3D列印課程的探索與實踐

創客教育重在實踐，貴在分享，「中國教育信息化在線」每周四開設「創客專欄」，主要分享推廣教育創客們的實踐案例，與大家一起見證創客教育的更大發展。

歡迎踴躍投稿，優秀案例將有機會發表在《中國教育信息化》雜誌上。

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隨著創客教育的興起，3d列印也開始在教育界打開一片天地。

儘管3d列印技術還不夠成熟，不能大批量生產，也不能直接用於數字時代的工業生產，但其普及為普通人無邊的創造力和想像力插上了一對有力的翅膀，3d列印，讓想像變成現實。

目前南通市已經有20多所中小學擁有3d印表機，3d列印校本課程也隨之開設。

我校自2015年2月起開設了3d列印社團，是市區開設3d列印課程最早的學校之一，現有社團成員55人，我校是一所以創想為主旨的學校，有著「創想無界，心築未來」的教育哲學和「辦一所人人具有好奇心、個個具有創造力的創想學校」的願景。

在學校領導的大力支持下，3d列印走進了我們的校園，創客教育也隨同剛剛成長起來的學校一起萌芽和發展起來了。

三維初探未知，構建課程低模

筆者之前從未接觸過這個帶著「高科技」光環的機器，接手這個任務時是躍躍欲試的，不過一門課程從無到有，問題還是接踵而來。

1.維度x：軟體問題

(1)設計軟體

要開設這門課程，首先要選擇設計軟體，3d軟體很多，筆者接觸過的有3dsmax、maya、Rhino，還有一款2.5d可進行3d建模的zbrush，但這些軟體對初中學生來說，介面稍顯複雜，而且除了Rhino外對硬體的要求也較高，學校機房的機器若想流暢完成一次創作較為困難。

sketchup這款中文名為「草圖大師」的軟體對機器的運行要求不高，介面直觀入門簡單，功能也十分強大，很適合用來進行中小學的3d入門教學。

(2)轉換軟體

轉換軟體就用了通用的cura，但由於對設置不熟悉，筆者犯過兩次設置上的錯誤，第一次是機器選擇不對，導致溫度升高後只吐絲不列印;第二次是耗材直徑設置錯誤導致列印成品「骨質疏鬆」。

在多次排查調整後，問題終於都解決了。

Sketchup配合cura已經能完美完成3d列印整個過程。

經過兩個學期的實踐，在此總結一下cura設置的注意點：①機器型號必須匹配，如學校的dfrobot機器使用的就是Ultimaker original，而且是沒有加熱平台只能列印pal耗材的機器;②耗材和噴嘴設置也必須符合實際情況;③注意列印懸空模型時候對支撐類型的設定，這個設定關係到是否能成功列印模型以及列印好之後是否能比較輕鬆去除支撐。

其餘的設定如列印速度填充密度等的改動對成功率影響都不大，可根據需要和實際列印效果進行調整。

2.維度y：硬體問題

在進行了半個學期的教學後，筆者發現列印的作品歪了，自此失敗作品接連不斷，排查原因而不得，只得請來銷售公司專業技術人員來檢查，發現是X、y電機驅動模塊損壞，導致方向控制出錯，列印歪斜。

換過新的驅動模塊後列印正常了。

在這期間，筆者對印表機的調平水平也從菜鳥的自動調平漸漸轉向了較為熟練的手動調平。

3.維度z：課程問題

課程設計是3d列印社團開設的重點內容，進行這個全新的課程之前應該明確三個問題：教什麼，怎麼教，教到什麼程度。

(1)教什麼

首先我們要教的肯定是三維建模，只有會了三維建模，學生才有創造的可能性。

其次要教的是轉換和列印輸出，這是一個從虛擬到現實的過程，沒有列印過程的3d列印課只能稱之為3d設計課。

最後要教的還有創新思維，讓學生學會自主思考創新，這是創客教育的最終目標。

(2)怎麼教

對於一門新課程，在教授學生知識之前，教師也需要進行學習。

筆者在網上學習了「我要自學網」中草圖大師的視頻。

「我要自學網」是針對已經具有一定的自學能力的學員而設定的課程，而初中學生正處於初步培養自學能力的階段，需要有更加符合學生年齡階段的教學任務來驅動，而不是簡單的一個技能歸一個技能地進行學習。

