论文部分内容阅读
【摘要】随着信息技术的不断发展，3D打印技术在各行业的应用越来越普及，将3D打印技术引入信息技术课堂成为必然。本文主要论述3D打印技术进入课堂的实践意义、小学信息技术课堂3D打印教学实例初步探讨和3D打印教学中的问题与困惑。
【关键词】3D打印 信息技术 课堂教学实践
3D打印（3D printing），又称三维打印，是指以数字模型文件为基础。运用粉末金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印方式来构造物体的技术。跟传统的打印相比，3D打印技术具有以下优势：个性化的设计制作，设计验证成品周期较短；材料具有高效利用率。随着3D打印技术不断进步，其在国内外各行业的应用越来越普及，3D打印在教育领域的应用也越来越广泛，3D打印技术进入课堂成为必然的趋势。
一、3D打印进入课堂的实践意义
2013年，新媒体联盟在“地平线报告”中，首次提出了3D打印技术是未来值得关注的新技术，将带来教育、教学的创新，并在2014、2015年的报告中再次提及。2016年，第十二届全国人民代表大会第四次会议中，3D打印被列入“十三五”国家规划纲要。2018年，江苏省小学信息技术新版教材首次引入3D打印教学内容。笔者在本文中展示的教学实践就是基于信息技术教材内容，并结合学情适当作了改编。在3D打印课堂教学中，笔者发现3D打印教学具备如下优势：
1.激励学生积极创造
3D打印技术能够直接将学生的创意想法变为现实，设计即能生产，极大地鼓励了学生的创作热情和创作愿望。笔者在教学实践中，鼓励学生踊跃展示自己的作品，并在班级中投票选取一个优秀作品進行打印展示。
2.锻炼培养学生解决问题的能力
解决问题的能力是小学信息技术课程中着力培养的学生应用能力。而3D打印技术支持问题的发现、分析和解决。我们设计的3D作品最终是要应用于生活以及解决生活问题。在每一次的设计过程中，学生要经历深入分析问题、尝试设计、再次修改等过程，最终设计完成作品，这就是一次解决问题的体验过程。在每一次设计中，学生解决问题的能力逐步提升，科学素养逐步提高。
3.加深空间理解，提升学习体验
3D打印技术，能将虚拟设计变为可见的实体模型。独特设计的实体模型给了学生直观的感受，帮助学生更好地理解空间构造、结构造型，提升了学生对点、线、面的立体认知。作品可见的过程，也让学生有了切身感受。这有助于学生巩固已有学习技能、激发二次设计的创作热情，在作品创作中获得学习的成就感。
二、3D打印的课堂教学实践案例
1.建立3D打印认知
3D打印在我们生活中普及的速度很快，并广泛应用于航空、建筑、汽车、医疗等领域。学生在社会生活中已有认知，但还没有理解3D打印的原理，也没能建立3D打印的全面认知，因此，笔者在“初识3D打印”一课的教学中，作了如下的教学设计：
（1）情境导入
由动画片《黑猫警长》片段（黑猫警长打掉了“一只耳”的耳朵）引出问题：将“一只耳”缺的耳朵补回来，你有什么办法？播放视频解决方案：中国科学家3D打印人耳成功移植的实验。“同学们，科学家们用了什么技术制作出了耳朵？”笔者提出问题。（揭示课题：初识3D打印）
（2）认识3D打印
比较普通打印和3D打印。
师：什么是打印？老师手上的文档是怎么打印的？
师生总结普通打印：电子文档一打印机一实物文档。
师：3D打印是怎么打印的呢？观察教室中工作着的3D打印机。
学生观察3D打印机是如何工作的。
师：3D打印需要纸吗？3D打印用的材料是什么？3D打印的内容是哪里来的呢？
师：3D打印技术是一种快速成型技术。它是以数字模型文件为基础，运用粉末金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印方式来构造物体的技术。（展示实物）
