陳平

【摘要】隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，3D打印技術(shù)在各行業(yè)的應(yīng)用越來越普及，將3D打印技術(shù)引入信息技術(shù)課堂成為必然。本文主要論述3D打印技術(shù)進(jìn)入課堂的實(shí)踐意義、小學(xué)信息技術(shù)課堂3D打印教學(xué)實(shí)例初步探討和3D打印教學(xué)中的問題與困惑。

【關(guān)鍵詞】3D打印 信息技術(shù) 課堂教學(xué)實(shí)踐

3D打?。?D printing），又稱三維打印，是指以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)。運(yùn)用粉末金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。跟傳統(tǒng)的打印相比，3D打印技術(shù)具有以下優(yōu)勢：個(gè)性化的設(shè)計(jì)制作，設(shè)計(jì)驗(yàn)證成品周期較短；材料具有高效利用率。隨著3D打印技術(shù)不斷進(jìn)步，其在國內(nèi)外各行業(yè)的應(yīng)用越來越普及，3D打印在教育領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛，3D打印技術(shù)進(jìn)入課堂成為必然的趨勢。

一、3D打印進(jìn)入課堂的實(shí)踐意義

2013年，新媒體聯(lián)盟在“地平線報(bào)告”中，首次提出了3D打印技術(shù)是未來值得關(guān)注的新技術(shù)，將帶來教育、教學(xué)的創(chuàng)新，并在2014、2015年的報(bào)告中再次提及。2016年，第十二屆全國人民代表大會(huì)第四次會(huì)議中，3D打印被列入“十三五”國家規(guī)劃綱要。2018年，江蘇省小學(xué)信息技術(shù)新版教材首次引入3D打印教學(xué)內(nèi)容。筆者在本文中展示的教學(xué)實(shí)踐就是基于信息技術(shù)教材內(nèi)容，并結(jié)合學(xué)情適當(dāng)作了改編。在3D打印課堂教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)3D打印教學(xué)具備如下優(yōu)勢：

1.激勵(lì)學(xué)生積極創(chuàng)造

3D打印技術(shù)能夠直接將學(xué)生的創(chuàng)意想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，設(shè)計(jì)即能生產(chǎn)，極大地鼓勵(lì)了學(xué)生的創(chuàng)作熱情和創(chuàng)作愿望。筆者在教學(xué)實(shí)踐中，鼓勵(lì)學(xué)生踴躍展示自己的作品，并在班級(jí)中投票選取一個(gè)優(yōu)秀作品進(jìn)行打印展示。

2.鍛煉培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力

解決問題的能力是小學(xué)信息技術(shù)課程中著力培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)用能力。而3D打印技術(shù)支持問題的發(fā)現(xiàn)、分析和解決。我們設(shè)計(jì)的3D作品最終是要應(yīng)用于生活以及解決生活問題。在每一次的設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生要經(jīng)歷深入分析問題、嘗試設(shè)計(jì)、再次修改等過程，最終設(shè)計(jì)完成作品，這就是一次解決問題的體驗(yàn)過程。在每一次設(shè)計(jì)中，學(xué)生解決問題的能力逐步提升，科學(xué)素養(yǎng)逐步提高。

3.加深空間理解，提升學(xué)習(xí)體驗(yàn)

3D打印技術(shù)，能將虛擬設(shè)計(jì)變?yōu)榭梢姷膶?shí)體模型。獨(dú)特設(shè)計(jì)的實(shí)體模型給了學(xué)生直觀的感受，幫助學(xué)生更好地理解空間構(gòu)造、結(jié)構(gòu)造型，提升了學(xué)生對點(diǎn)、線、面的立體認(rèn)知。作品可見的過程，也讓學(xué)生有了切身感受。這有助于學(xué)生鞏固已有學(xué)習(xí)技能、激發(fā)二次設(shè)計(jì)的創(chuàng)作熱情，在作品創(chuàng)作中獲得學(xué)習(xí)的成就感。

