提高3D打印技術(shù)課堂教學(xué)效率的實(shí)踐研究

侯佳軼

【摘要】3D打印技術(shù)不僅能培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、獨(dú)立思考能力、動(dòng)手能力，而且能培養(yǎng)學(xué)生求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和堅(jiān)韌的探究精神。本文認(rèn)為通過(guò)讓學(xué)生主動(dòng)加入到饒有興趣的學(xué)習(xí)中來(lái)；為不同的學(xué)生搭建學(xué)習(xí)架構(gòu)，促進(jìn)學(xué)生的適宜性學(xué)習(xí)；激勵(lì)學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作中共同完成任務(wù)以及為學(xué)生們提供表達(dá)的機(jī)會(huì)，讓成果得到分享等策略，可以有效提高3D打印技術(shù)課堂教學(xué)效率。

【關(guān)鍵詞】3D打印技術(shù) 虛擬模型 教學(xué)效率

【中圖分類號(hào)】G71 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）40-0232-01

隨著新興技術(shù)的發(fā)展，3D打印技術(shù)在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域已悄然興起。3D打印技術(shù)學(xué)術(shù)上又稱“添加制造”（additive-manufacturing）技術(shù)，是一種與傳統(tǒng)的材料加工方法截然相反，基于三維 CAD 模型數(shù)據(jù)，通過(guò)增加材料逐層制造的方式。它不僅能培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、獨(dú)立思考能力、動(dòng)手能力，而且能培養(yǎng)學(xué)生求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和堅(jiān)韌的探究精神。學(xué)生們?cè)趯W(xué)習(xí)使用先進(jìn)建模軟件的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮空間創(chuàng)想能力，制作出一個(gè)個(gè)富有個(gè)性的模型，并親手使用3D打印機(jī)將虛擬模型變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的物體。

在中小學(xué)開(kāi)設(shè)3D打印技術(shù)課程，有利于增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維和跨學(xué)科思維，有助于提升學(xué)生的實(shí)踐能力。那么，如何才能提高3D打印技術(shù)課堂教學(xué)的效率呢？筆者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的探索與實(shí)踐，提出以下策略。

一、讓學(xué)生主動(dòng)加入到饒有興趣的學(xué)習(xí)中來(lái)。

在開(kāi)展3D打印技術(shù)教學(xué)的過(guò)程中，學(xué)校可以根據(jù)學(xué)生的興趣、年齡特點(diǎn)及學(xué)習(xí)能力采取學(xué)生自主選課的方式進(jìn)行。同時(shí)，改變以往二維平面所進(jìn)行的展示，以及單純依靠想象、理解或死記硬背的方式獲取知識(shí)。為了吸引學(xué)生們的興趣，我們可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，錄制微課程PPT，運(yùn)用簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言，明朗的畫(huà)面，將學(xué)生帶入3D打印技術(shù)的殿堂，使3D打印技術(shù)的概念和知識(shí)立體化、具體化、可視化，幫助學(xué)生擺脫對(duì)抽象概念和知識(shí)的空想，促進(jìn)他們?nèi)胬斫庵R(shí)并激發(fā)他們的求知欲。學(xué)生們被3D打印技術(shù)提供便捷性的技術(shù)支持以及賦予想象力和創(chuàng)造力的立體模型深深吸引，樂(lè)于參與這種創(chuàng)造性活動(dòng)。教學(xué)中我們還設(shè)計(jì)了每節(jié)課后的小任務(wù)，讓學(xué)生們利用網(wǎng)絡(luò)或科技雜志等媒介，主動(dòng)去搜集3D打印技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，這樣的活動(dòng)設(shè)計(jì)極大吸引了學(xué)生們，充分發(fā)揮了他們的主觀能動(dòng)性，促進(jìn)了他們自主選擇性學(xué)習(xí)能力的形成。

二、為不同的學(xué)生搭建學(xué)習(xí)架構(gòu)，促進(jìn)學(xué)生的適宜性學(xué)習(xí)

