张桂荣
佛山市顺德区杏坛梁銶琚初级中学
摘要：基于STEAM理念的3D打印课程，通过创意设计、建模、切片、打印、后期美化等综合实践探究活动，让学生实现由学到用、由单学科知识使用，到多学科融合使用的良好体验，有效促进学生核心素养的发展。本文主要介绍了3D打印课程中通过项目学习的方式促进学生发展核心素养的一些有效做法。
关键词：3D打印 学生发展 核心素养 项目式学习
随着科技技术的飞速发展，人类社会发展主要的竞争体现在科技力量的竞争，科技力量的竞争关键在于人才的竞争。学生发展核心素养的提出，为人才培养明确的方向，基于STEAM理念的课程也逐渐走进了课堂教学，结合了创新技术和创意思维培养的3D打印课程成为了很多学校的热门的选择。如果单从3D打印技术的学习来说，学生经过了设计、建模、切片、打印几个环节的技能培训后，这个课程就已经告一段落了。但是从课程实施的价值和意义来说，技术的掌握只是创新学习活动的开始。如何利用3D打印课程，促进学生发展核心素养的提升，我们学校做了一些积极的探索和实践。
一、3D打印技术
3D（三维），是指在平面二维系中又加入一个方向向量构成的空间系，简单来说，如果我们把常见的一张A4纸可以看做一个二维平面（长、宽），如果当把500张A4纸堆叠在一起就变成了一个三维体（长、宽、高），我们日常看到的物体很多都是三维的。
3D打印，是一种快速成型技术。以数字模型文件为基础，通过逐层打印的方式，把粉末状金属或塑料等可粘合材料一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。3D打印主要包括模型设计、切片、打印、后期加工几个过程。
二、3D打印课程促进学生核心素养发展的策略
教育是一种春风化雨，潜移默化的育人活动。基于STEAM的3D打印课程，与其他文化学科不同，也不同于那些纯技术的学科，而是综合了数学、技术、科学、艺术、工程等多学科的知识，在学生掌握了一定的3D设计及打印技术以后，通过项目式的学习活动，学生在小组交流、互助协作、动手实践的活动中，多学科知识的互相融合，多种思想的混合冲击，各种技能的配合，逐渐提升中学生发展核心素养的学习活动。在这个课程中，我通过设计形式多样的项目，结合STEAM理念下教育创新创客实践活动的策略，来开展3D打印课程。
学习项目与学生发展核心素养的关系列表
（一）以项目式学习提升学生“文化基础”
为了社会生活实际与课程教学有效结合，让学生“做中学”活动体验要知识和乐趣，我设计了天梯、辎重小车、投石器、救援小船等项目，学生需要用到物理、数学、艺术、建筑工程等多方面的知识解决项目任务，尽管学生对这些知识完全陌生，但是为了解决项目学习的任务，他们不得不通过查找资料，向他人求助等方式，了解和加深理解相关的知识，当知识积累到一定程度后，再小组成员的头脑风暴活动中，汇聚了他人的智慧，尝试对项目进行第一次的规划、建模测试，为了达到更好的效果。团队之间必须进行第二次的再规划、再建模测试，直到方案的最终确定。
（二）以项目任务驱动学生“自主发展”
兴趣是学习最好的动力，在项目式学习中，为了更好的完成项目任务，学生必须解决一些关键的问题，除了知识上的缺乏需要自我学习以为，还要养成学会思考的习惯，例如天梯项目的过程中，在打印材料限制的情况下，如何设计才能让天梯最高、最稳定、材料最少？再结合之前已经根据本项目的需要恶补了一些适用的知识，先解决哪个问题？后解决哪一个问题？最后把这些方案整合在一起，从而形成最佳的解决方案。在这个过程中，一个一个的问题就是学生的学习任务，这些任务驱动着学生不断向前进步。
（三）以项目的拓展引领学生“社会参与”
教育需要面向未来，学以致用是检验学习效果的有效途径。基于STEAM理念的3D设计课程，以项目式学习为主要的学习模式，并通过项目的拓展和社会紧密联系在一起，一方面，刺激学生的学习兴趣，另一方面，让学生通过理论联系实际，培养参与社会建设的意识和技能，为未来参加社会建设积累知识和技能。
三、3D打印课程中如何促进学生核心素养培养的实践
1.项目任务：制作一个天梯
（1）利用有限的材料（PLA 15m），设计并打印一个最高的天梯；
（2）天梯的形状、大小不限；
（3）不能依靠任何其他外物支撑，天梯能够独立稳定摆放在水平桌面上；
（4）通过评比，天梯能够达到的高度尽可能最高。
说明：天梯可以分步打印，也可以一次打印成型。如果采用分步打印后拼接，只能使用结构拼接，不允许借助其他材料如胶水、绳子等物品粘合。
2.学习活动
（1）项目分析
小组交流，认真分析项目的任务及制作要求，找出解决问题有哪些关键点？这些关键点应该如何解决？把这些关键点记录下来，如下表。
（2）项目规划
首先，根据小组对项目的分析后得出的解决方法，对项目任务进行构思，规划和设计草图，在设计草图当中不断的完善之前的设想，如果遇到新的问题，继续重复第一环节的项目分析，再规划、再修改草图，到最后定稿。
其次，根据草图，利用3D建模软件，进行项目建模。
（3）切片及打印
根据项目建模的数字化模型文件，利用切片软件进行切片处理，并使用合适的3D打印机打印出来，并做适当的打磨、削平、抛光打磨的后期处理，为后面的拼装做好准备。
（4）项目安装
把3D打印完成的项目配件进行结构拼装，搭建，最终成型。
（5）项目成果展示
项目完成后，每个学习小组向全班同学展示并解说项目成果的特色和优点
（6）评价与反思
项目成果展示后，各小组互相交流，找出不同小组的设计特色和优点，与自己的成果作为对比，取长补短。
例如，天梯项目建模过程中，采用不同的层架结构、整体结构，效果完全不同。
矩形层架结构、六边形层架结构比三角形层架结构的稳定性强很多，承重能力大，但是需要的打印材料过多；
扭曲结构比立柱结构更省材料，形状也很美丽，但是承重能力不够。
……
（7）社会拓展
知识来源于生活，反过来也服务于生活。项目的优秀成果应该与社会紧密结合，解决社会上一些问题，起到服务社会的作用。
能力拓展：
通过本项目的学习，你的项目成果能给社会带来哪些帮助？
你的项目成果，在社会上有没有正在被人们应用？
你的项目成果，可以解决社会上哪些难题？……
四、实践与反思
创新是引领发展的第一动力，是建设现代化经济体系的战略支撑。随着3D打印技术的发展，以低成本，简单易学为特色的3D建模，3D打印课程在中小学校园内很受欢迎，也为青少年学生开展创新实践提供了简单有效的途径，学生通过3D打印技术，可以随时把自己创新的想法变成实物打印出来，还可以对自己的想法进行进一步完善，经过加工，变成现实。还可以让自己的创新想法，变成项目成果，服务于社会、服务于生活。
然而，由于当今3D打印机技术的限制，我们发现，学生的项目成果想要从数字模型打印变成实体，还需要比较长的时间，对保持学生的创新热情存在一定的影响，期待3D打印技术的进一步发展。
参考资料：
1.丁焱.中小学开设 3D 打印课程的意义[J].技术装备大讲堂,2014,14(1):84-85
2.焦建利.创客教育在中小学的发展[J].中国信息技术教育.2015(15):21-22.