3D建模打印在高中通用技术课程中的实践探索
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摘 要 从通用技术课程角度出发，以实践为基础，认识3d建模打印对通用技术课程的价值和意义。从实际教育教学角度，探索3D建模打印有效实践途径和方法。
关键词 3D建模打印；通用技术；创客
中图分类号：G633.67 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2017）07-0027-02
1 什么是3D建模
3D打印、3D建模是目前一个热门话题。关于3D的概念，一般这样解释：D是英文单词dimension的缩写，是维度的意思，3D就是三维。人们都知道并理解二维的概念，三维就是在二维的基础上再增加一个维度形成立体空间。通常人们可以理解为三维就是三个坐标轴，X轴、Y轴、Z轴。X轴表示左右空间，Y轴表示上下空间，Z轴表示前后空间。三维物体，简单通俗地讲就是具有长、宽、高三个维度的物体。3D打印就是利用打印机打印出三维物体，3D建模简单来说就是通过三维制作软件在虚拟三维空间中构建出具有三维数据的模型。
2 3D建模打印应具备的条件
需具备适合的3D打印机 3D打印诞生于20世纪80年代，在近几年，发展势头有质的飞跃，3D打印产品逐渐被人们熟悉。3D打印是一种快速成型技术，以数字模型文件为基础，运用粉末状可联合的各种材料，通过逐层打印的方式来构造物体。其实3D打印机和普通打印机工作原理基本相同，区别点在于普通打印机打印的是二维平面，3D打印机打印的是三维物体。3D打印机只是通过电脑程序控制，把相应的打印材料逐层叠加起来，最终把电脑上的数字三维模型打印成实物物体，所使用的材料是金属、陶瓷、塑料等。
对于中学来说，如果有足够的资金投入，能买到工业级别的3D打印机那就再好不过了。一般而言，普通的桌面3D打印机即可满足日常教学的需求。比如，桌面3D打印机Makerbot Replicator、REPGO、Creatbot科瑞特等。这些3D打印机使用的材料是PLA或者ABS。耗材易得，价格实惠，而且桌面3D打印机易学易上手。
通用技术教师需具备3D基础建模能力 光有3D打印机还远远不够，我们不能仅仅停留在下载别人的3D建模模型为己用。更需要通用技术教师具备建模能力，通过三维设计软件将自己的创意建模，再利用3D打印机打印出来。学习使用三维软件并非难事，网络上有大量的教学视频以及有相应的论坛、QQ群和微信群，通用技术教师只要利用好业余时间，经过一段时间的自学，即可具备一定的3D基础建模能力。3Ds MAX2014、SketchUp2014、Autodesk 123D Design等三维设计软件都比较适合教师自学，其中3Ds MAX2014软件对电脑硬件有一定的要求，其他两款软件对硬件要求不高，容易上手。通用技术教师可根据自身的学习习惯去选择相应的软件学习。
配备一定数量的电脑 笔者认为，如果仅仅是教师使用，只需要一台打印机配置一台电脑即可。如果是想形成规模，或者是开设3D基础建模课程的话，就需根据实际需要配置一定数量的电脑和打印机，初期班级人数不宜多，控制在20人以内。3D基础建模课程理想状态配置包括5台左右的3D打印机、相应的电脑和教室，最好拥有一间专门3D基础建模教室。3D打印机均放置在这间教室里，同时教室周围配置3D打印作品展示橱窗。对于电脑配置要求，笔者认为，有资金投入的话，电脑配置越高越好。如果资金投入有限，近3年的电脑配置版本也可使用。电脑数量跟学生数量一致，达到人手一台。
3 3D建模打印在通用技术课程中的价值和意义
亲近现代科技，激发学生学习兴趣 通用技术课程的基本理念表明：技术发展日新月异，通用技术课程内容同样要与时俱进，既要体现基础性，也要选择具有时代气息，适合社会发展、体现未来科技走向的资源。3D建模打印符合这一要求。中学生对未来的科技都有一定的探索欲望，在通用技术课堂中，引入3D建模打印技术，可以更好地增强学生学习的积极性。教师在课堂中展示自己建模并3D打印的作品，让学生真真切切地感受到现代科技就在眼前、就在身边，也可以更多激发学生的课堂学习兴趣。
