提高3D打印技術課堂教學效率的實踐研究

侯佳軼

【摘要】3D打印技術不僅能培養學生的觀察能力、獨立思考能力、動手能力，而且能培養學生求實的科學態度和堅韌的探究精神。本文認為通過讓學生主動加入到饒有興趣的學習中來；為不同的學生搭建學習架構，促進學生的適宜性學習；激勵學生在團隊合作中共同完成任務以及為學生們提供表達的機會，讓成果得到分享等策略，可以有效提高3D打印技術課堂教學效率。

【關鍵詞】3D打印技術 虛擬模型 教學效率

【中圖分類號】G71 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）40-0232-01

隨著新興技術的發展，3D打印技術在基礎教育領域已悄然興起。3D打印技術學術上又稱“添加制造”（additive-manufacturing）技術，是一種與傳統的材料加工方法截然相反，基于三維 CAD 模型數據，通過增加材料逐層制造的方式。它不僅能培養學生的觀察能力、獨立思考能力、動手能力，而且能培養學生求實的科學態度和堅韌的探究精神。學生們在學習使用先進建模軟件的基礎上，充分發揮空間創想能力，制作出一個個富有個性的模型，并親手使用3D打印機將虛擬模型變為現實的物體。

在中小學開設3D打印技術課程，有利于增強學生的學習體驗，發展學生的創造性思維和跨學科思維，有助于提升學生的實踐能力。那么，如何才能提高3D打印技術課堂教學的效率呢？筆者經過長期的探索與實踐，提出以下策略。

一、讓學生主動加入到饒有興趣的學習中來。

在開展3D打印技術教學的過程中，學?？梢愿鶕W生的興趣、年齡特點及學習能力采取學生自主選課的方式進行。同時，改變以往二維平面所進行的展示，以及單純依靠想象、理解或死記硬背的方式獲取知識。為了吸引學生們的興趣，我們可以通過互聯網技術，錄制微課程PPT，運用簡潔的語言，明朗的畫面，將學生帶入3D打印技術的殿堂，使3D打印技術的概念和知識立體化、具體化、可視化，幫助學生擺脫對抽象概念和知識的空想，促進他們全面理解知識并激發他們的求知欲。學生們被3D打印技術提供便捷性的技術支持以及賦予想象力和創造力的立體模型深深吸引，樂于參與這種創造性活動。教學中我們還設計了每節課后的小任務，讓學生們利用網絡或科技雜志等媒介，主動去搜集3D打印技術的相關知識，這樣的活動設計極大吸引了學生們，充分發揮了他們的主觀能動性，促進了他們自主選擇性學習能力的形成。

二、為不同的學生搭建學習架構，促進學生的適宜性學習

3D打印技術課程要面對小學、初中、高中三個學段的學生，且學生水平與能力參差不齊，甚至相同年齡的不同學生個體也是有差異的，所以要針對不同的學生設計多層次的教學目標和教學難點，僅以小學段為例：學生年齡小，注意力集中時間短，活潑好動，針對這個階段學生的年齡特點，教師要充分發掘他們的興趣，根據他們的能力設計教學目標，首先讓他們愛上畫圖，畫圖無需尺寸，只要他們能夠將學過圖形的簡單繪制出來就可以。因此我們對教學內容進行重新架構，設置了很多有趣的卡通簡筆畫，并且在開始時不對尺寸作要求，小學生們就像畫畫一樣操作著鼠標，繪制出五角星、燈籠、小卡車、小黃人、卡通女孩等。隨著工具的使用日益熟練，他們自己就會在畫圖時發現為什么他畫的圖形和其他同學的大小不一樣。這時，教師再借機為他們介紹尺寸的重要性，在每次繪制完一幅圖之后，進行展示、評比，適時給與表揚、獎勵。孩子們的興趣被激發出來，創作的欲望更加強烈。相對于小學生，初中生的知識儲備量更大，數學、幾何知識水平更高，在教學設計上可以給他們更大的自學空間。在教學過程中，當他們完成相應的學習任務之后，鼓勵他們超水平創意發揮。這樣學生被一步步引領著設計出自己喜歡的模型，在一次次成功中體驗著3D打印技術帶來的學習樂趣。

三、激勵學生在團隊合作中共同完成任務

3D打印技術看似是個性化的體現，但也需要團隊協作才能完成。我們將2到4名學生編成一個小組，組員之間分工明確，如團隊中有小設計師，負責創意設計，進行草圖的繪制，監理設計模型與設計初衷是否一致，總體協調；有小工程師，負責軟件模型制作，擅長操作軟件，根據設計者的圖紙完成作品；有小模型制作師，負責操作3D打印機，將虛擬模型變為現實，并用工具將模型打磨干凈。在整個操作過程中，小組成員一同構思、一同設計、一同打印，共同完成一個創意作品。當他們在某一環節出現問題時，小組成員就會協商、研究問題來自于哪里，怎樣調整，這時教師作為觀察者，觀察他們解決問題的過程，并適時給予指導。當他們完成作品時，他們能充分體會到團隊合作帶來的喜悅。

四、為學生們提供表達的機會，讓成果得到分享

每一名學生都是天生的設計師、富有思想的演說家，我們要充分發揮學生們的潛力，抓住各種機會讓學生們表達自己或者團隊的設計以及創作的想法。如：在學生們分組完成作品后，每組學生要派出代表對本組設計的作品進行講解，當學生們天馬行空的想象通過3D打印實現后，表達的愿望會很濃，此時教師需要做的就是一方面充分滿足學生們表達的愿望；另一方面讓學生之間分享過程和成果。當學生代表站到臺上，將設計圖、三維模型、打印實體模型展現在同學與老師的面前時，教師要鼓勵他們介紹自己設計的想法，讓同伴都明白設計意圖。在交流的過程中，每一位同學都能夠汲取他人設計的優點與技巧，學生們在自己介紹作品的過程中同樣鞏固了知識，總結了3D打印的模型作品與當初設計的差別，為將來設計、打印出更完美的模型積累了經驗，同時更重要的是保持了學生們持久的創作欲望。

“心之所向，身之所往”作為一項新型的技術，3D打印技術不僅蘊含著巨大的科技魅力，而且蘊含著巨大的教育潛能，只要我們在教學中能有效地加以整合利用，必將能夠促進學生全面而有個性的發展。

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