3D打印课堂教学的研究与实施
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摘要：随着时代进步，3D打印技术已经逐渐深入到我们生活的各个方面，3D打印这一项创新型的新兴技术，成为培养学生创新能力的重要手段。为加快3D打印在我校的普及，培养学生浓厚的学习兴趣，结合“灵动创客”社团活动，笔者进行了“3D打印入课堂”教学探索。文章从3D打印在教育领域中的实际应用着手，分析当前现状，着力研究有效的课堂实施策略，努力提供多样化的学习资源，培养学生的空间思维能力和动手能力，让学生的想象变成现实，让教师的教学更加立体。
关键词：3D打印;课堂教学;教学策略
一、“软硬兼施”打印实物，激发学生创作热情
广州市各区中小学一直在尝试开设3D设计课程，但由于硬件设施的配备和软件的难度与不易操作性，学生无法全程体验3D设计的过程。针对以上情况，我校于2017年购买了两台3D打印机，授课教师先做学生创意的加工厂，通过自学一到两款3D打印建模软件，利用平时休息时间，根据教学内容设计并打印出不同的实体模型。在第一节3D打印课，教师为学生介绍3D打印机工作原理时，在3D打印实物展台前边讲边演示，同时与学生互动，让学生在发放的图纸上画出自己喜爱的各种图形，并挑选个别学生绘制的作品现场操作，将学生设计的绘画作品转化成3D打印的实物，让学生见证自己的绘画作品转眼间就变成3D打印实实在在的物品，让他们感到3D打印的奇妙之处。这大大鼓舞了学生的创作热情，为以后的3D打印学习打下了坚实的基础。
二、利用新型微课技术引导学生自学
3D打印技术跟以往的学习有所不同，它需要学生具有一定的三维空间思考能力，因此，利用新型微课技术，对学生学习3D打印技术有很大的帮助。课堂上，学生利用学习设备观看课前教师准备好的微课视频，通过简练的语言和清晰的教学步骤，了解3D打印模型的制作过程，很容易就掌握了制作方法。对于学习的重难点，学生还可以反复观看，边观看边操作，直到突破难点，掌握重点为止。由于微课视频都是由专业的教师录制，微课全过程经过反复推敲，能达到让学生学习速度快、效率高的效果。利用微课进行教学，能够克服教师在教学过程中出现的突发问题，不会因为设备、学生等主客观因素而影响教学进程，达到教和学的无缝连接。尤其是微课基本由名师制作，语言、体态和内容控制上都能处于最优化状态，学生学习起来必然得心应手，事半功倍。在《俄罗斯套娃——图形的旋转和复制》这一课中，笔者根据本课的重难点，制作了两个微课，分别是图形的旋转和图形的复制。每一个微课里，除了有清晰具体的操作步骤以外，还在操作过程中的难点做了标识，容易操作错误的地方做了讲解，微课结束时进行了简单的文字归纳，让学生形成清晰的思路，更快掌握学习内容。
三、鼓励学生合作交流，探究学习
（一）合理分组
由于3D打印创客课程对小学生而言，有一定的难度，因此合理分组是开展小组合作探究学习的一个很重要的环节，教师应当充分考虑小组里面每一位学生的实际情况，把分别具有观察能力、操作能力、理解能力的学生合理安排，考虑优等生、中等生和后进生的情况科学分配，尽可能提高学习效率。总的来说，就是必须把小组内的各方面能力平衡好，优化小组结构。因此，在探究学习的过程中，就能形成能力强弱互补，相互带动，充分发挥学生各方面的能力特长，避免出现后进生遇到困难就停滞不前的现象，真正提高学习效率。在《新型文具》这一课中，笔者巧妙、合理地分配不同特长的学生，有的学生动手能力强，有的学生擅长形象设计等，他们设计出来的桌椅、笔盒、橡皮等等，都有出乎意料的效果。
（二）巧妙分配学习任务
