(三)3D打印課程的教學設計與實踐
1.教學設計思路與實施
《3D打印》課程教學以“我的樂園我做主”為主線，通過讓學生運用3DOne打印軟件，設計游樂園的城堡、海盜船、摩天輪、大風車、旋轉椅等等的游樂設施，把3DOne打印軟件所要掌握的命令工具融合到設計樂園的活動中，給學生提供情景化的學習場所，以真實問題出發，在解決問題的過程中掌握3DOne打印知識，從而提高學生問題探究能力、解決問題能力、創新思維能力。下面以3DOne打印課程中的第2課《設計3D神筆——基本實體與顏色渲染》為例，介紹3DOne教學設計的思路和實施。
(1)創設情境，激發興趣
課程設計了三位虛擬人物魔法公主(充當教師角色)、龍龍和貝貝(充當學生角色)的卡通造型，并且課程自始至終是從這三位虛擬人物進入3DOne世界后的相互對話來展開整個學習活動。豐富的情景，再配上引人入勝的故事情節，使學生的學習就如進入神奇的世界。卡通人物的設計能抓住學生的眼球，凸顯出STEAM教育的Art部分，培養學生的審美意識。
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，想設計一個樂園。 ”
魔法公主說：“那就用3DOne軟件設計吧，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。”
龍龍和貝貝說：“嘩，好漂亮！我們也想學習設計，這樣我們就可以‘我的樂園我做主’”。魔法公主：“好！在學習前，我先‘送’你們一支3D神筆，有了它，你們就可以實現創意設想了。”
“筆”在3DOne設計里是由圓柱體和圓錐體組成的，通過設計一支筆，就很自然引出3DOne命令工具“基本實體”中的“圓柱體”和“圓錐體”的新知學習。在圓錐體和圓柱體的創建中，學生對于怎樣才能創建出有美感的、體積大小合適的物體要進行衡量，這樣的過程能夠激發學生的工程素養、數學思維和藝術素養。
(2)新知學習，方式多樣
3DOne課程教學設計的教學理念是以培養學生的創新思維、實踐操作能力、問題解決能力、自我學習能力、審美意識和數學思維為目標。所以新知學習的形式多樣，有自學教材、微課導學、合作學習等。本課的新知主要是學習：命令工具“基本實體”中的“圓柱體”和“圓錐體”；命令工具“材質渲染”“浮動菜單”中的“移動”。
a.自學教材：繪制、并給筆上顏色、復制筆
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“材質渲染”以及復制功能的學習較為容易，所以采取的學習方式是教師引導，學生自學教材。同理，運用繪制筆桿的方法，學生很容易就能繪制出筆尖。隨著情境的進一步創設，自然過渡到新知命令工具“材質渲染”的學習。
貝貝說：“魔法公主，這就是3D神筆？從外表看很普通哦。”
魔法公主說：“3D神筆奇妙在此！它看似普通，其實內有乾坤。教你一招：變！變！變！變出一支漂亮的3D神筆。”
這樣，學生帶著濃厚的興趣，通過教師點撥和自學課本也掌握了給筆桿上顏色的新知。
情境引入，繼續激發孩子的興趣，學習新知復制功能。
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，綜合運用所學新知，學生發揮創意，給筆渲染不同的顏色。
b.利用微課學習，給筆帶上漂亮的筆帽
新知的學習，教師除了引導學生自學課本外，對于難度較大的新知，還有配套學習資源，如微視頻、教學視頻等等。
如學習“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行圖形的移動切換，所以通過微視頻，以微課的方式引導學生開展學習。
首先以情境學習為引領，導入新知學習：美化3D筆——戴上筆套。
貝貝說：“如此豐富、漂亮的3D神筆，我要好好愛護它，我想給它戴上筆套。”
魔法公主說：“你如此愛護3D神筆，那我就‘送’你可愛的筆套吧。”
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，且對于如果在學習過程中未能掌握“浮動菜單”中“移動”命令使用的學生來說，還可以重復播放視頻再學習，以收到較好的學習效果。
