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一、引言

 近些年來，隨著技術的發(fā)展，機器人、自動駕駛、人工智能等技術也開始加速走進千家萬戶，融入人們的生活，家庭機器人、3D打印機、智能家居、自動駕駛等，人們感受到了技術的魅力，也發(fā)現(xiàn)了自己對于技術的無知，儼然成為21世紀的“新文盲”。在國家和人們強烈的意愿下，創(chuàng)客教育轟轟烈烈的推進，各校買設備，買器材，建創(chuàng)客空間；創(chuàng)客活動、創(chuàng)客社團與日俱增。作為創(chuàng)客教育的一大模塊，3D打印也進入各個學校，甚至家庭。學生在這種方便、簡單、具有獨特性的造物活動中進行學習。但是在這層表象下面也存在很多的問題，沒有相對規(guī)范和統(tǒng)一的教材，沒有專業(yè)化的3D打印老師，課程由美術老師、信息技術老師、通用技術老師等教師進行兼職。課程的設計、課程的教學模式也是老師們的一大難題。

二、3D打印課程設計理念

3D打印是快速成型技術的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運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造物體的技術。3D打印的設計過程是：先通過計算機建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，即切片，從而指導打印機逐層打印。3D打印的主要過程是設計建模、切片、打印裝配，對于中小學3D打印教育課程的設計，其主要是設計和建模的學習，作品的打印比較簡單，打印后的后處理和組裝、裝配也是在設計建模時就需要考慮的。設計和建模主要是通過三維設計軟件，將設計者所構思出的想法進行三維設計，從而使產(chǎn)品制作能夠依據(jù)三維模型作為指導進行生產(chǎn)，而這里設計出的三維模型不單單只是可以導入到3D打印機進行打印，繪制的三維模型也可以連接激光切割、數(shù)控加工中心等設備進行加工，也可以導出工程圖、效果圖或進行運動仿真等操作。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，課程的重點主要是落在設計和建模，三維設計是基礎！設計繪制的三維模型是后續(xù)加工實物、虛擬仿真、動畫制作和有限元分析等操作的基礎。因此我們的課程設計也主要是圍繞設計和建模開展。

三維設計作為未來一項重要的技術儲備和學生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的一個載體，課程的設計要考慮學生專業(yè)未定，知識比較斷點，學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結構事物的制作再過渡到組合拼接結構、活動結構等物品的設計，在有一定基礎后，結合電子電路、arduino控制板等進行產(chǎn)品的設計和制作，循序漸進。也可以對三維建模進行深入了解，比如利用三維設計軟件進行參數(shù)化設計、運動仿真等操作。設計和建模是課程的基礎，可以進行大班教學，只要配備一定的電腦和幾臺打印機，學生設計繪制的模型可以選擇比較優(yōu)秀或是按順序安排打印，讓每個學生一個學期至少有一件作品出來。綜合性的設計和制作比較適合小班教學，可以利用社團課、校本課進行。

三、3D打印課程設計

課程目標：

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行建模。
    2、了解三維軟件的中動畫制作、參數(shù)化設計、運動仿真等功能的使用。
    3、在課程的實踐活動中，通過綜合性的設計和制作讓學生感知新型技術的魅力及在生活中的應用。

課程設計思路

根據(jù)設計建模的難易程度和知識的綜合應用，將課程分為四個模塊，第一單元走進3D打印，第二單元創(chuàng)意設計，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打印的基礎知識，比如3D打印的歷史，發(fā)展、應用，并通過煙灰缸的設計和打印讓學生知道3D打印的一般過程和打印機的操作技術。

第二單元主要通過任務驅(qū)動的教學方法，讓學生通過任務學習三維設計軟件的的操作，了解相關命令的使用，并能進行創(chuàng)新性的改進和設計。

第三單元主要是進行綜合性的設計和制作，通過擺盤結構、小型展臺、手持風扇等物品的制作，讓學生進行綜合性的設計和制作，了解3D打印在生活中的應用，提高實踐動手能力，了解產(chǎn)品結構，產(chǎn)品裝配等相關知識。

第四單元主要是對三維設計軟件應用的一個拓展性學習和了解，了解利用三維設計軟件進行動畫制作、參數(shù)化設計和運動仿真等，讓學生做一個了解。

四、3D打印課程教學方法

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

（2）任務驅(qū)動法：其最根本特點就是以3D打印技術任務為主線，教師為主導，學生為主體，其一般分為4個環(huán)節(jié):創(chuàng)設情境、確定任務、自主協(xié)作學習以及效果評價。比如在3D打印的三維軟件學習過程中主要采用任務驅(qū)動法，根據(jù)情境，設定具體的貼近生活的任務，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)動學生產(chǎn)生學習動機，調(diào)動學生的學習積極性，并讓學生通過自主協(xié)作或教師解答等方式去完成相關任務，在完成任務的過程中，讓學生掌握知識，通過繪制的成果，對學生進行相關評價，了解學生掌握程度以及相關能力的習得。

（3）專題講座法：主要是通過組織舉辦專題講座，聘請有經(jīng)驗專家或相關教師，圍繞3D打印進行專題講座，在相對較短的時間通過講授實際的3D打印技術生產(chǎn)工藝與3D打印工藝技術的發(fā)展，來傳遞相關知識，拓展學生們的知識面。
    （4）網(wǎng)絡教學法：通過3D打印社區(qū)等課程資源網(wǎng)站，讓學生登錄網(wǎng)站了解3D打印、三維軟件的使用，自主學習相關知識、進行網(wǎng)上交流。在現(xiàn)今網(wǎng)絡技術越來越發(fā)達的今天，網(wǎng)絡教學方法也可以圍繞“學—練—解—做—評—改”的流程進行開展，而且不受時間和空間的限制。

（5）項目教學法：項目教學法主要是在后續(xù)的綜合設計中，教師設計或安排一個相對獨立的項目交由學生自己處理完成。比如小型展示臺的制作、手持風扇的制作等，學生根據(jù)項目進行信息的收集、方案的設計、項目實施及最終評價等，都由學生自己負責，學生通過該項目的進行了解并把握整個過程及每一個環(huán)節(jié)中的基本要求，教師只做引導。在進行項目教學時，創(chuàng)客中心的實訓室為“半 開放”，即學生在課外的指定時間可以在創(chuàng)客中心進行學習，打印、裝配自己的作品。

根據(jù)課程的不同階段，從實際應用需求出發(fā)，采用不同教學方法，在基礎的3D打印課程中主要采用任務驅(qū)動法，一節(jié)課，一個任務,一個作品，課程內(nèi)容力求精煉，課程作品力求簡單。在后續(xù)的綜合性設計實踐中，采用項目式教學，教師主要做一個引導，“導學”、“導做”和“導研”。學生在項目實施過程中，通過動手實踐、自主探索、合作交流進行相關知識的學習和拓展?？傊虒W有法，教無定法。

五、總結

3D打印課程具有靈活性、實踐性、綜合性強的特點，學校的3D打印課程，教師要充分發(fā)揮自己的主觀能動性、根據(jù)地區(qū)特色、學校特色以及學生的需求合理設計課程，采用靈活多樣的教學方法，調(diào)動學生的積極性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和綜合實踐能力，為國家真正的培養(yǎng)高素質(zhì)人才。