3D打印作为综合实践活动课程的实践探索

摘 要 3D打印作为新的综合实践活动课程资源，需要有效的校本课程开发与实施。通过成功的探索实践，包括从遵循学校的办学宗旨和课程体系进行课程定位，从综合实践活动视角进行教学设计，从学生终身发展视角进行课程反思，指出3D打印作为中小学课程的最大教育价值，对中小学的3D打印课程开发与实施提供有力借鉴。

关键词 3D打印；综合实践活动；教学设计

中图分类号：G633.93 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）07-0148-03

1 前言

3D打印是潍坊市实验学校2016年新开发的课程。学校在暑假前购置17套3D打印设备，包括电脑与3D打印机，厂家派技术人员进行一天的技术培训。学校组建“3D打印”项目团队，团队教师利用假期时间自学软件设计，探索打印技术，并从各自不同角度对3D打印在课程实施、课堂教学及课程评价上进行规划与思考，在开学前进行集中的展示与研讨。后经过多次课堂设计打磨，于新学期的第三周进行正式的课堂尝试，在多次的课堂“测试”中，又对出现的众多问题不断进行完善与改进，课程终于成型。现将探索经验与同行分享，以期共同探讨。

2 从学校办学宗旨视角进行课程定位

在开学前，有七位教师进行说课展示，从不同角度对3D打印作为学校课程进行思考与定位，并都进行了课程设计。出现三个需要集中探讨的问题。

1）课堂时间不够。教师习惯目前学校的上课时间，即每节课的课时为90分钟。那么3D打印课堂无论如何设计，都显得手忙脚乱。有的教师更是拿出前期多次的试验数据：课堂导入与硬件认识需要10分钟，三维设计软件学习20分钟，模型设计及导出20分钟，打印机预热等准备工作6分钟，打印时间11分钟，移除模型3分钟，作品修整及整理工作10分钟。这已经达到80分钟，还要展示交流、总结评价等环节，10分钟可能不够。这些还是教师层面的主观设计，实际课堂还会出现不可预设的时间消耗。

2）主题不好选取。教师都设计一定要学生打印出属于自己能带走的模型，那么打印什么好呢？选择的有水杯、挂件、花瓶、文具等，不敢设计学生喜欢的卡通人物或是偶像。因为要考虑打印时间的限制，所以设计的作品规格上都是微型的，形态上都是空心的。

3）课堂设计形成粗线条的流程，即“导入—软件学习—模型设计—打印—评价”。课程实施要保证教学的完整性，那么在细节上就难以精雕细琢。

作为此项目的负责人，当项目团队遇到需要破解的难题时，笔者必须带领大家找到解决的方法或思路。笔者指出：三个问题其实是一个问题，就是课程实施的时间问题，问题的源头是大家缺少对3D打印作为学校课程的角色定位。潍坊市实验学校是综合实践活动基地，全市全部的中小学生都要来基地实践与生活一周，每个项目只有一堂课，学生在每堂课都要有各自的收获。据前期调研，全市只有屈指可数的几所学校采购了3D打印设备，只能满足极少数的社团学生体验。繁华的市区虽然出现几家3D打印公司，但还不能为学生提供常规的和普及性的体验服务。因此，3D打印课对学生而言将是非常前沿的项目，对常规中小学校起到课程的示范和引领作用。但该课程有别于常规中小学的社团课与社会上的兴趣班，是实践基地课程体系中的一个独立项目，不存在课程内容上的延续性。

鉴于多年的经验，可以预料到学生在这个项目中可能得到三个层次的收获：一是长见识，认识3D打印技术，目睹3D打印机打印模型，摸摸刚打印出来的模型，甚至闻到打印材料PLA高温后的味道；二是亲手打印模型，自己操作电脑，运用常见的三维设计命令打印出模型，无论模型是否粗糙，无论模型主题是否是自己喜欢的，无论模型是否是自己通过软件原创设计的，模型最后打出来，有作品呈现；三是亲手打印并带走自己满意的模型，能够全程参与和见证。模型不仅是自己打印的，而且是自己选择的主题，是自己用三维设计软件设计出来的。学生若要打印出作品，需要起码的电脑操作，其次要学习三维设计软件的基本命令，还要有对图像的空间感，这些都反映在学生对3D打印的经验基础的差异，而这些差异继而导致学生在课堂上对3D打印课程的接收与消化是不同的，那么每个学生在课堂上的收获也必然是不同的。

说到底，3D打印的课程定位要遵循实践基地的办学宗旨：它属于学校“创客课程”的子课程，是融合STEAM理念，通过“在做中学”与“创造中学”的过程提升学生核心素养的精品课程。最后，项目组共同提炼3D打印项目的课程定位：“学生通过选择贴近生活的建模主题，运用3D建模软件，亲历3D打印实体的过程，拓展思维，建立一种新型的学习通道，为学习与生活带来新的思考。”制定的课程目标可用陀螺模型进行表述，见图1。

