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一、引言

 近些年來，隨著技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人、自動(dòng)駕駛、人工智能等技術(shù)也開始加速走進(jìn)千家萬戶，融入人們的生活，家庭機(jī)器人、3D打印機(jī)、智能家居、自動(dòng)駕駛等，人們感受到了技術(shù)的魅力，也發(fā)現(xiàn)了自己對(duì)于技術(shù)的無知，儼然成為21世紀(jì)的“新文盲”。在國家和人們強(qiáng)烈的意愿下，創(chuàng)客教育轟轟烈烈的推進(jìn)，各校買設(shè)備，買器材，建創(chuàng)客空間；創(chuàng)客活動(dòng)、創(chuàng)客社團(tuán)與日俱增。作為創(chuàng)客教育的一大模塊，3D打印也進(jìn)入各個(gè)學(xué)校，甚至家庭。學(xué)生在這種方便、簡單、具有獨(dú)特性的造物活動(dòng)中進(jìn)行學(xué)習(xí)。但是在這層表象下面也存在很多的問題，沒有相對(duì)規(guī)范和統(tǒng)一的教材，沒有專業(yè)化的3D打印老師，課程由美術(shù)老師、信息技術(shù)老師、通用技術(shù)老師等教師進(jìn)行兼職。課程的設(shè)計(jì)、課程的教學(xué)模式也是老師們的一大難題。

二、3D打印課程設(shè)計(jì)理念

3D打印是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印的設(shè)計(jì)過程是：先通過計(jì)算機(jī)建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，即切片，從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。3D打印的主要過程是設(shè)計(jì)建模、切片、打印裝配，對(duì)于中小學(xué)3D打印教育課程的設(shè)計(jì)，其主要是設(shè)計(jì)和建模的學(xué)習(xí)，作品的打印比較簡單，打印后的后處理和組裝、裝配也是在設(shè)計(jì)建模時(shí)就需要考慮的。設(shè)計(jì)和建模主要是通過三維設(shè)計(jì)軟件，將設(shè)計(jì)者所構(gòu)思出的想法進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，從而使產(chǎn)品制作能夠依據(jù)三維模型作為指導(dǎo)進(jìn)行生產(chǎn)，而這里設(shè)計(jì)出的三維模型不單單只是可以導(dǎo)入到3D打印機(jī)進(jìn)行打印，繪制的三維模型也可以連接激光切割、數(shù)控加工中心等設(shè)備進(jìn)行加工，也可以導(dǎo)出工程圖、效果圖或進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真等操作。3D打印只是加工制造的一種方法。所以不管是開展激光切割還是3D打印課程，課程的重點(diǎn)主要是落在設(shè)計(jì)和建模，三維設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)！設(shè)計(jì)繪制的三維模型是后續(xù)加工實(shí)物、虛擬仿真、動(dòng)畫制作和有限元分析等操作的基礎(chǔ)。因此我們的課程設(shè)計(jì)也主要是圍繞設(shè)計(jì)和建模開展。

三維設(shè)計(jì)作為未來一項(xiàng)重要的技術(shù)儲(chǔ)備和學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的一個(gè)載體，課程的設(shè)計(jì)要考慮學(xué)生專業(yè)未定，知識(shí)比較斷點(diǎn)，學(xué)生的接受和理解能力有限，所以課程由最開始的模仿生活中簡單非活動(dòng)結(jié)構(gòu)事物的制作再過渡到組合拼接結(jié)構(gòu)、活動(dòng)結(jié)構(gòu)等物品的設(shè)計(jì)，在有一定基礎(chǔ)后，結(jié)合電子電路、arduino控制板等進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制作，循序漸進(jìn)。也可以對(duì)三維建模進(jìn)行深入了解，比如利用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)仿真等操作。設(shè)計(jì)和建模是課程的基礎(chǔ)，可以進(jìn)行大班教學(xué)，只要配備一定的電腦和幾臺(tái)打印機(jī)，學(xué)生設(shè)計(jì)繪制的模型可以選擇比較優(yōu)秀或是按順序安排打印，讓每個(gè)學(xué)生一個(gè)學(xué)期至少有一件作品出來。綜合性的設(shè)計(jì)和制作比較適合小班教學(xué)，可以利用社團(tuán)課、校本課進(jìn)行。

三、3D打印課程設(shè)計(jì)

課程目標(biāo)：

1、掌握3D打印的基本流程，即建模、格式轉(zhuǎn)換、切片和打印，并能熟練使用三維建模軟件進(jìn)行建模。
    2、了解三維軟件的中動(dòng)畫制作、參數(shù)化設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)仿真等功能的使用。
    3、在課程的實(shí)踐活動(dòng)中，通過綜合性的設(shè)計(jì)和制作讓學(xué)生感知新型技術(shù)的魅力及在生活中的應(yīng)用。

課程設(shè)計(jì)思路

根據(jù)設(shè)計(jì)建模的難易程度和知識(shí)的綜合應(yīng)用，將課程分為四個(gè)模塊，第一單元走進(jìn)3D打印，第二單元?jiǎng)?chuàng)意設(shè)計(jì)，第三單元組合與綜合性產(chǎn)品的制作，第四單元建模軟件的綜合使用。

第一單元主要介紹3D打印的基礎(chǔ)知識(shí)，比如3D打印的歷史，發(fā)展、應(yīng)用，并通過煙灰缸的設(shè)計(jì)和打印讓學(xué)生知道3D打印的一般過程和打印機(jī)的操作技術(shù)。

第二單元主要通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法，讓學(xué)生通過任務(wù)學(xué)習(xí)三維設(shè)計(jì)軟件的的操作，了解相關(guān)命令的使用，并能進(jìn)行創(chuàng)新性的改進(jìn)和設(shè)計(jì)。