二、3D打印的課堂教學(xué)實(shí)踐案例

1.建立3D打印認(rèn)知

3D打印在我們生活中普及的速度很快，并廣泛應(yīng)用于航空、建筑、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域。學(xué)生在社會(huì)生活中已有認(rèn)知，但還沒有理解3D打印的原理，也沒能建立3D打印的全面認(rèn)知，因此，筆者在“初識(shí)3D打印”一課的教學(xué)中，作了如下的教學(xué)設(shè)計(jì)：

（1）情境導(dǎo)入

由動(dòng)畫片《黑貓警長》片段（黑貓警長打掉了“一只耳”的耳朵）引出問題：將“一只耳”缺的耳朵補(bǔ)回來，你有什么辦法？播放視頻解決方案：中國科學(xué)家3D打印人耳成功移植的實(shí)驗(yàn)?！巴瑢W(xué)們，科學(xué)家們用了什么技術(shù)制作出了耳朵？”筆者提出問題。（揭示課題：初識(shí)3D打?。?/p>

（2）認(rèn)識(shí)3D打印

比較普通打印和3D打印。

師：什么是打?。坷蠋熓稚系奈臋n是怎么打印的？

師生總結(jié)普通打印：電子文檔一打印機(jī)一實(shí)物文檔。

師：3D打印是怎么打印的呢？觀察教室中工作著的3D打印機(jī)。

學(xué)生觀察3D打印機(jī)是如何工作的。

師：3D打印需要紙嗎？3D打印用的材料是什么？3D打印的內(nèi)容是哪里來的呢？

師：3D打印技術(shù)是一種快速成型技術(shù)。它是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。（展示實(shí)物）

觀看動(dòng)畫，詳細(xì)了解3D打印如何將3D數(shù)字模型打印出3D實(shí)物。

（3）3D打印技術(shù)的應(yīng)用

師：同學(xué)們，發(fā)揮你的想象，你想用3D打印技術(shù)打印什么呢？

生：食物、服裝、交通工具、人體器官等。

通過引導(dǎo)學(xué)生回答，教師展示相應(yīng)內(nèi)容的3D打印應(yīng)用實(shí)例，例如，3D打印的四合院、各種滿足病患需要的人體器官等。

師總結(jié)：3D打印技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到生活的方方面面。3D打印幫助人們提高設(shè)計(jì)效率，節(jié)約成本，方便生活，尤其在醫(yī)療方面，能幫助病人減輕病痛。造福人類。

通過以上的教學(xué)設(shè)計(jì)，學(xué)生從理解3D打印原理、了解3D打印過程和體驗(yàn)各類3D打印的應(yīng)用中，全面構(gòu)建起對3D打印的基礎(chǔ)認(rèn)知。同時(shí)，筆者在教學(xué)中也嘗試引導(dǎo)學(xué)生建立將3D打印作為解決問題方案的意識(shí)，將3D打印更好地應(yīng)用于我們的生活之中。

2.學(xué)生創(chuàng)意設(shè)計(jì)3D打印作品

3D打印的關(guān)鍵為3D建模，這是最重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容。江蘇省小學(xué)信息技術(shù)五年級(jí)教材中，以“制作立體剪影”“制作筆筒”等5課講授3D建模。筆者結(jié)合學(xué)情設(shè)計(jì)了“我的定制筆筒”一課。教學(xué)設(shè)計(jì)如下：

（1）談話導(dǎo)入課堂

師：同學(xué)們常用的筆筒都是圓柱體或長方體的。但生活中，我們常常要在筆筒中放入筆、尺子、剪刀、橡皮等。（師邀請學(xué)生拿出鉛筆、橡皮等）

師：這樣的筆筒有什么缺陷？

生：分類不明確。

這節(jié)課請根據(jù)你的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)你的專屬定制筆筒。（板書課題：我的定制筆筒）

（2）學(xué)習(xí)基本圖形命令

3DOne軟件的基本圖形命令中已列出常規(guī)的六面體、球體、圓柱體等，點(diǎn)擊相應(yīng)圖形，拖動(dòng)到工作區(qū)，設(shè)置圖形尺寸。（提示：輸入數(shù)字后，按回車鍵確認(rèn)）

