与3D打印技术共舞

朱 清

2012年，英国教育部选取 21所小学作为试点学校，让他们尝试在科学、技术、工程、数学和设计的课堂中教授和使用3D 打印技术。一旦试点成功，3D打印技术项目将推广至更多学校。目前，在我国教育领域，特别是基础教育阶段，3D 打印技术的应用还是一个崭新的领域。3D打印为学校开展STEAM教育提供了让创意灵活物化的技术支持，于是我们把3D打印技术引入学科教学中。不仅为学科教学增添了活力，更主要的是，学生在利用3D打印技术进行创作的过程中，激发了想象力，培养了创新能力，提高了动手实践能力。

3D打印技术进入课堂的实践意义

我国科学技术与国际先进水平尚有差距的一个主要原因是“创新不够”。而STEAM教育旨在培养具有科学素养、技术素养、艺术素养、工程学素养、数学素养的综合型人才。3D打印技术的出现为学校推行STEAM教育注入了一针强心剂。3D打印技术作为开展STEAM教育的辅助工具，渗透到学科教学中，使枯燥乏味的课堂更生动有趣，大大提高了学生的活动参与度；使学习内容也不再单一、刻板，呈现出了更多的姿态。

经过一年多的实践研究，笔者发现3D打印技术在教学活动中具备以下优势。

1. 有利于提高可视化教具的使用效果

在原来的教学环境中，教师大多使用语言或者图片来描述教学内容。当遇到复杂的事物时，学生的思维空间就会受到很大的影响。3D 打印技术可以在理论和现实之间架起桥梁，将教具进行3D打印并在课堂上展示。学生通过观察、触摸获得“观察的经验”，对教学内容有了更加直观的认识。通过这种方式教学效果显然要比原来更好。例如，苏教版小学五年级《黄山奇松》一课的教学，如果学生只通过图片或视频来了解黄山奇松的奇，学生感受并不深刻。我们用3D 打印机打印出各种奇松的模型，学生就可以很直观地观察、欣赏奇松。

2. 有利于呈现新颖的教学内容

STEAM 教育常常涉及语文、数学、美术、科学等多学科内容的整合，而 3D 打印为这些知识的整合提供了机会。STEAM 教育有别于传统教育体系中学科界限分明的做法，着重于培养具备综合能力的工程师精神。3D打印技术的应用使得很多以往难以实现的“动手做”类型的课程设计成为可能，激发了学生投身于技术和工程领域的热情。

3. 有利于营造更愉快的学习体验

我们利用3D 打印技术，最主要的是能够帮助学生将虚拟快速变成可触摸的实物模型。独特的实物模型给学生提供了切身感受，使他们从另一个角度对事物增进了解，帮助他们愉快地记忆，避免遗忘。此外，还能激发学生的灵感，给予他们更多的想象空间。学生通过自身的经验对模型进行二次设计，这将使他们更愿意投入到自己设计、自己生产作品的过程中，从中获取对学习的满足感。

4. 有利于培养学生解决问题的能力

解决问题是培养学生应用能力的重要途径，而3D打印技术用一种非常有意义的设计理念去支持问题的发现、分析与解决。设计3D作品时，首先要根据内心所想的物体进行系统规划，然后对各个部位进行分析，提出解决方案，再通过尝试绘制草图逐步去实现。在这一过程中，学生经历了提出问题、分析对象、尝试设计、反复修改、最终解决问题的过程。学生在创造的过程中始终处于提出问题、分析问题和解决问题的动态过程中。例如，我校六（5）班学生在整理笔盒时，发现测量工具有很多，于是就想制作一把多功能的尺。他将这个想法告诉数学老师后，老师觉得这个想法不错，就着手让大家分组设计自己的多功能尺。学生们经历了多次的讨论、分析、设计，最后成功地将多功能尺打印出来了。教师在其中扮演咨询者、辅导者和学习动机激发者的角色。 这些开放式的交互活动不仅有趣，培养了学生解决问题的能力，而且还培养了学生的合作精神和协作能力。