有了课程定位与课程目标，以上出现的问题也就迎刃而解。项目组决定将3D打印的课时调整为半天，即两个普通项目的课时。这一决定与后来新基地升级的新课时不谋而合。

3 从综合实踐活动视角进行教学设计

按照项目组集中研讨的课堂设计，在课程实施的实际教学尝试中暴露出众多问题，突出体现在三个方面。

1）学生学习新知差异大。虽然学生体现出对3D打印的极大热情，但毕竟他们的信息技术基础不同，在软件学习与模型设计环节尤为明显。以往的课堂可以通过学生“自主+互助”的学习方式共同探究解决，但此次在学生急迫想打印出模型的个人愿望驱使下，互助的效果大打折扣。

2）学生打印过程难以控制。当学生学会基本的设计命令，在目睹了打印模型的神奇后，拥有属于自己个性作品的愿望促使他们加快自主设计的步伐，在设计出五花八门的模型后，又迫不及待地进行打印。这就导致下课时学生打印出很多成功模型的同时，出现大量失败的和未打印完的模型，不仅造成打印耗材的浪费，还增加了打印机的负荷。

3）教师课堂组织难度大。这里的难度并不是时间上的延长，而是虽然学生两人一组拥有一套设备，但他们不热衷于合作探究，而是轮番向教师求助。学生发现自主探究获得的解决方法远没有直接找教师来得快。于是就出现这里软件学习环节有问题，那里软件设计有问题，一会儿打印有问题，一会儿打印出来的模型有问题……课堂气氛表面上异常热烈，教师应接不暇。

项目组继续坐下来一起分析和寻找答案。3D打印属于新的课程内容，加上出现的新问题，必须采取新的教学方式与课堂设计。经过项目团队的共同研讨，从综合实践活动课程的理念出发，采取充分尊重学生主动发展与自主探究的“微课自主探究模式”，同时考虑耗材与课堂实际，制定相应的打印规则，具体如下。

1）增添微课探究环节。课堂模式仍遵循基地“综合实践活动‘做中学教学法”，在“学习新知”环节，采取学生“自学+合作”的微课研讨学习方式。教师提前利用录屏软件、视频制作软件制作大量的各类微视频，包含本堂课的软件学习、模型设计及打印等所涉及的所有知识点、命令学习、案例演示等，以“微视频库”的形式分类保存在每台电脑中。学生两人一组，根据个人实际情况，按照自己的学习方式与学习进度进行自主探究。教师提前制作本堂课的导学案，供学生明晰本堂课的课堂流程（图2）、要求及注意事项。学生遵循导学案，利用微视频，为自己赢得更多的自主设计与拓展学习的时间。实践证明，这种模式有利于学生主动学习与个性发展，尊重了学生的个体经验差异，解决了不同学生的需求差异，解放了教师，提高了课堂效率。

2）打印规则。考虑到学生肆意打印及耗材损耗带来的不良后果，制定打印规则，即每个组有40分钟的打印时间，按打印预览中的“预计时间”为准，且每组共有两次打印机会，既包含了学生打印试验的第一次，也包含自主设计的第二次打印。这就要求学生在设计作品时要规划作品的规格与体积。规则的建立，有效杜绝了学生随意设置打印规格与肆意打印。

不仅如此，导学案在各环节都列举了参考时间，学生想在自主设计环节拥有更多的时间，就必须在其他环节加快速度，压缩时间，从而赢取更多的打印时间。实践证明，40分钟完全满足学生打印作品的需求，而且有利于规范学生课堂打印，还锻炼了学生的自我规划意识。

4 从学生终身发展视角进行教育反思

看着一个班接着一个班的学生下课时带着自己心爱的作品离开，笔者陷入思考：在综合实践活动基地里单纯的一个3D打印项目，它的教育价值是什么？是让学生学会三维设计软件的设计，还是必须打印出模型？宏观来看，3D打印无非就是一种新的打印方法和技术，人类社会发展进程中一种新的工具。可以看成是在司空见惯的二维打印上增添了一个新维度，就打印出各种立体实物。类比到现实应用，就是从办公领域的二维Office编辑和打印，发展到建筑、工业、医学、生物、食品甚至更广泛领域的三维。若在3D打印技术上再增加一个维度，就成了4D打印，比如增添时间维度。按照这个逻辑，随着科技的发展，更多的维度还会被增加，nD打印将为人类生活带来更大的帮助。

如此看来，3D打印作为实践基地课程的最大教育价值，不是让学生必须学会软件设计，也不是必须打印出某个模型，而是让学生的思维更灵活、视野更开阔，为他们探索未知世界提供一种解决问题的新路径。可以说是为学生埋下一颗创新的种子，从此打开一個全新的世界。在此认同感的基础上，再为不同的学生提供充分的体验机会，让每个学生都有满足自己个性需求的成长经历与经验。对于为实践基地提供学生的普通中小学校，实践基地为他们提供了先行先试的样板和实践经验，他们不必再摸索，只需直接在实践基地课堂的成熟经验基础上，顺应对3D打印技术更高的成长需求，按需提供更深内涵、更高品质的课程服务即可。■

*本文是山东省教育科学“十二五”规划课题一般课题“示范性综合实践基地视域下科学探究课程的开发与实施研究”（YJ15180）阶段成果。

作者：刘永坤，潍坊市实验学校（潍坊市中小学生示范性综合实践基地），齐鲁名师工程人选，研究方向为综合实践活动（261000）。