3D打印课堂学习跟常规的课堂学习有所不同，除了三维空间难度大以外，知识难点能否有效突破，是整个作品的建模是否成功的关键，因此，巧妙分配学习任务在开展小组合作探究学习的过程中显得尤为重要。在整个3D打印校本课程体系里，每个学习内容都安排了三到四个任务，根据每一节课的学习特点及学生的学习状态，合理配置难度不同的学习任务顺序。另外，教师应该考虑学生的实际能力，设置每一项任务的难易程度。在《算盘》一课中，由于“阵列”这个知识点是难点，笔者就特意把这一学习任务安排在任务一，让学生有充足的时间和精力解决本课难点，剩下的任务是之前知识的迁移，学生可以触类旁通。可见，学习任务的巧妙分配也是整节课教学目标能否达成的关键。
（三）教师从旁指导，引导学生交流
在学生小组合作探究学习过程中，教师要从旁指导，引导学生发现问题，并找到解决问题的方法，尤其要把握好任务的导向，引导学生始终围绕本节课学习目标进行探究学习，以最快速度完成学习任务。同时，教师还要协调好小组内每一位学生的学习分工，让学生的特长淋漓尽致地发挥出来，从而提高整体学习效果。对探究学习中有进步的学生，要及时给予肯定，鼓励他们再接再厉，充分调动学生的积极性，形成你追我赶的良好学习氛围。在《创意设计》一课中，学生通过自己的思考，利用所学的知识，各组每一位学生都各抒己见，发挥各自丰富的想象力，如“水果拼盘”“太空飞船”“扫地机器人”等等，教师要充分肯定学生的创意，鼓励他们克服困难，引导他们寻求解决困难的办法。一节课下来，每个小组都完成了各自的作品，体现出探究学习的高效性。
四、教师点拨解难，扫清学习障碍
在3D打印校本课程中，我们选取简单实用的3DONE建模软件，学生操作起来容易实现二维向三维空间的转换。学生经过一段时间的学习，对基本形状的缩放、旋转、平移、平视、侧视、仰视、俯视等角度的操作已经基本掌握，但在建立起三维空间的造型视线，完成物品的软件模型构建过程中，也许会遇到不同程度的困难。这时就需要教师答疑解难，一一订正综合课堂上学生出现的问题，尤其是全班没有一个学生能够解答的问题，教師要及时讲解，系统了解本课的知识结构，有利于扫清学生在学习本课内容的障碍，为后面的学习环节打下坚实的基础。如在《卡丁车》这一课中，学生只看到卡丁车整体的造型，不知道各部件之间如何搭建，制作起来十分困难。这时，教师就需要把整体模型进行拆解，让学生了解各部分构造，用不同视图展现在学生面前，拓展学生的思维，激发学生的创作灵感，同时提高课堂的效率。
五、发挥学生想象，立意创作
创作源于生活，只要设计出模型，就可以通过3D打印机实现。3D打印课程的一个重要环节是打印模型，也就是把人的创意和设计打印成实物。要想打印出栩栩如生、富有立体感的实物，学生必须发挥创意和想象力，了解平常生活中接触的立体实物，运用学过的知识，设计各种各样的概念汽车、玩具小动物、智能机器人、创意搭建、宇宙飞船、智能家居、玩具等。学生接触得越多日常生活中的实物，想象力越丰富，创作出的作品就越形象生动，因此，更能让学生升华学习内容，很好地完成该节课的学习目标。
3D打印课程实施以来，学生课堂上爱学乐学，利用课余时间设计的模型多次获得市区的多个奖项，是我校“灵动创客”社团的重要组成部分，已经逐渐显现出其教育价值，学生的创新意识、创新思维和创新能力得到了很大的提高。3D打印课堂具有“理想变现实”的独有特点，能够把学生的创意变成实实在在的作品，使学生在课堂上获得成功感、愉悦感，成为激发学生的学习兴趣及内在的驱动力。今后，我们将继续探索3D打印创新课堂教学，提高教学效率、丰富教学手段，满足个性化学习、培养创新能力，通过3D打印课堂引导学生由简单的创意设计向更广阔的领域延伸。
参考文献
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[3]臧珊珊.面向创客教育的小学3D打印立体化教材的设计与开发研究[D].深圳：深圳大学，2017.
[4]杨三艳，李艳.浅谈3D打印技术在机械类课程教学中的应用[J].职业教育研究，2014（10）.
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