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(三)3D打印課程的教學(xué)設(shè)計與實踐

1.教學(xué)設(shè)計思路與實施

《3D打印》課程教學(xué)以“我的樂園我做主”為主線，通過讓學(xué)生運用3DOne打印軟件，設(shè)計游樂園的城堡、海盜船、摩天輪、大風(fēng)車、旋轉(zhuǎn)椅等等的游樂設(shè)施，把3DOne打印軟件所要掌握的命令工具融合到設(shè)計樂園的活動中，給學(xué)生提供情景化的學(xué)習(xí)場所，以真實問題出發(fā)，在解決問題的過程中掌握3DOne打印知識，從而提高學(xué)生問題探究能力、解決問題能力、創(chuàng)新思維能力。下面以3DOne打印課程中的第2課《設(shè)計3D神筆——基本實體與顏色渲染》為例，介紹3DOne教學(xué)設(shè)計的思路和實施。

(1)創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣

課程設(shè)計了三位虛擬人物魔法公主(充當(dāng)教師角色)、龍龍和貝貝(充當(dāng)學(xué)生角色)的卡通造型，并且課程自始至終是從這三位虛擬人物進(jìn)入3DOne世界后的相互對話來展開整個學(xué)習(xí)活動。豐富的情景，再配上引人入勝的故事情節(jié)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)就如進(jìn)入神奇的世界?？ㄍㄈ宋锏脑O(shè)計能抓住學(xué)生的眼球，凸顯出STEAM教育的Art部分，培養(yǎng)學(xué)生的審美意識。

如第2課的開篇語，龍龍和貝貝說：“魔法公主，我們有一個夢想，想設(shè)計一個樂園。 ”

魔法公主說：“那就用3DOne軟件設(shè)計吧，這如同‘搭建積木’一樣形象、快捷。你們看，我這里就有一個3D樂園的模型?！?/p>

龍龍和貝貝說：“嘩，好漂亮！我們也想學(xué)習(xí)設(shè)計，這樣我們就可以‘我的樂園我做主’”。魔法公主：“好！在學(xué)習(xí)前，我先‘送’你們一支3D神筆，有了它，你們就可以實現(xiàn)創(chuàng)意設(shè)想了?！?/p>

“筆”在3DOne設(shè)計里是由圓柱體和圓錐體組成的，通過設(shè)計一支筆，就很自然引出3DOne命令工具“基本實體”中的“圓柱體”和“圓錐體”的新知學(xué)習(xí)。在圓錐體和圓柱體的創(chuàng)建中，學(xué)生對于怎樣才能創(chuàng)建出有美感的、體積大小合適的物體要進(jìn)行衡量，這樣的過程能夠激發(fā)學(xué)生的工程素養(yǎng)、數(shù)學(xué)思維和藝術(shù)素養(yǎng)。

(2)新知學(xué)習(xí)，方式多樣

3DOne課程教學(xué)設(shè)計的教學(xué)理念是以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、實踐操作能力、問題解決能力、自我學(xué)習(xí)能力、審美意識和數(shù)學(xué)思維為目標(biāo)。所以新知學(xué)習(xí)的形式多樣，有自學(xué)教材、微課導(dǎo)學(xué)、合作學(xué)習(xí)等。本課的新知主要是學(xué)習(xí)：命令工具“基本實體”中的“圓柱體”和“圓錐體”；命令工具“材質(zhì)渲染”“浮動菜單”中的“移動”。

a.自學(xué)教材：繪制、并給筆上顏色、復(fù)制筆

繪制3 D筆。由于命令工具“基本實體”中的“圓柱體”和“圓錐體”、命令工具“材質(zhì)渲染”以及復(fù)制功能的學(xué)習(xí)較為容易，所以采取的學(xué)習(xí)方式是教師引導(dǎo)，學(xué)生自學(xué)教材。同理，運用繪制筆桿的方法，學(xué)生很容易就能繪制出筆尖。隨著情境的進(jìn)一步創(chuàng)設(shè)，自然過渡到新知命令工具“材質(zhì)渲染”的學(xué)習(xí)。