3D打印课程的教学实践

由我校教师主编的教材《一起玩3D打印》正式进入六年级的信息技术课堂。3D打印技术教学，让学生有了更多的思考、创造空间。通过不断地教学研讨，教师们也逐步摸索出了3D打印技术的教学方法，对各个学龄段学生的学情、学习能力有了了解，对哪些内容可以让学生自己探究、哪些内容需要教师搭建学习的支架、如何设计学习活动、如何在玩中渗透三维设计的思想，教师们做到了心中有数。学生通过一系列活动项目的创作，在不断尝试的过程中获取经验、掌握方法、提升能力。

下面就以“花盆很实用”为例分享教学实施的过程。

“路径跟随”是草图大师Sketchup 中绘制一些不规则的形状时用到的工具命令，比如绘制弯曲的圆柱体等。通过“花盆很实用”一课的学习，学生了解了“路径跟随”在三维设计中的作用。

1. 教学目标

（1）学会运用Sketchup设计软件构建出自己想象中的花盆的三维模型。

（2）了解花盆的结构，思考自己将会如何设计。

（3）培养学生细心观察身边事物的习惯，体验设计、创造的乐趣。

2. 教学过程

（1）导入。教师引导学生留心观察身边花盆的形状，提出自己想设计怎样的花盆。

（2）教师演示“路径跟随”工具的使用方法。

（3）讨论设计草图。学生相互讨论，并在纸上绘制草图。

（4）三维建模，创意设计。在教师的指导下，学生运用Sketchup设计软件设计花盆。

（5）展示交流，创意表达。作品展示交流，要求学生介绍自己的作品，同桌之间、同学之间也可以相互欣赏，评价。

（6）打印实物。选出比较好的作品进行打印，让学生体验3D打印的过程，了解3D打印机的操作方式。

3D打印课程进入课堂的思考

毋庸置疑，3D打印技术对学校的教学发展起到了积的促进作用。3D打印激发了学生的想象力，将学生的创意变为现实，这是一种重要的学习体验。3D打印激发了学生DIY的兴趣，使学习更加生动。3D打印为学习活动开辟了新的空间，学生可以从设计、制作、展示参与等多维度融入学习过程中。同时，在整个实践学习活动过程中，都需要学习者的实践操作，从设计到打印，都需要他们参与完成，有效地激发了学生实践的积极性，提高了学生的学习热情，增强了学生的动手能力、参与能力、设计能力和思维能力。这是推动创新精神和创造能力发展的重要环节，对创新型人才的培养具有积极意义。当然，不管多么先进的技术，进入课堂必须坚持以学生发展为中心，重视学生的主体地位。

1. 对教师的要求

在课堂中应用3D 打印技术对教师和学生的信息素养要求较高，较强的动手能力和基本的工程素养是用好它的重要保证。这就需要教师既有使用设备的基本技能，更要有较高的创新意识和学习活动设计能力。因而，教师要从技术和教学设计等层面进行深层次的学习和提高。此外，教师的角色也需要转变，教师是学生学习的合作者、参与者和促进者。其教学重点除了传授知识经验，更要激励和鼓舞学生，让学生保有个性地愉快成长，享受学习。

2. 打破学科壁垒，整合学科资源

我们一直尝试沟通学科之间联系，进行各学科之间的整合。3D打印技术的出现打破了学科之间的壁垒，如何更好地进行资源整合？我们可以和不同学科的教师一起备课，比如数学、科学、信息技术，打破教学活动中以本学科知识为主的现状，结合各个学科相关的知识，通过3D打印技术进行有效的整合。

美国新媒体联盟（NMC）在《地平线报告2013年（基础教育版）》中指出，未来4～5年，3D打印技术将成为主流趋势，将大面积走进中小学课堂。3D打印技术将对现有教学产生深刻的影响。作为教育工作者，不应错过使用这项新技术的机会。在学校的课程改革中，开设更多的这类实践性的课程，是提升学生综合素质、培养创新意识、提高创新能力的重要途径。学生们对信息科技的热爱，对信息科技的探索，并不是与生俱来的，而是在日常的学习和实践探索中，不知不觉地产生的。

（作者单位：江苏常州市虹景小学）