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3D打印教学的实践探索

作者:未知

  3D打印是快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可黏合材料,通過逐层打印的方式来构造物体的技术。为了让学生更好地学习建模软件,快速掌握3D设计的基本方法,笔者选择3D one 作为学习软件,并在六年级中开设3D打印校本课程,让学生近距离地感受到前沿的科技,立足信息技术学科素养,培养学生的计算思维和创新精神。
  一、3D打印引领潮流,教育理论奠定基础
  (一)基于设计的学习(DBL)
  基于设计的学习是由国外引入的一种较为新型的学习方式,英文为Design-based Learning。基于设计的学习精髓在于“设计”。在基于设计的学习中,学生增强了自己的动手设计能力,也锻炼了交流协作能力,培养互帮互助的优良品质。在3D建模学习过程中,学生运用技术化手段进行模型的设计,通过实体化的作品来验证设计的合理性,不断地自我检查和完善,最终解决生活中的实际问题。
  (二)六步半模型(BT)
  美国加州理工大学的多林·尼尔森教授以DBL教学理念为基础,搭建了逆向思维模型。他将教育过程分解为六步加半步,特点是设计了一个半步的环节,在将基础性知识传授结束后,提出一个学生从未见过的挑战(半步),以挑战为出发点,教师引导学生战胜挑战,解决问题。
  综上,基于设计的学习理念和3D打印的学习非常契合。将3D打印引入信息技术教学,鼓励学生运用3D打印技术提出问题的多种解决方案并进行对比、修正出最优方案,最终通过3D打印机实现三维模型的输出打印。学生充分体验到将想象、创意变为现实的过程,享受到一个作品从无到有的过程,获得满足感和成就感。
  二、实践探索真知,构建课堂教学模式
  (一)教学模型初探
  逆向思维模型的六步半提供了值得借鉴的教学步骤,教师在教学之初提出学习的主题,通过问题的方式继而提出一个全新的挑战任务,学生围绕挑战展开合作学习,在组内进行规划设计三维模型,共同挑战创造一个有形的实物。随后,师生在互动的氛围中展示与欣赏作品,同时也激励了学生动脑思考问题、动手将想象变成实践的勇气,激发学生创造的天性。笔者经过实践探索,设计了适合3D打印课程教学的BT 模型。
  (二)教学案例展示
  以《3D美味冰激凌》这一节课为例,笔者采取BT教学模式,具体教学环节设计展示如下:
  教学过程的主要环节:
  (1)确定教学主题(教什么)
  教师播放多媒体视频,展现冰激凌的制作过程,提出本节课的设计主题。
  (2)确定教学问题(提出挑战)
  学生通过网络查阅资料,了解冰激凌的发展历史和常见冰激凌的造型。教师展现图片以及实物模型,学生进行观察与思考。在此基础上教师进一步提出挑战任务:小组合作,设计一款独特的冰激凌模型,参加冰激凌博物馆的展览。此环节的设计极大地激发了学生动手实践的欲望,积极地参与到挑战任务中去。
  (3)确定设计的标准(规范设计要求)
  师生共同制定一个基本的作品评价标准,标准的制定需要在学生已有知识经验的基础之上,并在教师的指导下进行制定。评价量表的制定需要得到师生的认可,方便后续开展作品的评价。
  (4)学生实践操作(学生合作设计模型)
  冰激凌分为蛋筒和奶油两个部分。学生在小组间讨论、研究,掌握冰激凌最基本的模型构造,并商讨出想要设计的模型创新点,制定冰激凌三维模型的设计方案。学生在学习单上绘画简单的设计图,并确定尺寸以及可能运用到的3D one 软件中的工具。学生在3D one中进行冰激凌模型的操作与设计。
  (5)教师巡视指导(帮助指导、展评作品)
  教师在学生操作过程中进行巡视,提供指导与帮助。教师提供微视频供学生参考学习。各小组完成模型设计后进行作品的展示,师生对照评价标准进行作品的点评,提出作品的优缺点以及改进的建议。
  在作品呈现环节,可分为两个部分,一个是3D one软件中设计的模型;另一个是通过3D打印机输出的实物作品。实物作品的展评要根据学校的实际情况,安排到第二或后续课时中进行。这对于学生的3D打印课程学习是极大的肯定,也是最为直接的检验方式。
  (6)修改完善、总结反思(加深挑战印象)
  小组成员选择性地采纳大家的修改意见,再次在3D one 软件中修改完善模型设计,并将其放到清晓科技公司的FDM 3D打印机中进行打印。学生将打印出的冰激凌实物进行展览,师生欣赏成果作品。学生将冰激凌的模型文件上传到3D one社区,可获得“豌豆”和“创意值”。
  三、携手创想未来,共筑3D梦想
  3D打印为学校开展STEAM教育提供了让创意物化的技术支持。学生在进行3D打印技术创作的过程中,提高了创新能力和动手实践能力。
  1.增强有趣的学习体验。3D打印课程的学习让学生在操作技能上得到锻炼,也增加了接触实物模型的机会。实物模型给学生提供了真实的切身感受,让他们体验到学习的乐趣。学生通过设计模型并将其实体化来验证自己的设计是否符合要求,并在实践中不断地完善作品,激发创意灵感。
  2.丰富创新思维和设计创造力。3D打印技术是从二维平面思维到三维立体思维的拓展,在设计的过程中,学生的空间想象力得到了延伸和发展。学生在设计的过程中,需要不断地调整参数,计算机生成的图形也在发生尺寸、距离、形状等各种变化。这在无形中就锻炼了学生观察力、数字感知力、空间感和创新思维等。
  3.促进创客教育的探索。创客教育打破了学科之间的壁垒,融合多学科领域的知识,着重培养具有综合能力的工程师精神。3D打印的学习有助于师生在设计中融入创客理念,将创意转化为现实,实现真正的“教”“学”“做”合一。3D打印点燃了学生的创客热情,让无数的思想火花进行碰撞,让无数个创意变为现实。
  我相信,通过广大教育者的不懈探索和努力,3D打印将会走进更多的中小学校园,提升3D打印技术在教育领域的价值,培养越来越多的“工匠”“创客家”。
  【作者单位:南市京栖霞区实验小学江苏】
论文来源:《小学科学·教师版》 2019年3期
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