3D打印课程，你关注学生核心素养了吗

刘金鹏

【摘 要】看上去很“美”的3D打印教学，只有牢牢抓住培养学生设计思维意识和习惯这一核心，才能真正成为创客教育弹药库中的重型武器，发挥其重要的育人价值和作用。

【关键词】3D打印；核心素养；创客教育

【中图分类号】G434 【文献标识码】B

【论文编号】1671-7384（2017）03-0066-03

今天你“造”了吗？随着开源软、硬件的普及，创客教育的不断推进，越来越多的人把这句话变成了见面时的问候语。这真的是一个人人都需要设计、人人都会设计的时代。

3D打印是一种以数字模型文件为基础，运用PAL、ABS或粉末、金属、塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。随着创客教育在各地的不断推进，曾被推崇为“创客神器”的3D打印机早已飞入寻常百姓家。

目前，无论是小巧灵活的3D打印笔，还是高端大气的3D打印机，在学校教育教学中已经非常普及，特别是在学校创客教育中发挥着非常重要的作用。但是如果我们在轰轰烈烈的3D打印热潮中静下心来仔细审视目前大部分的3D打印课堂，你会发现不少问题。

现象1：单纯为了“造物”而“造物”。从网上下载一些3D模型文件，打印出来供学习者远观和把玩。

现象2：把3D打印教学变成建模软件的教学，目的似乎是为了学会软件的使用，而不是设计和造物本身。如若换了建模软件，学生就基本上又得重新再学习一遍。

现象3：学生依葫芦画瓢，按照教师的制作步骤或范例提示一步步操作完成作品建模，并最终把实物打印出来。

其中，第三种教学现象在目前相对较普遍，看上去似乎教学环节很完整，但我们可能忽视了一个非常重要的细节，那就是我们因什么而教？让孩子了解和学习3D打印技术的最终目的又是什么？

这些问题恐怕很少有教师认真思考过。大部分授课教师满足于教孩子在某种3D打印软件中建模并打印出实物。他们认为，这就是3D打印课程的全部。

其实，真正的3D打印课程，并非简简单单学习一个造物的过程，更重要的是发现问题并创造性地解决问题，体验并经历一段奇妙的设计之旅，让学生意识到设计对生活的重要性，养成一种设计的思维和习惯，并贯穿其一生。这样，孩子今后会带着设计的意识重新审视这个熟悉而又陌生的世界，并把这种意识、思维和习惯带入到今后的学习和工作中去。无论孩子们长大后从事的工作是否与设计相关，其实都非常需要这些品质和习惯，从而真正实现“为孩子未来而教”的育人功能，这才是3D打印课程所要培养学生的核心素养之关键。

具体来说，作为已经准备开展3D打印课程教學的学校，应该如何操作呢？根据笔者的实践经验，3D打印课程大致可以分为以下几个流程。

1. 知识铺垫

3D打印笔的工作原理和3D打印机非常类似。前期学习和使用3D打印笔，会有助于学生了解3D打印机的工作原理，理解它们二者“造物”的本质都是层层叠加。虽然3D打印笔有精细度不够等先天不足，但也有其自身的优势，比如体积小、便于携带、价格便宜、操作简单等。实验中我们发现，只上了一节课，学生就几乎已经全部掌握了3D打印笔的使用方法。我们再给每位孩子一些打印耗材让他们带回家，要求他们只需每周上交一件3D打印笔作品即可。每当上交作品的那天，孩子们带着自己满意的作品来创客教室交作业，眼神中满满的是兴奋和自豪。

2. 体验生活

让学生通过图片、视频、实物等形态了解人们生活中“衣、食、住、行、用”等方面所蕴含的设计艺术。比如：后部带漏孔的簸箕方便过滤垃圾中的水分；可折叠的手杖能在主人走累时伸展成座椅，方便人歇息；带底部支撑的勺子放置在灶台上会更卫生等。学生体验到在我们的生活中设计的元素其实无处不在，设计思维是人的核心素养之一。

3. 发现不足

用自己的眼睛观察和发现生活中的不完美（不安全、不卫生、不健康、不舒服、不方便等），并想一想，可以用什么设计方案去改进它，让它更安全、更卫生、更舒服、更有趣、更好玩等。教师可以设计一张调查表格，让孩子把想到的问题及可能的方案写下来。这个阶段可以让孩子天马行空，充分发挥想象力和创意，至于能否实现，先不要太在意。