3D打印技術(shù)課程要面對(duì)小學(xué)、初中、高中三個(gè)學(xué)段的學(xué)生，且學(xué)生水平與能力參差不齊，甚至相同年齡的不同學(xué)生個(gè)體也是有差異的，所以要針對(duì)不同的學(xué)生設(shè)計(jì)多層次的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)難點(diǎn)，僅以小學(xué)段為例：學(xué)生年齡小，注意力集中時(shí)間短，活潑好動(dòng)，針對(duì)這個(gè)階段學(xué)生的年齡特點(diǎn)，教師要充分發(fā)掘他們的興趣，根據(jù)他們的能力設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)，首先讓他們愛(ài)上畫(huà)圖，畫(huà)圖無(wú)需尺寸，只要他們能夠?qū)W(xué)過(guò)圖形的簡(jiǎn)單繪制出來(lái)就可以。因此我們對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新架構(gòu)，設(shè)置了很多有趣的卡通簡(jiǎn)筆畫(huà)，并且在開(kāi)始時(shí)不對(duì)尺寸作要求，小學(xué)生們就像畫(huà)畫(huà)一樣操作著鼠標(biāo)，繪制出五角星、燈籠、小卡車(chē)、小黃人、卡通女孩等。隨著工具的使用日益熟練，他們自己就會(huì)在畫(huà)圖時(shí)發(fā)現(xiàn)為什么他畫(huà)的圖形和其他同學(xué)的大小不一樣。這時(shí)，教師再借機(jī)為他們介紹尺寸的重要性，在每次繪制完一幅圖之后，進(jìn)行展示、評(píng)比，適時(shí)給與表?yè)P(yáng)、獎(jiǎng)勵(lì)。孩子們的興趣被激發(fā)出來(lái)，創(chuàng)作的欲望更加強(qiáng)烈。相對(duì)于小學(xué)生，初中生的知識(shí)儲(chǔ)備量更大，數(shù)學(xué)、幾何知識(shí)水平更高，在教學(xué)設(shè)計(jì)上可以給他們更大的自學(xué)空間。在教學(xué)過(guò)程中，當(dāng)他們完成相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)之后，鼓勵(lì)他們超水平創(chuàng)意發(fā)揮。這樣學(xué)生被一步步引領(lǐng)著設(shè)計(jì)出自己喜歡的模型，在一次次成功中體驗(yàn)著3D打印技術(shù)帶來(lái)的學(xué)習(xí)樂(lè)趣。

三、激勵(lì)學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作中共同完成任務(wù)

3D打印技術(shù)看似是個(gè)性化的體現(xiàn)，但也需要團(tuán)隊(duì)協(xié)作才能完成。我們將2到4名學(xué)生編成一個(gè)小組，組員之間分工明確，如團(tuán)隊(duì)中有小設(shè)計(jì)師，負(fù)責(zé)創(chuàng)意設(shè)計(jì)，進(jìn)行草圖的繪制，監(jiān)理設(shè)計(jì)模型與設(shè)計(jì)初衷是否一致，總體協(xié)調(diào)；有小工程師，負(fù)責(zé)軟件模型制作，擅長(zhǎng)操作軟件，根據(jù)設(shè)計(jì)者的圖紙完成作品；有小模型制作師，負(fù)責(zé)操作3D打印機(jī)，將虛擬模型變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，并用工具將模型打磨干凈。在整個(gè)操作過(guò)程中，小組成員一同構(gòu)思、一同設(shè)計(jì)、一同打印，共同完成一個(gè)創(chuàng)意作品。當(dāng)他們?cè)谀骋画h(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，小組成員就會(huì)協(xié)商、研究問(wèn)題來(lái)自于哪里，怎樣調(diào)整，這時(shí)教師作為觀察者，觀察他們解決問(wèn)題的過(guò)程，并適時(shí)給予指導(dǎo)。當(dāng)他們完成作品時(shí)，他們能充分體會(huì)到團(tuán)隊(duì)合作帶來(lái)的喜悅。

四、為學(xué)生們提供表達(dá)的機(jī)會(huì)，讓成果得到分享

每一名學(xué)生都是天生的設(shè)計(jì)師、富有思想的演說(shuō)家，我們要充分發(fā)揮學(xué)生們的潛力，抓住各種機(jī)會(huì)讓學(xué)生們表達(dá)自己或者團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)以及創(chuàng)作的想法。如：在學(xué)生們分組完成作品后，每組學(xué)生要派出代表對(duì)本組設(shè)計(jì)的作品進(jìn)行講解，當(dāng)學(xué)生們天馬行空的想象通過(guò)3D打印實(shí)現(xiàn)后，表達(dá)的愿望會(huì)很濃，此時(shí)教師需要做的就是一方面充分滿足學(xué)生們表達(dá)的愿望；另一方面讓學(xué)生之間分享過(guò)程和成果。當(dāng)學(xué)生代表站到臺(tái)上，將設(shè)計(jì)圖、三維模型、打印實(shí)體模型展現(xiàn)在同學(xué)與老師的面前時(shí)，教師要鼓勵(lì)他們介紹自己設(shè)計(jì)的想法，讓同伴都明白設(shè)計(jì)意圖。在交流的過(guò)程中，每一位同學(xué)都能夠汲取他人設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)與技巧，學(xué)生們?cè)谧约航榻B作品的過(guò)程中同樣鞏固了知識(shí)，總結(jié)了3D打印的模型作品與當(dāng)初設(shè)計(jì)的差別，為將來(lái)設(shè)計(jì)、打印出更完美的模型積累了經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)更重要的是保持了學(xué)生們持久的創(chuàng)作欲望。

“心之所向，身之所往”作為一項(xiàng)新型的技術(shù)，3D打印技術(shù)不僅蘊(yùn)含著巨大的科技魅力，而且蘊(yùn)含著巨大的教育潛能，只要我們?cè)诮虒W(xué)中能有效地加以整合利用，必將能夠促進(jìn)學(xué)生全面而有個(gè)性的發(fā)展。

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