宋嘉億

摘要：小學(xué)階段的3D打印課應(yīng)著重于學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，包括想象力、創(chuàng)造潛能的激發(fā)，空間思維與邏輯思維的培養(yǎng)，還有細(xì)節(jié)的觀察力等?？梢詮陌l(fā)現(xiàn)、解釋、構(gòu)思、實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)五個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行考慮。

關(guān)鍵詞：3D打印? 創(chuàng)客? 拓展性課程

3D打印，被譽(yù)為“第三次工業(yè)革命”，是基于增材制造法原理的一種高新技術(shù)，是快速成形技術(shù)的延續(xù)與發(fā)展，實(shí)現(xiàn)3D打印技術(shù)的關(guān)鍵是打印機(jī)和3D打印自由成形工藝。3D打印機(jī)通過(guò)噴頭來(lái)配送成形材料，按照設(shè)計(jì)的模型，講材料一層層逐步噴射于工作臺(tái)上，最終形成3D模型。

3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“設(shè)計(jì)即生產(chǎn)”的創(chuàng)想，具有快速生成的特點(diǎn)，不但能夠?qū)崿F(xiàn)從零件設(shè)計(jì)到整體設(shè)計(jì)的跨越，而且所“打印”的產(chǎn)品，較之傳統(tǒng)方法所生產(chǎn)的產(chǎn)品具有更強(qiáng)的穩(wěn)固性、更精密的結(jié)構(gòu)，支持更有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)與生成，因此近年來(lái)在機(jī)械制造、生物醫(yī)藥、建筑設(shè)計(jì)、藝術(shù)創(chuàng)造等多個(gè)領(lǐng)域受到越來(lái)越多的關(guān)注，也漸漸走入了中小學(xué)的課堂。

一、3D打印技術(shù)在小學(xué)教育中的現(xiàn)狀

（1）硬件條件參差不齊。3D打印無(wú)疑是一門對(duì)硬件設(shè)備要求很高的課程，要開展課程，最基本的配備包括：3D打印機(jī)（一臺(tái)或多臺(tái)）、打印所需耗材以及相關(guān)的加工工具。市面上的3D打印機(jī)根據(jù)精度不同價(jià)格也不同，但總體來(lái)說(shuō)價(jià)格較高，而且打印物品所需的耗材需要不斷補(bǔ)充，基本上同一個(gè)作品需要打印多次才能成功。況且，不同地區(qū)對(duì)于新興技術(shù)在小學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的重視程度不同，同一地區(qū)不同學(xué)校情況也不盡相同，導(dǎo)致經(jīng)驗(yàn)無(wú)法共享。

（2）軟件選擇五花八門。3D打印的模型，需要在建模軟件中先設(shè)計(jì)好形狀與比例，再進(jìn)行打印前的切片，如何才能進(jìn)行打印。社會(huì)對(duì)于3D打印的敏銳度很高，一時(shí)間各種各樣的建模軟件如雨后春筍般涌出，有些老師會(huì)出現(xiàn)無(wú)法抉擇的情況。

（3）教師素質(zhì)有待提高。3D打印是新興技術(shù)，大部分中小學(xué)教師也仍舊處于學(xué)習(xí)階段，教學(xué)手段和目的仍處于淺表階段，大部分課程都是老師學(xué)習(xí)如何制作，然后教授如何制作，最后由學(xué)生模仿制作。

二、3D打印在小學(xué)教學(xué)中的教學(xué)目的

小學(xué)階段的3D打印課應(yīng)著重于學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，包括想象力、創(chuàng)造潛能的激發(fā)，空間思維與邏輯思維的培養(yǎng)，還有細(xì)節(jié)的觀察力等。它應(yīng)致力于打通學(xué)生的想象世界、虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界三個(gè)維度，使學(xué)生自由地將腦海中的奇思妙想最大程度地展現(xiàn)出來(lái)。當(dāng)然，這一教學(xué)目的的實(shí)現(xiàn)需要以熟練運(yùn)用建模軟件為基礎(chǔ)。

三、3D打印社團(tuán)課設(shè)計(jì)框架

在3D打印社團(tuán)課堂中，設(shè)計(jì)軟件和3D打印機(jī)是技術(shù)基礎(chǔ)，想象、創(chuàng)造和設(shè)計(jì)構(gòu)成了核心要素。所以社團(tuán)課的教學(xué)過(guò)程，可以從發(fā)現(xiàn)、解釋、構(gòu)思、實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)五個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行考慮。

發(fā)現(xiàn)：學(xué)生有意識(shí)地觀察生活中的事物，落實(shí)到細(xì)節(jié)，對(duì)物品有一個(gè)基本的結(jié)構(gòu)劃分，同時(shí)預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)作品可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，明確限制條件。善于利用網(wǎng)絡(luò)資源，搜集、辨識(shí)關(guān)鍵信息。

解釋：在團(tuán)隊(duì)中表達(dá)自己的想法，整理問(wèn)題，提出可行的解決和調(diào)整方案。在表達(dá)自己想法的時(shí)候，要注意語(yǔ)言簡(jiǎn)潔精煉，重點(diǎn)突出自己的創(chuàng)新點(diǎn)，并能夠聆聽(tīng)隊(duì)友的設(shè)計(jì)想法，取長(zhǎng)補(bǔ)短，完善自己的想法。