4. 交流分享

小组讨论交流，每个人都可以自主提出自己的设计（改进方案），在师生、生生不断碰撞和对话中逐步缩小问题范围。教师引导学生首先解决最迫切、最现实，也相对最容易实现的问题。

5. 确定模型

确定设计制作的模型，并完成草图绘制。这个阶段其实对学生而言非常重要，构图的基本知识和必要技能是学生首先要具备的，比如三视图如何绘制、物体大小如何测量、测量工具如何使用、如何做好尺寸标记等。

6. 软件建模

学习3D建模软件（如AUTOCAD公司的123D建模软件），学生通过软件的学习完成自己设计作品的建模工作，并保存下来，这是非常重要的一个环节。

7. 打印实现

完成建模过程并用3D打印机把实物打印出来，这个过程可以利用课外时间来完成。我们学校的做法是，在打印作品时，允许作者本人来创客教室观摩和欣赏打印过程。看着自己的作品随着时间的推移从无到有，逐步成型，孩子甭提有多高兴了。

8. 实地测试

把打印出来的实物放到现实环境中测试其是否满足要求，解决了实际问题。学生第一次设计的笔帽，由于把更多的精力放在美观上，外形设计得过于复杂，结果在实际打印时，有好几个都失败了。这次经历让学生意识到，设计不能好高骛远，要脚踏实地，符合工艺基本要求。

9. 修改模型

根据测试结果增加或完善功能，在满足功能基础上让作品更具有艺术感。如图这个笔帽虽然可以满足需求，但学生一致认为在外观上还可以改进，比如增加鱼的眼睛部分的设计，让它变得更漂亮和吸引人。

10. 重新测试

修改后再次打印并实际测试。这个过程可能要反复好多次，直至满足实用性和艺术性两个基本指标。从这个过程中，学生也体验到了创造者的不易，会更珍惜自己使用的物品。

11. 展示交流

展示及交流汇报。每位学生用5分钟来介绍自己的作品。可围绕以下几个方面：通过调查发现了什么问题，想到了哪些解决的办法，每种办法各有什么优缺点，最后选择了哪个，本设计方案的最大特点是什么，是否实现了之前的想法，还有什么不足需要改进等。在这个环节，如何向其他同学介绍自己的想法和设计方案，让他人理解就显得非常重要。这样别人才能接受和喜欢你的设计，其实这也是推销自己创意的最好时机。

一位学生在谈自己的体会时说：“3D打印课程可以把我们的奇思妙想变成现实，真的是非常神奇，我很喜欢。我最喜欢老师让我们把3D打印笔带回家，这样可以把自己想要做的东西绘制出来，非常有意思。3D打印让我明白了，制作一件东西一定要先了解需求，然后才能帮助到别人。”

创客教育的核心是利用開源软、硬件去完成“造物”的过程。现在的产品很少是由单纯的机械结构组成的，大多都需要整合电路、传感器，并编写程序。而3D打印在“造物”过程中一般只是完成了一个作品的外壳设计，有必要引导学生在设计3D作品时，注意提前预留好以后安装主控、传感器、线路等的位置，为最终完成智能化的创客作品奠定基础。

经历这样一个观察、发现、思考、绘制、建模、打印、展示、分享的完整3D“造物”过程，孩子们收获满满，不但增强了自信，也展示了自我。同时，他们也明白了设计思维要有同理心，即站在用户的角度换位思考，而理解他人的需要和观点的“设计思维”则是学校教育着力培养孩子创造力最为关键的要素。

设计思维是以解决方案为导向的思维形式，它不是从某个问题入手，而是从目标或者要达成的效果着手探究问题的解决方案，是一种独特的“在行动中进行创意思考”的方式。3D打印教学中，学生通过发现生活中的问题，以解决问题作为要达到的目标，独立思考，合作分享，利用3D打印技术进行问题解决。

总之，看上去很“美”的3D打印教学，只有牢牢抓住培养学生设计思维意识和习惯这一核心，才能真正成为创客教育弹药库中的重型武器，发挥其重要的育人价值和作用。

（作者单位：浙江杭州市余杭区安吉路良渚实验学校）