3D打印在小学拓展课程中的实践应用

宋嘉亿

摘要：小学阶段的3D打印课应着重于学生的设计能力，包括想象力、创造潜能的激发，空间思维与逻辑思维的培养，还有细节的观察力等。可以从发现、解释、构思、实验和改进五个环节进行考虑。

关键词：3D打印  创客  拓展性课程

3D打印，被誉为“第三次工业革命”，是基于增材制造法原理的一种高新技术，是快速成形技术的延续与发展，实现3D打印技术的关键是打印机和3D打印自由成形工艺。3D打印机通过喷头来配送成形材料，按照设计的模型，讲材料一层层逐步喷射于工作台上，最终形成3D模型。

3D打印技术实现了“设计即生产”的创想，具有快速生成的特点，不但能够实现从零件设计到整体设计的跨越，而且所“打印”的产品，较之传统方法所生产的产品具有更强的稳固性、更精密的结构，支持更有创意的设计与生成，因此近年来在机械制造、生物医药、建筑设计、艺术创造等多个领域受到越来越多的关注，也渐渐走入了中小学的课堂。

一、3D打印技术在小学教育中的现状

（1）硬件条件参差不齐。3D打印无疑是一门对硬件设备要求很高的课程，要开展课程，最基本的配备包括：3D打印机（一台或多台）、打印所需耗材以及相关的加工工具。市面上的3D打印机根据精度不同价格也不同，但总体来说价格较高，而且打印物品所需的耗材需要不断补充，基本上同一个作品需要打印多次才能成功。况且，不同地区对于新兴技术在小学教学中应用的重视程度不同，同一地区不同学校情况也不尽相同，导致经验无法共享。

（2）软件选择五花八门。3D打印的模型，需要在建模软件中先设计好形状与比例，再进行打印前的切片，如何才能进行打印。社会对于3D打印的敏锐度很高，一时间各种各样的建模软件如雨后春笋般涌出，有些老师会出现无法抉择的情况。

（3）教师素质有待提高。3D打印是新兴技术，大部分中小学教师也仍旧处于学习阶段，教学手段和目的仍处于浅表阶段，大部分课程都是老师学习如何制作，然后教授如何制作，最后由学生模仿制作。

二、3D打印在小学教学中的教学目的

小学阶段的3D打印课应着重于学生的设计能力，包括想象力、创造潜能的激发，空间思维与逻辑思维的培养，还有细节的观察力等。它应致力于打通学生的想象世界、虚拟世界和现实世界三个维度，使学生自由地将脑海中的奇思妙想最大程度地展现出来。当然，这一教学目的的实现需要以熟练运用建模软件为基础。

三、3D打印社团课设计框架

在3D打印社团课堂中，设计软件和3D打印机是技术基础，想象、创造和设计构成了核心要素。所以社团课的教学过程，可以从发现、解释、构思、实验和改进五个环节进行考虑。

发现：学生有意识地观察生活中的事物，落实到细节，对物品有一个基本的结构划分，同时预测设计作品可能会出现的问题，明确限制条件。善于利用网络资源，搜集、辨识关键信息。

解释：在团队中表达自己的想法，整理问题，提出可行的解决和调整方案。在表达自己想法的时候，要注意语言简洁精炼，重点突出自己的创新点，并能够聆听队友的设计想法，取长补短，完善自己的想法。

构思：团队成员一起制作草图，拟定最佳设计方案。

实验：开始制作3D模型，在制作中明确分工，及时整理反馈意见，及时调整解决问题。

反思：一次设计完成后，及时总结所遇到的问题、原因及解决方式，作为自己和他人的参考。

3D打印社团教学的教学内容框架设计如下：（笔者在教学中使用的是123D Design。这是一款免费的3D CAD工具，可以使用一些简单的图形来设计、创建、编辑三维模型，或者在一个已有的模型上进行修改。123D Design打破了常规专业CAD软件从草图生成三维模型的建模方法，提供了一些简单的三维图形，通过对这些简单图形的堆砌和编辑生成复杂形状。这种‘傻瓜式的建模方式感觉像是在搭积木，使学生能随心所欲地建模。）

课时

内容

1

展示3D打印作品，解释3D打印流程及原理，介绍硬件的操作方法，学习软件的安装操作、基本功能的实现。

2-5

学习基本功能操作，练习调整位置的精确度和熟练度

5-15

根据老师提出的开放式题目，分组自主设计作品

15以后

观察生活，选择自己最想做的内容，团队合作制作并展示成果。

四、教学设计案例——基本操作，做个糖葫芦

教学目标：认识界面，菜单，视图工具，学会调整视角，移动物体，缩放物体，对齐物体，吸附工具。

教学重点：基本几何体菜单，学会利用现有基本几何体建模。

1、认识界面

关闭教程或点下方的Start a New Preject，开始新项目。界面就是这样，三部分：上面一行图标，右边一条图标，中间一个淡蓝色的坐标（pan，就是工作台，默认的参考平面），有X轴和Y轴。

菜单和视图工具均为图标，方便记忆。

2、放入物體

开始工作，放几个物体到台上。点击基本几何体（Primitives），左边九个立体的，右边四个平面的。

点中左边任一个，松开鼠标，再在蓝色的工作台上（pan）再点一下，就进来了，把立体的一个个点进来：点进来的物体，都放在台上，都是贴紧台面放的。

3、移动物体

按住鼠标左键拖动小球，一个挨一个，排成一条直线：真的一个挨一个站在一条直线上了吗？不一定！我们是画三维图，可是电脑屏幕是平面的（二维），所以我们看到的只是一个角度，这个角度看是站在一条直线，换个角度就不一定了。

4、工作面操作

工作面操作集中在中键和右键按住中键拖动鼠标，就能平移台面，滚动中键，就能缩放视图，按住右键，拖动鼠标，就能改变视角。

5、缩放物体

点击菜单Transform（变换），点击子菜单Scale（缩放），出现一个箭头，拖动它，就能放大缩小;可以，仔细看点中缩放后的对话框;其实是有选项的，点击第一个小三角：Uniform（按比例），Non-uniform（不按比例）。默认是按比例缩放的。选中不按比例后，就可以单方向拉伸。建议先按比例整体拉小，再单独拉高。

6、全方位移动

点击菜单Transform（变换），点击子菜单Move/Rotate（移动/旋转），再在圆柱体上点击，出现三个箭头、三个小方块和白色圆点，还有三个带双箭头的小圆圈。

三个箭头： 拖动它们，可以在X、Y、Z三个方向移动物体。、三个小方块：拖动它们，可以在XY、YZ、ZX三个面内移动物体。

白色圆点： 拖动它可以在任意方向移动物体。

三个带双箭头的小圆圈： 拖动它们，可以绕X、Y、Z轴转动物体。

7、保存

把光标移到左上角，就会出现下拉菜单，点Save To my computer（保存到我的电脑）