3D打印课程设计与应用的实践研究

林勇男

2013年开始，3D打印技术由军事等应用领域开始走向各个领域与行业，也逐渐成为人们关注的焦点，其在小学教育领域的应用探索也如火如荼地展开。本文介绍了我校探索3D打印小学教学中应用的实践，从最初的项目引进到六人社团开设，再到现在的校本普及推广课程的过程;其中在探索过程中遇到的软硬件、课程设置等问题及解决的办法;最后总结了完善课程体系构建，并逐步适应教育教学走进不同学科课堂，对教育教学产生的深刻影响和变革。

随着3D打印技术逐步进入各个产业，以及由于此技术本身的快速成型，有效锻炼学生的空间思维等性质，可以作为一个很好的教育载体，同时学习理论、教学理论以及“经验之塔”理论都为 3D打印技术在教学中的应用提供了很好的理论依据。3D 打印技术在本质上是多媒体技术的延伸， 是虚拟现实技术的延伸，它拓展了人的感觉和知觉，促进了人的思维能力的进一步发展，它与教学的融合势在必行，因此，全国各地区的信息技术教师积极投身3D打印课堂应用的研究中。

我校也在2014年引入3D打印机，3D打印校本课程也随之开设，是区最早开设3D打印课程的小学。自社团开设至今，现已经将3D打印发展为常规课程普及。“让学生走向世界，让世界走进学校”，让孩子们在校园中能体验到前沿科技的魅力，3D打印技术正悄然进入孩子们的学习。

一、初识3D打印，寻找切合深度

作为一名教师，面对新的科技将其应用于自己的教学，没有标准的教材可以参考，除了兴奋，剩下的也就是担心。一切都是摸着石头过河，从使用软件建模到模型打印遇到了各种各样的问题。

（一）建模软件和格式转换软件

建模软件可谓是这门课的核心，也是最能锻炼学生思维的载体。因此选用合适的3D打印软件是首要问题，市面上的3D 建模软件参差不齐，本人接触过的就有3DMAX、Maya、Rhino等，但是这些软件对于小学生来说界面功能以及操作都稍显复杂，虽然我校的机房配套电脑的配置较高，如果要长时间的运行以上专业级别的软件，还是相对困难，经常会出现卡顿闪退等现象。因为123Ddesign这款软件功能强大，对机器要求不高，操作简单，界面简洁，适合小学生入门级的学习，最终成为我校3D打印课程的学习软件。

格式转换软件，用了通用配套的Cura。Cura软件的参数设置相对来说比较复杂。基本的设置需要认识，非常容易出错，在使用初期，在设置的时候，未将支撑选择，结果导致作品悬空的地方无法成型，直接成为一坨塑料。

在使用转换格式软件的时候，还需要注意以下几点：1.机型必须匹配，不然无法打印。2.支撑类型需要选择，一种是线性还是实体，这将关系到打印完成品后期的处理，有的过于牢固，镂空处就无法将镂空的支撑去除。3.喷嘴和打印厚度需根据实际情况调整。

（二）3D打印机的使用

由于购买的桌面级机器属于基础型，在使用之初发现打印无法成型，经过观察发现，是由于天气过冷打印机吐的丝过快地凝固无法牢固地粘贴在平台上，之后再平台上贴上了双面胶纸才算解决（建议购买时能入手平台可加热的机型）;当然在使用了一段时间后，打印机也出现过各种出现如无法自动调平，无法吐丝，打印头堵塞等，无论电机驱动损坏还是调频红外模块失灵，最后都想到了办法解决。

（三）课程的设置

将3D打印应用于课堂，3D技术本身只是载体和形式，教学的设计才是核心。因此我们要确定适合小学生的学习内容，以及怎样教授更符合小学生的思维逻辑，最后把握适合小学生的难度。

首先我们要教软件建模，因为软件的熟练使用才能让小学生自由创作有了基础，而在软件中建模是最能锻炼学生空间思维的一个过程，因此是重点;我们还要让学生学会格式转换和自己动手打印，建模、转换和打印才是一个完整3D打印的过程;模型的后期处理，往往我们打印出来的模型是比较粗糙的，需要我们自己动手处理上色等;我们还需要开放课堂，让学生自主思考，发展孩子的创新性思维。