貝貝說：“魔法公主，這就是3D神筆？從外表看很普通哦?！?/p>

魔法公主說：“3D神筆奇妙在此！它看似普通，其實內(nèi)有乾坤。教你一招：變！變！變！變出一支漂亮的3D神筆?！?/p>

這樣，學(xué)生帶著濃厚的興趣，通過教師點撥和自學(xué)課本也掌握了給筆桿上顏色的新知。

情境引入，繼續(xù)激發(fā)孩子的興趣，學(xué)習(xí)新知復(fù)制功能。

龍龍說：“謝謝魔法公主！這支3D神筆確實很漂亮。我還想要不同顏色的3D神筆去繪制五彩繽紛的3D世界，可以嗎？”

魔法公主說：“當(dāng)然可以。3D神筆奇妙在此！教你一招：變！變！變！變出色彩多樣的3D神筆。”

在情境、故事的不斷深入下，學(xué)生帶著極大地興奮不斷探索，從而掌握一個又一個新知。

最后，綜合運用所學(xué)新知，學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)意，給筆渲染不同的顏色。

b.利用微課學(xué)習(xí)，給筆帶上漂亮的筆帽

新知的學(xué)習(xí)，教師除了引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)課本外，對于難度較大的新知，還有配套學(xué)習(xí)資源，如微視頻、教學(xué)視頻等等。

如學(xué)習(xí)“浮動菜單”中的“移動”命令，給筆帶上漂亮的筆帽，因其操作步驟稍多，且涉及到要在多個窗口中進(jìn)行圖形的移動切換，所以通過微視頻，以微課的方式引導(dǎo)學(xué)生開展學(xué)習(xí)。

首先以情境學(xué)習(xí)為引領(lǐng)，導(dǎo)入新知學(xué)習(xí)：美化3D筆——戴上筆套。

貝貝說：“如此豐富、漂亮的3D神筆，我要好好愛護(hù)它，我想給它戴上筆套?！?/p>

魔法公主說：“你如此愛護(hù)3D神筆，那我就‘送’你可愛的筆套吧?！?/p>

直觀、明了、生動的微視頻，并配上簡明扼要的語音與文字解說，且對于如果在學(xué)習(xí)過程中未能掌握“浮動菜單”中“移動”命令使用的學(xué)生來說，還可以重復(fù)播放視頻再學(xué)習(xí)，以收到較好的學(xué)習(xí)效果。

c.鞏固學(xué)習(xí)，形式多種

要運用所學(xué)的知識進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，關(guān)鍵是對新知的熟練掌握與運用。在課程設(shè)計中，通過采取多種的學(xué)習(xí)形式，如看一看、做一做、練一練、試一試、小技巧等，使學(xué)生的新知學(xué)習(xí)得到進(jìn)一步的鞏固，也為學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)和綜合運用打下了堅實基礎(chǔ)。

d.綜合運用，創(chuàng)新設(shè)計

充滿趣味性、故事性的教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生沉浸在3DOne打印世界的創(chuàng)作中。學(xué)生在學(xué)完了新知后，迫不及待地綜合運用所學(xué)過的知識進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，并創(chuàng)作了很多新穎的作品。

2.課程實踐與效果

筆者在2015學(xué)年下學(xué)期在所在學(xué)校四年級信息技術(shù)課堂中實施了具有濃厚的“在玩中學(xué)，在學(xué)中玩”的3DOne打印課程。經(jīng)過一個學(xué)期的實踐，取得了不錯的效果。

(1)激發(fā)了學(xué)生極大的興趣

3DOne打印課程《我的樂園我做主》的教材內(nèi)容是學(xué)生喜聞樂見的，操作的軟件又如“砌積木”般所見即所得，給學(xué)生帶來前所未有的全新學(xué)習(xí)體驗。直觀、立體、真實的模型，通過3D打印技術(shù)馬上能一一呈現(xiàn)眼前，極大地激發(fā)了學(xué)生的興趣和求學(xué)、求知、求真的欲望。

