以激光雕刻技术为支撑的教学新途径探索

闫春平

（苏州市胥江实验中学校，江苏 苏州 215004）

0 引言

激光雕刻的广泛运用使现代工业焕发出勃勃生机，但却极少将激光雕刻运用于教育教学中。苏州市胥江实验中学校根据自身基础和优势，依托先进的科技教育设施，以科技创客教育作为特色品牌，在课程建设和研究方面从未止步，学校将激光雕刻机引进校园，作为创客教育的一项辅助工具，用于学生创意模型制作、结构件雕刻切割等。

作为胥江中学一线教师，结合学校特色课程对创客教育教学进行探索，创设探究“问题与项目”的创客学习空间，构建以激光雕刻技术为支撑的综合实践课程体系。指导学生运用所学知识与技术，通过结构构思、平面制图、激光切割、组装搭建、作品涂鸦等探究过程，以亲子创客体验、科技节竞赛、新年吉祥物创意设计等为契机，提升学生科学素养、创新精神和跨学科知识融合能力。在此，笔者以亲身的激光雕刻教育教学实践为例，简要阐述在创新教学和培育学生成长过程中所做的探究与尝试。

1 将激光雕刻技术融入劳动教育，开创劳动教育新模式

2020年3月20日，中共中央国务院发布《关于全面加强新时代大中小学劳动教育的意见》，把劳动教育纳入人才培养全过程，在智造强国的新时代背景下，积极探索劳动教育新模式[1]。

雨果曾说过：“未来将属于两种人：思想的人和劳动的人。实际上这两种人是一种人，因为思想也是劳动[2]。”新时代背景下，清华大学李双寿教授也曾提出，劳动教育应该是与时俱进的，创客是新时代的劳动者，智能设备是新时代的生产工具,这句话很好地诠释了劳动教育与创客教育的关系[3]。

利用激光雕刻设备将劳动教育与创客教育结合起来，为教育教学注入了新的活力。在胥江中学的创客空间中，常常会看到学生用激光雕刻机设计制作个性化的直尺、笔筒、纸巾盒和手机架等，尤其是在建党100周年来临之际，学生通过激光雕刻，设计并制作出一系列红色科创作品，为党的百年华诞献礼。这些创客活动贴近真实的生产劳动，和劳动教育关系密切。激光雕刻与新劳动教育相融合，为培养学生的创客精神、劳动能力，提供了更广阔的发展空间。

笔者以“胥江中学第五届科技节”为契机，向学生发出倡议：利用激光雕刻机设计一款创客体验项目，来感受人工智能科技带来的力量！学生纷纷响应，进行案例收集、创意策划、头脑风暴，其中一组学生的提案吸引了所有学生的关注：在刚刚过去的第三届世界智能大会（2019年5月16日）上，展出了全息投影技术。不仅如此，大家喜闻乐见的漫威电影中，超逼真全息投影的使用场景更是随处可见。利用全息投影技术可以打造出让人沉醉其中的梦幻生动的3D立体场景。将舞台、朦胧虚幻的双重影像、灯光与音效交织在一起，即可营造出一场震撼别样的视听科技盛宴。

那么，在现实生活中，这种高大上的科技创新，学生能否自己动手来实现呢？在师生的共同探究下，学生了解到全息投影的工作原理：全息投影主要基于光的干涉和衍射原理，即光在传播过程中，遇到小孔、窄缝或其他障碍物时，光线将会离开原本的直线路径，绕到障碍物阴影里去。

掌握了全息投影的工作原理，学生纷纷按捺不住内心的激动，个个都想尝试动手制作，赶快将想法变为现实！教师趁此引出可以使用激光雕刻机来帮忙：激光雕刻这款造物神器上手容易，操作简单，精准高效，可以随心设计出自己需要的结构件，非常适合学生造物使用。“工欲善其事，必先利其器”。要想让激光雕刻机雕刻出想要的作品，首先需要绘制设计图，可以利用CorelDRAW、AutoCAD等专业的制图软件，也可以利用激光雕刻机自带的制图软件来实现。结合中学生现有的知识储备基础和操作技能来讲，激光雕刻机自带的制图软件操作起来更简单方便、入门门槛比较低。扫描的图形、矢量化的图文及多种CAD文件都可轻松地“打印”到激光雕刻机中[4]。

在开始激光切割之前，学生需要进行产品结构构思，尝试设计全息投影的结构：在激光雕刻软件中进行草图绘制，绘制1个上底、下底、高为1cm×6cm×3.5cm的等腰梯形，并利用激光雕刻机软件中的阵列命令进行复制，最终形成4个相同尺寸的等腰梯形。设置好激光雕刻的速度和功率参数后，将产品设计图下载到激光雕刻机中进行切割。经反复测试，学生发现：梯形板透明度越高，投射出来的效果越好，因此学生最终选择了通透性较好的亚克力板进行切割。