加强辅导交流 相信很多通用技术教师跟笔者一样有过这样的经历：学生有时会把自己的创意设想提出来跟教师一起探讨，但是学生的设想有的停留在脑袋里、有的停留在图纸上，没有实物。教师仅靠自己的个人经验无法答复，有了3D打印，教师可以根据学生的设想，将其建模出来，再利用3D打印机打印出构想，再与学生一起探讨方案是否可行，笔者认为，这样的深层次交流，对彼此都更有促进，都有提升。
丰富通用技术选修课程 通用技术课程包括必修和选修课程，选修课程可以根据各校的能力有选择地开设。只要具备笔者前面提及的3D建模打印所具备的条件，3D基础建模课程完全可以在中学开设，同时3D基础建模完全可以与创客活咏行整合，将想法落地。
为校创客社团添砖加瓦 “创客”本意是指勇于创新，努力将自己的创意变成现实的人。如今大部分学校为适应时代的发展，尊重学生的个性化需求，都成立了创客社团。江苏省锡山高级中学的创客社团是以Arduino开源资源为核心，进行一系列的创客活动，3D建模打印技术让创客们的想象能即刻变成现实，为促进创客的快速发展增添力量。
自制教具，提升课堂教学效率 自制教具是教学设施的重要部分之一，在自制教具方面，师生们经常有好的创意、好的想法，但苦于一些硬件设备的缺乏，导致无法或难以制作出来，或者要花费很长时间，得不偿失。通过3D桌面打印技术，可以很好克服自制教具的困难，以前是想得到而做不出，现在是想到就能做到，极大方便了师生。
比如通用技术“简单的结构设计”内容的学习，要想让学生理解构件的横截面与结构强度的关系，光靠书本上的几幅图或者靠教师口头直接传授，学生只能停留在记忆的层面，达不到深层次的理解，课堂效率不高，更谈不上在结构产品制作上的应用。这时教师可以借助3D技术，打印出相应的3D产品，在课堂上现场演示，或者课前摄录成微课视频，让隐性的知识转变为可感知的具体实物，不仅加深对所学知识的理解，而且还为下一步的项目制作奠定理论基础。
再如在讲解“技术试验”章节时，可以利用3D打印技术打印三种长度一样、厚度一样、截面周长一样，仅仅是截面的形状不一样的产品（正方体、圆柱体、三棱柱），然后再打印一个支架，这样就可以给同学们现场演示什么样的截面载重能力比较出色，一目了然。而且3D打印可以批量打印出产品，满足日常教学需要。
优化项目制作方案，提升项目制作质量 在通用技术教学过程中，项目制作是不可缺少的。在设计方案环节，出现多方案是常有的事。怎样在多方案中进行抉择？传统的方法是先花费一定的时间做出模型，再进行技术试验，再比较，这样的方法费时费力。现在有了3D打印技术，可以短时间之内通过将方案进行3D数字建模，然后再进行技术试验，可以高效率地进行方案的遴选。这个过程由师生共同进行，教师利用自身掌握的3D建模技术协助学生完成数字建模，然后再打印出来，由学生自己进行技术试验，得出需要改进和优化的地方。找出最佳方案进行制作，一定程度上提升了制作的质量。
辅助科技创新制作 以往在作品制作活动过程中，曾遇到这样的问题：有时需要一个小零件、小部件，走遍市场、网络都难以寻到踪迹。怎么办？放弃很是不舍，不放弃又难以完成，去外面定制，费用昂贵。利用3D打印技术，可以自己参与建模打印使用到作品制作中。如果教师觉得自己没有足够多的时间来建模，可以在创客社团中挑选出对3D感兴趣的学生，利用业余时间进行3D建模软件的学习和培训，培养3D建模群体，共同参与建模。比如，笔者以前在制作科技小车时，发现没有十分适合放置板子的地盘，自己手工制作，时间不够，通过3D技术应用，利用游标卡尺测量好数据即可进行3D建模，有效缩短了制作进程，提高了作品制作效率。
3D建模打印不仅可以在通用技术课堂教学、创客社团、科技创新等领域发挥作用，还可以促进通用技术教室文化建设。传统的通用技术教室，通过3D建模打印，教师可以把日常新颖有创意的产品设计、工业设计获奖作品打印出来，一一展示在教室橱窗里，还可以自行建模打印一些日常用品，比如花瓶、茶几、古式窗几、凉亭建筑、肥皂盒、手机支架、水杯、铅笔笔帽、桥梁模型等，摆放在教室橱窗里。学生一走进通用技术教室，扑面而来的时代气息、创新设计，潜移默化中激发了学生的创新热情，无形之中激起了学生制作的兴趣，丰富了通用技术教学内容，促进了通用技术教学目标的实现。■
参考文献
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[4]崔允t.有效教学[M].上海：华东师范大学出版社，
2009.
作者：吕士媛，江苏省锡山高级中学（204174）。
10.3969/j.issn.1671-489X.2017.07.029