观看动画，详细了解3D打印如何将3D数字模型打印出3D实物。
（3）3D打印技术的应用
师：同学们，发挥你的想象，你想用3D打印技术打印什么呢？
生：食物、服装、交通工具、人体器官等。
通过引导学生回答，教师展示相应内容的3D打印应用实例，例如，3D打印的四合院、各种满足病患需要的人体器官等。
师总结：3D打印技术已经被广泛应用到生活的方方面面。3D打印帮助人们提高设计效率，节约成本，方便生活，尤其在医疗方面，能帮助病人减轻病痛。造福人类。
通过以上的教学设计，学生从理解3D打印原理、了解3D打印过程和体验各类3D打印的应用中，全面构建起对3D打印的基础认知。同时，笔者在教学中也尝试引导学生建立将3D打印作为解决问题方案的意识，将3D打印更好地应用于我们的生活之中。
2.学生创意设计3D打印作品
3D打印的关键为3D建模，这是最重要的学习内容。江苏省小学信息技术五年级教材中，以“制作立体剪影”“制作笔筒”等5课讲授3D建模。笔者结合学情设计了“我的定制笔筒”一课。教学设计如下：
（1）谈话导入课堂
师：同学们常用的笔筒都是圆柱体或长方体的。但生活中，我们常常要在笔筒中放入笔、尺子、剪刀、橡皮等。（师邀请学生拿出铅笔、橡皮等）
师：这样的笔筒有什么缺陷？
生：分类不明确。
这节课请根据你的实际需要，设计你的专属定制笔筒。（板书课题：我的定制笔筒）
（2）学习基本图形命令
3DOne软件的基本图形命令中已列出常规的六面体、球体、圆柱体等，点击相应图形，拖动到工作区，设置图形尺寸。（提示：输入数字后，按回车键确认）
（3）学习抽壳命令 对基本实体实现挖空，这就需要抽壳命令。抽壳命令执行中需选取基本图形的一个面作为开放面进行挖空操作。操作中，需要注意选取合适的开放面、厚度一般为负数。
（4）学习組合编辑命令
多个基本图形需要组合形成整体。组合图形用组合编辑命令。在操作中，注意选择组合图形中的中心图形为基体，另一个为合并体，合并时边界为切割面，会将图形相交的多余部分裁切。
（5）学生作品展示评比
引导学生展示作品。阐述产品功能和设计意图。班级评选出优胜作品，用3D打印机打印成品（见图1、图2）。
本节课的教学设计以“我的定制笔筒”入手，鼓励学生发现设计需求：教学中简单讲授基本图形、抽壳、组合编辑等命令，以学生的自主创作为主，旨在鼓励学生针对设计需求。运用合适的命令实现3D模型的创意设计。
三、目前，3D打印在小学信息技术课堂教学中的困惑
3D打印进入课堂，无疑能够激发学生想象创意，将学生的梦想变为现实，但在实际教学中，笔者遇到了一些教学困惑：
1.如何鼓励学生主动进行创意设计
小学生以具体形象思维为主，3D创意设计对小学生来说是较为困难的内容。而3D打印课程旨在将学生培养成创意设计者和问题解决者。同时也要求教师能成为学生创意设计中的引导者、协助者，而绝非主导者。这就需要学生在日常生活中成为观察者、思考者，尝试解决生活中的问题，这无疑对学生提出了很高的要求。笔者预想在今后教学中添加学生自主选题，即由学生预先提出设计选题，师生共同讨论，引导思维碰撞，鼓励学生关注生活、发现问题。
2.如何在教学中平衡技术传授和学生创新创作的矛盾
3D建模初期的教学以命令学习为主，教师需引导学生学习基础建模技术，范例的演示教学常常会束缚学生的发散思维，而3D建模需引导学生的独立思考、实现创造。这二者之间较难调和。笔者预想在教学中引入鼓励机制，例如，择优打印作品、小组合作二次创作等，激励学生参与创作，提升其创作热情。
总之，3D打印为学生信息技术学习开辟了新领域，学生可以从设计模型、制作作品、展示作品等多方面参与学习过程。其有效地激发了学生学习的热情，增强了学生的思维和解决问题的能力，推动了学生的创新精神和创造能力。作为一线教师。笔者也需要在教学中不断加强研究学习，努力成为学生3D打印学习中有力的引导者。