学生将激光雕刻机切割出的4片梯形亚克力板，用胶水或透明胶带沿梯形的腰进行粘贴，将四个不同角度的平面通过梯形体锥面衍射，在中间位置重合，最终形成立体造型。将手机放平，打开事先准备好的3D全息投影视频源，调整梯形体的位置，即可看到全息投影的3D影像。

一个用最简单的材料制作而成却又让学生惊叹不已的简易全息投影就这样在学生的手中诞生！“创意物化”是学生最大的收获，“创意当实现”是学生获得成就感的不竭动力。利用激光雕刻机轻松将学生的创意思维变成现实，劳动教育在创新活动中焕发出勃勃生机。

2 从发现问题到自主探究，培养学生自主学习能力

制作出首个全息投影后，学生发现，在光线明亮的教室中直接观看全息投影，实际效果并不尽如人意。如何让自制的全息投影产生的视觉效果更加逼真，更具视觉冲击力，更能让人产生仿佛置身其中的感觉？这需要学生开展进一步的探索与研究。

学生的思维一旦注入创新的导火索，小火花也有可能爆发出异彩纷呈的光芒。学生经过讨论和有序的小组分工后，开始新的尝试。在尝试中同学们发现：环境光线越弱，3D立体虚拟影像效果越好。在不改变外界环境自然光和照明光源的情况下，学生尝试给这个梯形体设计一个外部暗箱，进行遮光处理。可以借助激光雕刻机进行个性化设计与切割，设计一个比梯形体稍大的长方体盒子，在其中一个面上切割出观察区。

期间，又有学生提议：可以在长方体内部贴上黑色卡纸或者涂成黑色，使暗箱的效果达到最优化。学生的提议立刻得到了在场所有人的支持，经过尝试，学生发现，再次播放3D全息投影视频源时，在黑暗中可以看到更加炫酷的立体3D虚拟影像，学生的想法在产品的一次次改进和测试中得到了实现和证实，成功的喜悦溢于言表。

3 激光雕刻作品与文化相融合，推动育人模式创新

从前期的制图到利用激光雕刻机切割完成，通过自己的双手组装拼接，再到反复的测试改进，将自己的想法一一付诸实践，直到最终呈现出一件有趣实用的创意作品。学生纷纷表示：高大上的科技创新对于中学生来说，其实并非遥不可及，只要肯动脑、肯动手，自己也可以化身小小发明家。

生活中，每个人都会有这样的感悟：生活从不缺少美，而是缺少发现美的眼睛。这句话用在造物上同样适用。学生将激光雕刻作品与学校文化结合起来，围绕学校标志性场馆、自然景观等，融入学校办学理念、校风建设、学科特色等文化内涵，对文创作品的设计与制作技术进行探索。比如以党史学习教育为契机，引导学生追寻红色足迹，制作红色科创作品，增强爱党爱国情怀，或在产品中增加学校Logo、校名、校徽等元素，通过激光切割技术呈现出或镂空或扫描的效果；也可以直接对激光切割出的产品进行涂鸦，使作品变得更加美观、有趣。引导学生将激光雕刻产品与校园文化相互融合，让学生在自制文创作品的过程中潜移默化地了解学校的办学历史和深厚的文化底蕴，融“文化浸润、科学探索、审美鉴赏、设计能力、创新意识”于一体，于无声处传递着润心育人之道。

4 将亲子创客引入激光雕刻，开创家校共育新态势

2016年6月，中国儿童中心发起“爱家创酷”中国家庭创新实践活动，足见家校联动、家校合作的新态势。创新点亮世界，亲子共绘未来，家校携手，培育学生养成适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。

学生在利用激光雕刻进行创客学习的同时，可以让父母来和自己一起玩，如共同设计图纸、结构拼搭、作品涂鸦等，收获一份特别的亲子体验。在整个过程中，学生在玩儿的同时充分感受到科学知识的力量和魅力！不仅提升了学生的创新设计思维、科学素养，同时也增强了亲子之间的关系，让亲子创客活动成为孩子与父母游戏、学习、发展的新起点。

5 结语

将激光雕刻技术引入学校、引入课堂，开展一系列创客体验活动，开启智慧教学新模式，集共享体验、校园文创、校园科创、家庭教育为一体，使得传统的教育教学方式发生了深刻的变化。学生通过动手动脑的创意探究活动，经由自己亲手设计切割出个性化的作品，免受现有结构模型、预算的限制，学生的操作技能和思维活动均得到有益的发展和提升。