（3）學(xué)習(xí)抽殼命令

對基本實(shí)體實(shí)現(xiàn)挖空，這就需要抽殼命令。抽殼命令執(zhí)行中需選取基本圖形的一個(gè)面作為開放面進(jìn)行挖空操作。操作中，需要注意選取合適的開放面、厚度一般為負(fù)數(shù)。

（4）學(xué)習(xí)組合編輯命令

多個(gè)基本圖形需要組合形成整體。組合圖形用組合編輯命令。在操作中，注意選擇組合圖形中的中心圖形為基體，另一個(gè)為合并體，合并時(shí)邊界為切割面，會(huì)將圖形相交的多余部分裁切。

（5）學(xué)生作品展示評比

引導(dǎo)學(xué)生展示作品。闡述產(chǎn)品功能和設(shè)計(jì)意圖。班級(jí)評選出優(yōu)勝作品，用3D打印機(jī)打印成品（見圖1、圖2）。

本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)以“我的定制筆筒”入手，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)需求：教學(xué)中簡單講授基本圖形、抽殼、組合編輯等命令，以學(xué)生的自主創(chuàng)作為主，旨在鼓勵(lì)學(xué)生針對設(shè)計(jì)需求。運(yùn)用合適的命令實(shí)現(xiàn)3D模型的創(chuàng)意設(shè)計(jì)。

三、目前，3D打印在小學(xué)信息技術(shù)課堂教學(xué)中的困惑

3D打印進(jìn)入課堂，無疑能夠激發(fā)學(xué)生想象創(chuàng)意，將學(xué)生的夢想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，但在實(shí)際教學(xué)中，筆者遇到了一些教學(xué)困惑：

1.如何鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)

小學(xué)生以具體形象思維為主，3D創(chuàng)意設(shè)計(jì)對小學(xué)生來說是較為困難的內(nèi)容。而3D打印課程旨在將學(xué)生培養(yǎng)成創(chuàng)意設(shè)計(jì)者和問題解決者。同時(shí)也要求教師能成為學(xué)生創(chuàng)意設(shè)計(jì)中的引導(dǎo)者、協(xié)助者，而絕非主導(dǎo)者。這就需要學(xué)生在日常生活中成為觀察者、思考者，嘗試解決生活中的問題，這無疑對學(xué)生提出了很高的要求。筆者預(yù)想在今后教學(xué)中添加學(xué)生自主選題，即由學(xué)生預(yù)先提出設(shè)計(jì)選題，師生共同討論，引導(dǎo)思維碰撞，鼓勵(lì)學(xué)生關(guān)注生活、發(fā)現(xiàn)問題。

2.如何在教學(xué)中平衡技術(shù)傳授和學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)作的矛盾

3D建模初期的教學(xué)以命令學(xué)習(xí)為主，教師需引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)建模技術(shù)，范例的演示教學(xué)常常會(huì)束縛學(xué)生的發(fā)散思維，而3D建模需引導(dǎo)學(xué)生的獨(dú)立思考、實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造。這二者之間較難調(diào)和。筆者預(yù)想在教學(xué)中引入鼓勵(lì)機(jī)制，例如，擇優(yōu)打印作品、小組合作二次創(chuàng)作等，激勵(lì)學(xué)生參與創(chuàng)作，提升其創(chuàng)作熱情。

總之，3D打印為學(xué)生信息技術(shù)學(xué)習(xí)開辟了新領(lǐng)域，學(xué)生可以從設(shè)計(jì)模型、制作作品、展示作品等多方面參與學(xué)習(xí)過程。其有效地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，增強(qiáng)了學(xué)生的思維和解決問題的能力，推動(dòng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力。作為一線教師。筆者也需要在教學(xué)中不斷加強(qiáng)研究學(xué)習(xí)，努力成為學(xué)生3D打印學(xué)習(xí)中有力的引導(dǎo)者。