第三單元主要是進(jìn)行綜合性的設(shè)計(jì)和制作，通過擺盤結(jié)構(gòu)、小型展臺(tái)、手持風(fēng)扇等物品的制作，讓學(xué)生進(jìn)行綜合性的設(shè)計(jì)和制作，了解3D打印在生活中的應(yīng)用，提高實(shí)踐動(dòng)手能力，了解產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品裝配等相關(guān)知識(shí)。

第四單元主要是對(duì)三維設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用的一個(gè)拓展性學(xué)習(xí)和了解，了解利用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行動(dòng)畫制作、參數(shù)化設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)仿真等，讓學(xué)生做一個(gè)了解。

四、3D打印課程教學(xué)方法

 優(yōu)秀的課程設(shè)計(jì)，貼近學(xué)生生活的案例，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而好的、合適的教學(xué)方法，對(duì)于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果有很大的幫助，因此根據(jù)課程的不同階段選擇好的、合適的教學(xué)方法是教好3D打印課程的關(guān)鍵步驟，根據(jù)3D打印課程的特質(zhì)，在3D打印的課程教學(xué)過程中可以采用如下教學(xué)方法：
   （1）直觀教學(xué)法：主要是針對(duì)3D打印設(shè)計(jì)和制造過程中所出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行講解，比如設(shè)計(jì)時(shí)模型的擺放，裝配預(yù)留的尺寸，打印和切片時(shí)的支撐等知識(shí)內(nèi)容。3D打印創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制造是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，在授課過程中，要充分利用模型、圖片、教具等實(shí)物進(jìn)行講解、分析、演示，變抽象為形象，使學(xué)生更易理解接受。

（2）任務(wù)驅(qū)動(dòng)法：其最根本特點(diǎn)就是以3D打印技術(shù)任務(wù)為主線，教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，其一般分為4個(gè)環(huán)節(jié):創(chuàng)設(shè)情境、確定任務(wù)、自主協(xié)作學(xué)習(xí)以及效果評(píng)價(jià)。比如在3D打印的三維軟件學(xué)習(xí)過程中主要采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，根據(jù)情境，設(shè)定具體的貼近生活的任務(wù)，比如繪制桌面垃圾桶、青花瓷花瓶、超人玩偶、小豬存錢罐等等作品，來驅(qū)動(dòng)學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并讓學(xué)生通過自主協(xié)作或教師解答等方式去完成相關(guān)任務(wù)，在完成任務(wù)的過程中，讓學(xué)生掌握知識(shí)，通過繪制的成果，對(duì)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)評(píng)價(jià)，了解學(xué)生掌握程度以及相關(guān)能力的習(xí)得。

（3）專題講座法：主要是通過組織舉辦專題講座，聘請有經(jīng)驗(yàn)專家或相關(guān)教師，圍繞3D打印進(jìn)行專題講座，在相對(duì)較短的時(shí)間通過講授實(shí)際的3D打印技術(shù)生產(chǎn)工藝與3D打印工藝技術(shù)的發(fā)展，來傳遞相關(guān)知識(shí)，拓展學(xué)生們的知識(shí)面。
    （4）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)法：通過3D打印社區(qū)等課程資源網(wǎng)站，讓學(xué)生登錄網(wǎng)站了解3D打印、三維軟件的使用，自主學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)、進(jìn)行網(wǎng)上交流。在現(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)技術(shù)越來越發(fā)達(dá)的今天，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方法也可以圍繞“學(xué)—練—解—做—評(píng)—改”的流程進(jìn)行開展，而且不受時(shí)間和空間的限制。

（5）項(xiàng)目教學(xué)法：項(xiàng)目教學(xué)法主要是在后續(xù)的綜合設(shè)計(jì)中，教師設(shè)計(jì)或安排一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的項(xiàng)目交由學(xué)生自己處理完成。比如小型展示臺(tái)的制作、手持風(fēng)扇的制作等，學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)行信息的收集、方案的設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施及最終評(píng)價(jià)等，都由學(xué)生自己負(fù)責(zé)，學(xué)生通過該項(xiàng)目的進(jìn)行了解并把握整個(gè)過程及每一個(gè)環(huán)節(jié)中的基本要求，教師只做引導(dǎo)。在進(jìn)行項(xiàng)目教學(xué)時(shí)，創(chuàng)客中心的實(shí)訓(xùn)室為“半 開放”，即學(xué)生在課外的指定時(shí)間可以在創(chuàng)客中心進(jìn)行學(xué)習(xí)，打印、裝配自己的作品。

根據(jù)課程的不同階段，從實(shí)際應(yīng)用需求出發(fā)，采用不同教學(xué)方法，在基礎(chǔ)的3D打印課程中主要采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，一節(jié)課，一個(gè)任務(wù),一個(gè)作品，課程內(nèi)容力求精煉，課程作品力求簡單。在后續(xù)的綜合性設(shè)計(jì)實(shí)踐中，采用項(xiàng)目式教學(xué)，教師主要做一個(gè)引導(dǎo)，“導(dǎo)學(xué)”、“導(dǎo)做”和“導(dǎo)研”。學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中，通過動(dòng)手實(shí)踐、自主探索、合作交流進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)和拓展?？傊虒W(xué)有法，教無定法。

五、總結(jié)

3D打印課程具有靈活性、實(shí)踐性、綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，學(xué)校的3D打印課程，教師要充分發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性、根據(jù)地區(qū)特色、學(xué)校特色以及學(xué)生的需求合理設(shè)計(jì)課程，采用靈活多樣的教學(xué)方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和綜合實(shí)踐能力，為國家真正的培養(yǎng)高素質(zhì)人才。