同時，在為期一年的時間內，我需要讓軟體設計中的一些常用功能在課程中得以呈現。

在參考了3d列印方面前輩的課程設計後，我初步設計了如下教學任務：初識3d列印——3d列印課程介紹;紙盒子裡的秘密——紙盒製作;我的小屋——房子製作及列印設置;萬丈高樓平地起——建築創意設計;神奇的齒輪——複製旋轉;千變萬化的齒輪——齒輪創意飾品設計;漂亮花瓶——路徑的應用;桌上靜物創意設計;一覽眾山小——等高線、沙盒學習;可愛的小動物們——曲面的應用;室內裝修設計師——綜合創意設計;組合拼圖製作——卡槽配對;創意燈製作——電子應用;三球儀製作——傳動體驗。

其中「紙盒子裡的秘密」、「漂亮花瓶」等屬於技能課，每節課教學設計基本遵循以下流程(圖1)。

圖1

「建築創意設計」、「桌上靜物創意設計」等屬於創想課，課程教學流程如圖2。

圖2

「組合拼圖」、「創意燈」、「三球儀」等課程是下半學期的提高課程，結合簡單物理知識進行3d設計的拓展，每個主題分三次課即6個課時進行。

流程安排如圖3。

圖3

(3)教到什麼程度

「教到什麼程度」並不是指他們的技能掌握到了什麼程度，而是他們能夠學以致用到什麼程度、能夠自主學習的程度以及創新的程度。

這門課的目的是培養有創造力的人才，提高學生STEM素養。

因此，在保證基本知識技能的基礎上，更需要注意的是孩子的創造力和實踐能力的培養。

因此我給他們確定了如下目標：①在學以致用上，他們需要達到將自己想的東西在電腦上大致描繪出來即可，但需要逐步養成精確度量意識;②在自學能力上，他們需要了解自學的多種方法，並能主動通過同學交流和利用網絡搜索解決問題;③在創新能力上，他們的作品要不局限於老師的範例所示，具有自己的想法即可，若有更具創意的想法則更棒!

基於這樣的理念和目標，我展開了為期一年的3d列印教學工作。

思維轉換格式，傳輸創想靈感

3d列印課程有著它的優勢，那就是學生對其有著濃厚的興趣，但又沒有人真正接觸過，興趣加上知識上的空白，使其學習猶如海綿吸水一般。

他們從一竅不通到能熟練地在校內外數百人面前進行創作也就不到兩個學期的時間。

他們的作品從模仿到自主創作，建築、花瓶、動物、裝修、拼圖等等都展現了他們的思維的火花。

上課過程是學生學習過程，也是學生靈感展現的過程，社團在創想這塊有著很多有趣的創想小故事，比如小遠的怪獸，昊昊的蜘蛛，小凌的悠悠球，子涵的傘陀螺，潼潼的未來小屋……每一個都有屬於孩子們自已的故事和秘密。

3d列印社團是個充滿故事的社團，也是個快樂的社團。

在快樂中創作，在創作中感受快樂，3d列印真正走進了學生的心裡。

實踐探索真知，列印3D夢想

儘管學生在學習過程中也出現了不少優秀的作品，但這個課程還是不成熟的，不足之處尚有很多，筆者也在不斷反思和探索：

1.各種軟硬體屢次出現問題，導致課程一度只能進行設計不能列印，缺少了虛擬轉變為現實的關鍵一環。

這一年也是任課教師學習的過程，到現在，我已能自主解決基本軟硬體問題。

2.課程進度較快，由於不確定這一批社團學生具體需要帶幾年，最初設定的目標是一年，所以課程進度有點趕。

知識點過於緊湊讓一部分接受能力較弱的孩子在基礎技能上有所落後，學習不夠紮實。

3.列印各個部分進行組合有點偏難，學生對於連接部分大小設置不太精確，這部分內容可以根據學生水平進行一定的調整。

4.部分學生的設計作品比較難以實現完美列印，在今後的教學中，對於列印作品的結構要求需要進行比較系統的整理。

5.方向不是太明確，沒有明確的評價標準。

筆者覺得，3d列印可以有設計、生產輔助、模型製作三個發展方向：設計是藝術創造，將設計的東西列印出來;第二個是輔助工具，比如要做一輛小車，主要部件都好了，就缺一個殼子，於是我要打一個殼子;後者則是比如我有一個發明創造，但不知道這樣設計是否可行，於是打一個小模型模擬試驗一下。

這三個方向的評價標準不同，在做課程設計時，我搖擺不定，如小燈有向第二種發展的趨勢，而三球儀則偏於第三種，但經過實踐看來，初級階段還是以藝術創造為主要方向更好，這樣能夠讓學生對於三維設計的結構有更明確的認識。

( 作者：楊麗，江蘇省南通市第一初級中學)

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