構(gòu)思：團(tuán)隊(duì)成員一起制作草圖，擬定最佳設(shè)計(jì)方案。

實(shí)驗(yàn)：開始制作3D模型，在制作中明確分工，及時(shí)整理反饋意見(jiàn)，及時(shí)調(diào)整解決問(wèn)題。

反思：一次設(shè)計(jì)完成后，及時(shí)總結(jié)所遇到的問(wèn)題、原因及解決方式，作為自己和他人的參考。

3D打印社團(tuán)教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容框架設(shè)計(jì)如下：（筆者在教學(xué)中使用的是123D Design。這是一款免費(fèi)的3D CAD工具，可以使用一些簡(jiǎn)單的圖形來(lái)設(shè)計(jì)、創(chuàng)建、編輯三維模型，或者在一個(gè)已有的模型上進(jìn)行修改。123D Design打破了常規(guī)專業(yè)CAD軟件從草圖生成三維模型的建模方法，提供了一些簡(jiǎn)單的三維圖形，通過(guò)對(duì)這些簡(jiǎn)單圖形的堆砌和編輯生成復(fù)雜形狀。這種‘傻瓜式的建模方式感覺(jué)像是在搭積木，使學(xué)生能隨心所欲地建模。）

課時(shí)

內(nèi)容

1

展示3D打印作品，解釋3D打印流程及原理，介紹硬件的操作方法，學(xué)習(xí)軟件的安裝操作、基本功能的實(shí)現(xiàn)。

2-5

學(xué)習(xí)基本功能操作，練習(xí)調(diào)整位置的精確度和熟練度

5-15

根據(jù)老師提出的開放式題目，分組自主設(shè)計(jì)作品

15以后

觀察生活，選擇自己最想做的內(nèi)容，團(tuán)隊(duì)合作制作并展示成果。

四、教學(xué)設(shè)計(jì)案例——基本操作，做個(gè)糖葫蘆

教學(xué)目標(biāo)：認(rèn)識(shí)界面，菜單，視圖工具，學(xué)會(huì)調(diào)整視角，移動(dòng)物體，縮放物體，對(duì)齊物體，吸附工具。

教學(xué)重點(diǎn)：基本幾何體菜單，學(xué)會(huì)利用現(xiàn)有基本幾何體建模。

1、認(rèn)識(shí)界面

關(guān)閉教程或點(diǎn)下方的Start a New Preject，開始新項(xiàng)目。界面就是這樣，三部分：上面一行圖標(biāo)，右邊一條圖標(biāo)，中間一個(gè)淡藍(lán)色的坐標(biāo)（pan，就是工作臺(tái)，默認(rèn)的參考平面），有X軸和Y軸。

菜單和視圖工具均為圖標(biāo)，方便記憶。

2、放入物體

開始工作，放幾個(gè)物體到臺(tái)上。點(diǎn)擊基本幾何體（Primitives），左邊九個(gè)立體的，右邊四個(gè)平面的。

點(diǎn)中左邊任一個(gè)，松開鼠標(biāo)，再在藍(lán)色的工作臺(tái)上（pan）再點(diǎn)一下，就進(jìn)來(lái)了，把立體的一個(gè)個(gè)點(diǎn)進(jìn)來(lái)：點(diǎn)進(jìn)來(lái)的物體，都放在臺(tái)上，都是貼緊臺(tái)面放的。

3、移動(dòng)物體

按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)小球，一個(gè)挨一個(gè)，排成一條直線：真的一個(gè)挨一個(gè)站在一條直線上了嗎？不一定！我們是畫三維圖，可是電腦屏幕是平面的（二維），所以我們看到的只是一個(gè)角度，這個(gè)角度看是站在一條直線，換個(gè)角度就不一定了。

4、工作面操作

工作面操作集中在中鍵和右鍵按住中鍵拖動(dòng)鼠標(biāo)，就能平移臺(tái)面，滾動(dòng)中鍵，就能縮放視圖，按住右鍵，拖動(dòng)鼠標(biāo)，就能改變視角。

5、縮放物體

點(diǎn)擊菜單Transform（變換），點(diǎn)擊子菜單Scale（縮放），出現(xiàn)一個(gè)箭頭，拖動(dòng)它，就能放大縮小;可以，仔細(xì)看點(diǎn)中縮放后的對(duì)話框;其實(shí)是有選項(xiàng)的，點(diǎn)擊第一個(gè)小三角：Uniform（按比例），Non-uniform（不按比例）。默認(rèn)是按比例縮放的。選中不按比例后，就可以單方向拉伸。建議先按比例整體拉小，再單獨(dú)拉高。

6、全方位移動(dòng)

點(diǎn)擊菜單Transform（變換），點(diǎn)擊子菜單Move/Rotate（移動(dòng)/旋轉(zhuǎn)），再在圓柱體上點(diǎn)擊，出現(xiàn)三個(gè)箭頭、三個(gè)小方塊和白色圓點(diǎn)，還有三個(gè)帶雙箭頭的小圓圈。

三個(gè)箭頭：?拖動(dòng)它們，可以在X、Y、Z三個(gè)方向移動(dòng)物體。、三個(gè)小方塊：拖動(dòng)它們，可以在XY、YZ、ZX三個(gè)面內(nèi)移動(dòng)物體。

白色圓點(diǎn)：?拖動(dòng)它可以在任意方向移動(dòng)物體。

三個(gè)帶雙箭頭的小圓圈：?拖動(dòng)它們，可以繞X、Y、Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)物體。

7、保存

把光標(biāo)移到左上角，就會(huì)出現(xiàn)下拉菜單，點(diǎn)Save To my computer（保存到我的電腦）