3D打印技术属于一种非传统加工工艺,也称为增材制造、快速成型等,是近30年来全球先进制造领域兴起的一项集光、机、电、计算机、数控及新材料于一体的先进制造技术。该技术通过将粉末、液体、片状、丝状等离散材料逐层堆积起来,“自然生长”成三维实体,被誉为第三次工业革命的典型产物。以其新型、前沿、创新的科技优势,已广泛进入航空航天、工业设计、医学、建筑、教育等应用领域。在2016年地平线报告基础教育版中定为未来2至3年将被采用的技术。2017年10月25日,教育部印发《中小学综合实践活动课程指导纲要》,其中在《设计制作活动(劳动技术)推荐主题及其说明》附件中,推荐3D设计及3D打印机进学校。
一、将想象变为现实
小学生大都喜欢画画,是因为他们正处于想象丰富的时段,通常喜欢把他们想做的和各种个性的念头通过画画表达出来,但是画画只能画在纸面上,呈现方式有其一定的局限性。3D打印技术可以有效的解决这一局限性。“神笔马良”的故事是深入人心的,马良通过一支神奇的笔,得到了想象出的所有东西,3D打印笔与那支神奇的笔类似。当学生在课堂上用3D打印笔打印出一个个鲜活的面具实体,直接戴在自己的头上,跟着动听的音乐嗨起来的时候;当孩子们把用3D建模软件设计自己家的衣帽间打印出来送给自己父母时,脑海里的想象成为了现实,孩子们的眼里都闪着光,都为这个第三次工业革命标志产物的魅力所折服。
二、 3D打印助力学科整合
设计一直是学生的一个难点,需要学生具备较强的综合素质和综合知识水平,我们就可以利用学科知识助力3D打印设计。
比如让学生设计自己心目中不同样式的花瓶时,教学中我们可以采取利用旋转命令将设计的一个面旋转360度来完成。为什么把一个面旋转360度就可以变成一个立体图形呢;这个面在花瓶体里面,学生看不见,这个面怎么来确定,学生很难想象到这个面是个什么形状。是这节课的两大重点和难点。
这个时候我们借助于小学数学《圆柱和圆锥》一课,对于圆柱的形成,传统数学课里的思路是将一张长方形小纸片绑在一根小木棍上,搓动小木棍,让学生观察,小纸片旋转一周会变成什么样的物体,学生通过观察结果,猜想出是一个圆柱体。那么这个基本图形就是长方形。然后到3D建模软件中,用一个长方形以一条边为旋转轴,旋转360度,让学生观察旋转的过程,学生的认识更加直观。
以此为契机,让学生在老师提供的多种花瓶的图片中,画出不同的基本图形,脑海里就有了旋转面的基本模样,给学生提供了设计的基础,然后就可以根据自己想象的花瓶样子来设计基本图形,通过旋转命令做出各种个性化的花瓶。这样3D打印技术就很自然的、有效的与学科深度融合在一起。使学生实现跨学科的多元学习,提高学生综合解决问题的能力,养成跨学科解决问题的习惯,促进学生的全面发展。
三、利用3D打印技术来佐证学生的猜想
3D打印能够使过去停留在理论或者遐想的想法,通过打印出来的实物进行印证,佐证自己的思维和所设计的可行性。
在小学二年级语文《画杨桃》一课中描述了这样一个故事:老师要学生画杨桃,“我”根据自己看到的,把杨桃画成像个五角星的样子,招到了同学们的讥笑。我们就可以就用3D建模软件把一个五角星放样成一个杨桃,同时还可以看到杨桃的纵切面就是一个五角星,从而让学生证明了自己的猜想是有依据的,还可以在3D建模里通过旋转角度,让学生从不同的角度观察杨桃。学生从感性知识过渡到理性知识,认识的过程比较完整。通过这种学习,学生的观察能力、独立思考能力、动手能力得到了很好的锻炼,求实的科学态度、探究的科学精神、热爱科学的情感得到了培养。
四、3D 打印助力学生创新能力
创新意识是创造的前提和关键。在3D打印的教学和学生作品的制作整个过程,就是培养和增强创新意识的过程。 3D打印不仅可以增强学生的成就感,还可以将学生的创新成果物化,实现平面到实体的飞跃,学生可以将孕育出很多新颖的过去认为天方夜谭的设计理念和设计方案变为现实,这样就充分尊重了学生的主体地位,满足了学生的表现欲望,营造出一种创新的氛围。学生在这种的氛围下发挥想象、大胆质疑,并将自己的创新改进的想法付诸到具体的实践操作上。对打印出来的作品,反复对比、调整、修改,直到达到满意效果。这样整个学习过程中,学生的学习不仅从被动转向主动,大大促进了学生的学习动力,更重要的是对他们进行了创造性思维训练,从“思”到“造”,成功激发他们的创新动机。让学生更有成就感,学生学习起来更带劲,激发了学生强烈的学习探索欲望,极大地发挥了学生的潜能,从而增强了学生的创新意识和设计能力,全面提升学生的创新素质和创造力。