c.鞏固學習，形式多種
要運用所學的知識進行創新設計，關鍵是對新知的熟練掌握與運用。在課程設計中，通過采取多種的學習形式，如看一看、做一做、練一練、試一試、小技巧等，使學生的新知學習得到進一步的鞏固，也為學生繼續學習和綜合運用打下了堅實基礎。
d.綜合運用，創新設計
充滿趣味性、故事性的教學環節，讓學生沉浸在3DOne打印世界的創作中。學生在學完了新知后，迫不及待地綜合運用所學過的知識進行創新設計，并創作了很多新穎的作品。
2.課程實踐與效果
筆者在2015學年下學期在所在學校四年級信息技術課堂中實施了具有濃厚的“在玩中學，在學中玩”的3DOne打印課程。經過一個學期的實踐，取得了不錯的效果。
(1)激發了學生極大的興趣
3DOne打印課程《我的樂園我做主》的教材內容是學生喜聞樂見的，操作的軟件又如“砌積木”般所見即所得，給學生帶來前所未有的全新學習體驗。直觀、立體、真實的模型，通過3D打印技術馬上能一一呈現眼前，極大地激發了學生的興趣和求學、求知、求真的欲望。
3DOne打印軟件的學習課程讓學生樂此不疲，每節課的下課，就是學生對下節課的熱切期待以及對自己所設計模型的交流。“老師，下節課學習什么內容?”“老師，下節課能把這節課設計的模型打印出來嗎？”“老師，您覺得我設計的3D神筆怎么樣？”“老師，請你看一看我設計的城堡是不是很有特色？”等等。
(2)豐富了學生的想象力
具體形象思維是小學生思維的特點。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“建模”“運算”，形成所需的模型。學生通常是先根據教材、微視頻或者老師的示范操作進行模仿學習，從而掌握新知，在此基礎上再進行自由創意。
(3)發揮了學生的創造力
立體模型激發了學生的創造興趣，學生在建模過程中，從平面到立體的轉變，不斷地讓學生發現物體的神奇變化，通過建模中的放樣、圓角等命令讓物體發生變化，通過運算讓實體進行組合、去除等，在虛擬的立體世界里培養學生動手操作能力，在操作過程中不斷發展學生的創造力。
在本課程的教學中，時刻體現著STEAM教育思想。學生通過使用3D打印技術感受新技術的強大，提高技術素養；通過設計游樂園的城堡，觀察城堡的三視圖，分析其幾何體組成，培養學生的科學素養和數學素養；利用3D打印軟件完成“建模”和“運算”，形成需要的模型，發展學生的工程素養；卡通人物的創設以及整體場景的布置，體現學生的藝術素養。總之，教學設計中都貫穿STEAM教育思想，強調學生的問題解決能力、批判性思維和設計能力，這也與3DOne課程教學設計的教學理念不謀而合。
五、結語
隨著新的控制技術、信息技術和材料技術的廣泛應用，3D打印技術也逐漸推向更高的層面。本研究將3DOne打印引入課堂教學中，充分體現了STEAM教育的思想，激發了學生的想象力，將學生的創意有了變為現實的可能，激發了學生DIY的興趣，使學習更加生動有趣，將藝術的美感與作品的創作融合在一起，為學生的學習開辟了新的空間，培養學生的實踐操作能力，從設計到打印，更是大大激發了學生實踐的積極性，提高了學生的學習熱情，增強了學生的動手能力、設計能力和思維能力。實踐證明：3DOne打印設計的課堂有利于學生科學素養、技術素養、工程素養、藝術素養和數學素養的發展。但是3D打印對學生的影響不僅僅在于能讓學生學習建模軟件，3D打印機和建模只是一個工具軟件或者一臺機器，想要充分發揮3D打印技術在教育領域中的積極作用，在課程教學的設計方面，我們需要更多地思考如何在課堂教學中把學生培養成為有思想、有創造力的設計者與思考者，讓學生擁有一個觀察、探索、實踐和不斷完善的完整過程，為學生開辟一種全新的思維通道。
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更新時間：2017-04-05
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