其次为了让课程更加适应小学生的思维模式，让课程以任务驱动教学，而不是技能单独学习。并且在一年的学习中让学生去掌握简单而常用的功能，同时结合我校的节日主题等将教学课程内容设计如下：

1.初识3D打印——了解3D打印技术

2.可爱的米奇——视角切换、移动的应用

3.小小火柴人——平移、旋轉的应用

4.兔子书签——直线和曲线的应用

5.创意花瓶——旋转成型的使用

6.个人印章——文本输入的学习应用

7.圣诞快乐——圣诞树装饰品制作

8.机器猫伴你行——机器猫的制作

9.小黄人来啦——小黄人制作

10.我是海贼王——海盗船的制作

11.HWFl 校园沙盘

二、六人社团打印课到年级普及校本课

我校的3D打印课从开始的六人兴趣小组到现在的校本课程普及课，孩子们一直保持着浓厚兴趣，除了课程设置的内容有趣外，主要原因在于3D打印其本身的性质分不开，需要学生的空间思维能力发展到一定高度。

六人兴趣小组的时候，孩子们一起在校园中观察学校建筑的结构，每位同学设计建模出来的学校建筑让作为老师的我们都感到了孩子的潜力无限。从模仿到自主创作，从两三个基础模型的堆叠到复杂的布尔运算阵列运用，思维的火花在碰撞。

在普及课上我调整课程的内容的设置，将课堂改为小组合作制，3人一组，共同协作完成一个项目，每个人负责项目中的不同部分，协调办公。同时我也尝试将机器人与3D打印融合。让三年级的同学也能尝试动手体验机器人课程。经过如此一改变，同学们都找到了适合自己的位置，发挥自己的最大作用。不仅提高了对3D课程的兴趣，课堂的项目完成度也非常高，基本每个小组都完成了要求的内容。

三、思索

3D打印技术可以让孩子们体验到最前沿的科技，也可以很好地将学生的想法具象化地表现出来，不像传统的信息技术，只能停留在思维的模拟中。3D打印技术配合合理的课程设计可以很好地激发孩子们创造力，将自己的想象力更加便捷直接地变为现实，成为一个可以很好地培养孩子创造性思维以及动手能力的平台。相信随着课程的延伸，孩子们能学到更多，对于自身能力的提升将更大。

从两年多的探索中，虽然孩子们学习到了3D打印的基础，设计出了不少优秀的作品，但是整体课程的设置还是很多的不足之处：

首先，3D打印机的数量少导致学生无法及时打印，使得整个课程中完整的打印过程被分割，效果比较差;其次，由于机器的不稳定性，经常会出现硬件故障，课堂的进度和效果大打折扣;第三，打印机精度不够，很多同学的复杂设计无法很好地打印呈现，在精度高的打印机出来之前，只能对学生设计的结构做一定的要求;第四，课堂时间过少，特别是软件需要学生去熟悉和掌握，一年的时间对于一些接受能力较弱的孩子，除了学习不够扎实外，容易造成学习积极性的打击，认为自己学不好，自信心容易受挫;第五，缺少一个完整明确的评价体系与标准，难以对创意性和生产精确性进行权衡，比如我对于一个花瓶，你可以设计得造型独特甚至是传统工艺所无法实现的，你也可以设计成一个美丽完美对称的传统花瓶，这个时候我们就很难给予评分，只能从两个维度进行比较。我认为在小学阶段，学生的学习还是以自主的创作为主，建立三维空间的概念。

2012 年 4 月，英国经济学家保罗·麦基里在《第三次工业革命》一文中，将 3D 打印技术誉为第三次工业革命的重要标志之一，引发了世人对 3D 打印技术的强烈关注。 3D 打印技术前景广阔，有机构预测它是一项革命性技术，将引领一个革命性时代的到来。美国新媒体联盟（NMC）在《地平线报告 2013 年（基础教育版）》中也指出，未来 4～5 年，3D 打印技术将成为主流趋势。

随着3D技术的不断升级和完善，其必将会合理地运用到不同的学科;在未来的发展中，也必将成为教育教学变革的一大助力。

【作者单位：杭州上海世界外国语小学  浙江】