【关键词】3D打印 信息技术 课堂教学实践
3D打印（3D printing），又称三维打印，是指以数字模型文件为基础。运用粉末金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印方式来构造物体的技术。跟传统的打印相比，3D打印技术具有以下优势：个性化的设计制作，设计验证成品周期较短；材料具有高效利用率。随着3D打印技术不断进步，其在国内外各行业的应用越来越普及，3D打印在教育领域的应用也越来越广泛，3D打印技术进入课堂成为必然的趋势。
一、3D打印进入课堂的实践意义
2013年，新媒体联盟在“地平线报告”中，首次提出了3D打印技术是未来值得关注的新技术，将带来教育、教学的创新，并在2014、2015年的报告中再次提及。2016年，第十二届全国人民代表大会第四次会议中，3D打印被列入“十三五”国家规划纲要。2018年，江苏省小学信息技术新版教材首次引入3D打印教学内容。笔者在本文中展示的教学实践就是基于信息技术教材内容，并结合学情适当作了改编。在3D打印课堂教学中，笔者发现3D打印教学具备如下优势：
1.激励学生积极创造
3D打印技术能够直接将学生的创意想法变为现实，设计即能生产，极大地鼓励了学生的创作热情和创作愿望。笔者在教学实践中，鼓励学生踊跃展示自己的作品，并在班级中投票选取一个优秀作品進行打印展示。
2.锻炼培养学生解决问题的能力
解决问题的能力是小学信息技术课程中着力培养的学生应用能力。而3D打印技术支持问题的发现、分析和解决。我们设计的3D作品最终是要应用于生活以及解决生活问题。在每一次的设计过程中，学生要经历深入分析问题、尝试设计、再次修改等过程，最终设计完成作品，这就是一次解决问题的体验过程。在每一次设计中，学生解决问题的能力逐步提升，科学素养逐步提高。
3.加深空间理解，提升学习体验
3D打印技术，能将虚拟设计变为可见的实体模型。独特设计的实体模型给了学生直观的感受，帮助学生更好地理解空间构造、结构造型，提升了学生对点、线、面的立体认知。作品可见的过程，也让学生有了切身感受。这有助于学生巩固已有学习技能、激发二次设计的创作热情，在作品创作中获得学习的成就感。
二、3D打印的课堂教学实践案例
1.建立3D打印认知
3D打印在我们生活中普及的速度很快，并广泛应用于航空、建筑、汽车、医疗等领域。学生在社会生活中已有认知，但还没有理解3D打印的原理，也没能建立3D打印的全面认知，因此，笔者在“初识3D打印”一课的教学中，作了如下的教学设计：
（1）情境导入
由动画片《黑猫警长》片段（黑猫警长打掉了“一只耳”的耳朵）引出问题：将“一只耳”缺的耳朵补回来，你有什么办法？播放视频解决方案：中国科学家3D打印人耳成功移植的实验。“同学们，科学家们用了什么技术制作出了耳朵？”笔者提出问题。（揭示课题：初识3D打印）
（2）认识3D打印
比较普通打印和3D打印。
师：什么是打印？老师手上的文档是怎么打印的？
师生总结普通打印：电子文档一打印机一实物文档。
师：3D打印是怎么打印的呢？观察教室中工作着的3D打印机。
学生观察3D打印机是如何工作的。
师：3D打印需要纸吗？3D打印用的材料是什么？3D打印的内容是哪里来的呢？
师：3D打印技术是一种快速成型技术。它是以数字模型文件为基础，运用粉末金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印方式来构造物体的技术。（展示实物）
观看动画，详细了解3D打印如何将3D数字模型打印出3D实物。
（3）3D打印技术的应用
