教师简介

王世达 上海市普陀区教育学院现代教育技术研究室副主任，初中、小学信息科技教研员。教育硕士，长期从事信息科技教育和教育信息化研究，开发了上海市教师培训共享课程《移动学习环境的创设与App应用探究》，参与撰写了《基于Visual Basic下的高中程序设计常用算法汇编》《玩转Scratch创意编程》两本教材。

3D打印被誉为“第三次工业革命的重要生产工具”，该技术被广泛应用在军事、建筑、医学、设计、制造等多个领域。2014年，NASA（美国国家航空航天局）将一台3D打印机送上空间站，探索宇航员通过打印来完成损坏或者老化零部件的更换；2015年，江苏省南京市儿童医院在国内首次运用3D打印技术，辅助治疗儿童先天性心脏病；2016年国庆节，天安门广场及长安街沿线的国庆花坛，全部采用3D打印技术；在我国的《中国制造2025》和德国的“工业4.0”中，也都把3D打印作为重要的技术支柱。
在2013年美国新媒体联盟发布的《地平线报告》中，首次将3D打印技术列为教育领域未来4—5年内普及应用的创新型技术。在过去几年里，3D打印已经以信息技术拓展课或社团活动的形式，逐步走进了中小学课堂，并与STEAM教育、创客教育等有机融合，对培养青少年的信息素养、创新思维、空间想象、跨学科学习等能力，起着重要的作用。

常见的青少年3D打印软件与工具
从简单的3D打印笔到专业的3D建模软件和打印机，3D打印软件与工具已逐渐走到中小学生的身边。下面介绍几种我区教师常用的3D打印软件与工具。
一、3D打印笔
小学低年级学生还没有明确的三维空间概念，3D打印笔是最简单的入门工具。它无需电脑和软件的支持，学生只要将其插上电源，安装3D打印耗材，就可以开始作品创作。但由于笔尖和挤出的塑料耗材温度可能会达到200℃，建议学生在教师或家长的陪伴下使用。

二、iPad上的3D建模App
小学高年级学生已经具备了初步的三维空间概念，也比较熟悉移动智能终端，可以使用iPad上的123D Design、Morphi、Happy 3D等App，通过拖拉、点击等操作，初步体验3D建模的过程，并在iPad上通过Wi-Fi进行作品打印。

三、PC平台上的3D建模软件
初中生已经具备一定的三维空间概念，并对计算机软件操作比较熟练，能够使用3DMax、SketchUp、3DOne等常用3D建模软件，通过使用挤出、车削、布尔运算的加减交、雕塑甚至3D扫描等方式，完成作品并进行打印。

  四、3D打印机
目前市场上的3D打印机品牌、型号众多，但一般都支持主流3D软件导出的STL格式文件，使用PLA或ABS塑料作为打印耗材，能够满足教学的基本需求。

3D打印与STEAM教育、创客教育的关系
“STEAM”的前身是“STEM”，即科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics），之后又加入了艺术（Art）。STEAM教育将技术与工程、艺术、数学结合，旨在打破常规的学科界限，通过综合应用解决实际问题，培养综合性的人才。3D打印技术是科学发展的产物，3D建模的过程需要信息技术的支持，打印出来的作品往往用于解决工程类的问题。3D设计的过程中，还要注意作品的美观与艺术性。3D建模的过程能够帮助学生建立起数学立体几何的空间概念，是实践STEAM教育的一个有效途径。
“创客”一词来源于英文单词“Maker”，是指出于兴趣与爱好，努力把各种创意转变为现实的人。我们小时候都曾经用橡皮泥、纸片、木块等制作各种玩具。随着3D打印的出现，创客们可以把自己的创意，通过3D建模并打印成实际产品，进行调试更新和创新应用。在3D打印课程中，学生需要提出自己的创意设计，在计算机上学习使用3D建模软件，让学生在发现问题、探索问题、解决问题的过程中，将创作灵感转化为作品，真正实现“做中学”的教育理念。学生从知识的消费者转变为知识的创作者，教师从知识的传播者成为学生的创客伙伴，学校也从知识传授的中心转变为实践应用和创造中心。
3D打印在教育领域的开展现状
目前，3D打印已经引起了国内外教育界的高度重视，自笔者2014年初第一次使用3D打印机以来，短短三年的时间，国内不少中小学都已经购置了3D打印机，并建有相应的创新实验室。北京、上海、深圳等发达地区的学校，还自主开发了不少3D打印校本课程，青岛市在2015年底提出了3年内所有中小学校全部开设“3D打印课”的目标……国内一些重大的学生信息技术竞赛活动，比如全国中小学电脑制作活动、全国中小学信息技术创新与实践活动等，均把3D创意设计、3D创新作品等列入比赛项目。此外，3D打印技术还能帮助其他学科教师，设计、定制、打印出所需要的教具或模型。
实施3D打印课程的建议
首先，根据笔者的经验，一个3D打印作品从灵感出现到打印完成，往往需要4—6个课时，建议在实施3D打印课程时以项目活动的形式开展，将项目实施与应用信息技术解决实际问题的过程融合起来；学生组成小组，从实际需求出发，提出创意设计，上网搜索资料，理解模型构成，学习软件使用，不断调试修改，形成个性化作品，并最终打印成型，分享交流。 
其次，在项目活动的实施过程中，教师应当关注各个环节，捕捉其中的教育元素，关注学生在作品创意时天马行空的讨论，对现代科技发展的感悟，对三维空间的认知，以及设计与艺术之美。培养学生批判性思维和用信息技术解决实际问题的能力，帮助学生养成自主、合作、探究、分享的精神，培养具有信息素养、创新思维、艺术设计能力的跨学科综合性人才。
最后，在3D打印课程实施过程中，教师要以学生为主体，尽量杜绝教师提供样例、学生依葫芦画瓢的现象，要注重激发学生的创新意识、创造思维、创意设计，尊重学生创意，帮助学生实现创意，从而培养出符合数字时代要求的学生创客。
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3D打印课程如此有趣，后续几讲，将由我区的教师团队分别以iPad上的Happy 3D和PC上的3DMax为例，介绍3D打印课程在小学、初中的实施案例。