圖，不便學(xué)生理解。3D打印技術(shù)很好地彌補(bǔ)了這一缺憾，當(dāng)遇到一些復(fù)雜的圖形時(shí)，就可以將其打印出來（如圖2）。

圖2

圖3

圖3所示為2017年4月技術(shù)選考中的三視圖補(bǔ)線題，需要學(xué)生補(bǔ)畫所缺的三條線。在講解試卷時(shí)，教師除了用三視圖的規(guī)律和口訣等方法補(bǔ)線外，也可通過3D打印技術(shù)事先打印出實(shí)物（如圖4），讓學(xué)生感受實(shí)物，加深對(duì)點(diǎn)、線、面畫法的印象。

3.通過設(shè)計(jì)連接件，幫助理解設(shè)計(jì)草圖

通用技術(shù)是一門緊密聯(lián)系生活實(shí)踐的課程，要求學(xué)生從實(shí)際出發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)用物件，達(dá)到學(xué)以致用的目的。為幫助學(xué)生更好地完成設(shè)計(jì)任務(wù)，筆者通過3D打印技術(shù)將設(shè)計(jì)好的物體打印出來，直觀地講解其設(shè)計(jì)特點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生理解設(shè)計(jì)草圖。

如某題要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)小車底盤上與超聲波傳感器的連接支架，需要畫出支架的設(shè)計(jì)草圖。為讓學(xué)生理解題意，筆者網(wǎng)購(gòu)了一個(gè)超聲波傳感器，先讓學(xué)生們自行設(shè)計(jì)，再在實(shí)物投影儀下展示其草圖，讓大家找找各自的優(yōu)、缺點(diǎn)。

引進(jìn)3D打印技術(shù)后，筆者通過建模軟件設(shè)計(jì)成兩款連接件（如圖5），并將其打印成實(shí)物供學(xué)生傳閱交流，讓學(xué)生比較自己的設(shè)計(jì)和老師的設(shè)計(jì)有何不同，這樣學(xué)生對(duì)物體的空間位置感知更生動(dòng)、具體。

圖4

圖5

綜上所述，在通用技術(shù)教學(xué)中積極應(yīng)用3D打印技術(shù)能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)習(xí)效率。通用技術(shù)教師應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，靈活運(yùn)用3D技術(shù)助力教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。