师：同学们，发挥你的想象，你想用3D打印技术打印什么呢？
生：食物、服装、交通工具、人体器官等。
通过引导学生回答，教师展示相应内容的3D打印应用实例，例如，3D打印的四合院、各种满足病患需要的人体器官等。
师总结：3D打印技术已经被广泛应用到生活的方方面面。3D打印帮助人们提高设计效率，节约成本，方便生活，尤其在医疗方面，能帮助病人减轻病痛。造福人类。
通过以上的教学设计，学生从理解3D打印原理、了解3D打印过程和体验各类3D打印的应用中，全面构建起对3D打印的基础认知。同时，笔者在教学中也尝试引导学生建立将3D打印作为解决问题方案的意识，将3D打印更好地应用于我们的生活之中。
2.学生创意设计3D打印作品
3D打印的关键为3D建模，这是最重要的学习内容。江苏省小学信息技术五年级教材中，以“制作立体剪影”“制作笔筒”等5课讲授3D建模。笔者结合学情设计了“我的定制笔筒”一课。教学设计如下：
（1）谈话导入课堂
师：同学们常用的笔筒都是圆柱体或长方体的。但生活中，我们常常要在笔筒中放入笔、尺子、剪刀、橡皮等。（师邀请学生拿出铅笔、橡皮等）
师：这样的笔筒有什么缺陷？
生：分类不明确。
这节课请根据你的实际需要，设计你的专属定制笔筒。（板书课题：我的定制笔筒）
（2）学习基本图形命令
3DOne软件的基本图形命令中已列出常规的六面体、球体、圆柱体等，点击相应图形，拖动到工作区，设置图形尺寸。（提示：输入数字后，按回车键确认）
（3）学习抽壳命令 对基本实体实现挖空，这就需要抽壳命令。抽壳命令执行中需选取基本图形的一个面作为开放面进行挖空操作。操作中，需要注意选取合适的开放面、厚度一般为负数。
（4）学习組合编辑命令
多个基本图形需要组合形成整体。组合图形用组合编辑命令。在操作中，注意选择组合图形中的中心图形为基体，另一个为合并体，合并时边界为切割面，会将图形相交的多余部分裁切。
（5）学生作品展示评比
引导学生展示作品。阐述产品功能和设计意图。班级评选出优胜作品，用3D打印机打印成品（见图1、图2）。
本节课的教学设计以“我的定制笔筒”入手，鼓励学生发现设计需求：教学中简单讲授基本图形、抽壳、组合编辑等命令，以学生的自主创作为主，旨在鼓励学生针对设计需求。运用合适的命令实现3D模型的创意设计。
三、目前，3D打印在小学信息技术课堂教学中的困惑
3D打印进入课堂，无疑能够激发学生想象创意，将学生的梦想变为现实，但在实际教学中，笔者遇到了一些教学困惑：
1.如何鼓励学生主动进行创意设计
小学生以具体形象思维为主，3D创意设计对小学生来说是较为困难的内容。而3D打印课程旨在将学生培养成创意设计者和问题解决者。同时也要求教师能成为学生创意设计中的引导者、协助者，而绝非主导者。这就需要学生在日常生活中成为观察者、思考者，尝试解决生活中的问题，这无疑对学生提出了很高的要求。笔者预想在今后教学中添加学生自主选题，即由学生预先提出设计选题，师生共同讨论，引导思维碰撞，鼓励学生关注生活、发现问题。
2.如何在教学中平衡技术传授和学生创新创作的矛盾
3D建模初期的教学以命令学习为主，教师需引导学生学习基础建模技术，范例的演示教学常常会束缚学生的发散思维，而3D建模需引导学生的独立思考、实现创造。这二者之间较难调和。笔者预想在教学中引入鼓励机制，例如，择优打印作品、小组合作二次创作等，激励学生参与创作，提升其创作热情。
总之，3D打印为学生信息技术学习开辟了新领域，学生可以从设计模型、制作作品、展示作品等多方面参与学习过程。其有效地激发了学生学习的热情，增强了学生的思维和解决问题的能力，推动了学生的创新精神和创造能力。作为一线教师。笔者也需要在教学中不断加强研究学习，努力成为学生3D打印学习中有力的引导者。