3DOne打印軟件的學(xué)習(xí)課程讓學(xué)生樂此不疲，每節(jié)課的下課，就是學(xué)生對下節(jié)課的熱切期待以及對自己所設(shè)計模型的交流?！袄蠋煟鹿?jié)課學(xué)習(xí)什么內(nèi)容?”“老師，下節(jié)課能把這節(jié)課設(shè)計的模型打印出來嗎？”“老師，您覺得我設(shè)計的3D神筆怎么樣？”“老師，請你看一看我設(shè)計的城堡是不是很有特色？”等等。

(2)豐富了學(xué)生的想象力

具體形象思維是小學(xué)生思維的特點。生活中的物體都是立體的，觀察這些幾何體，分析其幾何形狀，并要注意對比和想象。例如設(shè)計游樂園的城堡，有各種造型，從三視圖的角度觀察城堡的組成，再利用3DOne打印軟件來完成“建?！薄斑\算”，形成所需的模型。學(xué)生通常是先根據(jù)教材、微視頻或者老師的示范操作進(jìn)行模仿學(xué)習(xí)，從而掌握新知，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行自由創(chuàng)意。

(3)發(fā)揮了學(xué)生的創(chuàng)造力

立體模型激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造興趣，學(xué)生在建模過程中，從平面到立體的轉(zhuǎn)變，不斷地讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)物體的神奇變化，通過建模中的放樣、圓角等命令讓物體發(fā)生變化，通過運算讓實體進(jìn)行組合、去除等，在虛擬的立體世界里培養(yǎng)學(xué)生動手操作能力，在操作過程中不斷發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造力。

在本課程的教學(xué)中，時刻體現(xiàn)著STEAM教育思想。學(xué)生通過使用3D打印技術(shù)感受新技術(shù)的強(qiáng)大，提高技術(shù)素養(yǎng)；通過設(shè)計游樂園的城堡，觀察城堡的三視圖，分析其幾何體組成，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)；利用3D打印軟件完成“建?！焙汀斑\算”，形成需要的模型，發(fā)展學(xué)生的工程素養(yǎng)；卡通人物的創(chuàng)設(shè)以及整體場景的布置，體現(xiàn)學(xué)生的藝術(shù)素養(yǎng)?？傊?，教學(xué)設(shè)計中都貫穿STEAM教育思想，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的問題解決能力、批判性思維和設(shè)計能力，這也與3DOne課程教學(xué)設(shè)計的教學(xué)理念不謀而合。

五、結(jié)語

隨著新的控制技術(shù)、信息技術(shù)和材料技術(shù)的廣泛應(yīng)用，3D打印技術(shù)也逐漸推向更高的層面。本研究將3DOne打印引入課堂教學(xué)中，充分體現(xiàn)了STEAM教育的思想，激發(fā)了學(xué)生的想象力，將學(xué)生的創(chuàng)意有了變?yōu)楝F(xiàn)實的可能，激發(fā)了學(xué)生DIY的興趣，使學(xué)習(xí)更加生動有趣，將藝術(shù)的美感與作品的創(chuàng)作融合在一起，為學(xué)生的學(xué)習(xí)開辟了新的空間，培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力，從設(shè)計到打印，更是大大激發(fā)了學(xué)生實踐的積極性，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)了學(xué)生的動手能力、設(shè)計能力和思維能力。實踐證明：3DOne打印設(shè)計的課堂有利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)、藝術(shù)素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展。但是3D打印對學(xué)生的影響不僅僅在于能讓學(xué)生學(xué)習(xí)建模軟件，3D打印機(jī)和建模只是一個工具軟件或者一臺機(jī)器，想要充分發(fā)揮3D打印技術(shù)在教育領(lǐng)域中的積極作用，在課程教學(xué)的設(shè)計方面，我們需要更多地思考如何在課堂教學(xué)中把學(xué)生培養(yǎng)成為有思想、有創(chuàng)造力的設(shè)計者與思考者，讓學(xué)生擁有一個觀察、探索、實踐和不斷完善的完整過程，為學(xué)生開辟一種全新的思維通道。

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