《3D打印》课程纲要

1、3D打印课程纲要课程名称3D打印设计者林青青适用年级三至六年级总课时18课时课程类型知识拓展类课程简介3D 打印技术又称“快速成型技术”（Rapid Prototype），是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印方式来构造物体的技术1。与传统打印相比，3D 打印无须机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短了产品的研制周期，提高了生产率，降低了生产成本。背景分析目前，一些国家和组织已开始探索 3D 打印在教育领域的应用。如英国教育部开展了一项为期一年的试验项目，以 21 个学校为试点，将 3D 打印技术应用到数学、物理、工

2、程和设计等课程中，从而探索 3D 打印的教学应用，推动教学创新；美国国防高级研究计划局的制作实验和拓展项目计划在美国高中推广 3D 打印机，旨在培养高中生的工程技术与技能，并激发他们对工程、设计、制造和科学相关课程的兴趣，促进高中学龄的学生协作完成一系列的设计和制作方案，以帮助他们解决在未来设计和工程方面的挑战。在我国，青岛各区市相继建立了中小学3D 打印实践中心，并分三个阶段推进 3D 打印进校园活动，每半年举行一次优秀学生作品评选及拍卖活动；上海师范大学以黎加厚教授牵头的项目组于 2013 年 9 月进入和田路小学，与一线教师共同开发 3D 打印课程，并在三、四年级分别实施了一个学期。综上

3、所述，3D 打印技术进入基础教育领域的趋势已势不可挡，但如何开展、如何实施依旧是难题，有必要从具体的课程建设入手，探索 3D 打印技术在基础教育领域应用的依据与策略。课程目标面向小学生开设“3D打印”，并非想把孩子们培养成技术高手，而只是想让孩子们通过接触3D打印技术，并在学习过程中运用这一新兴技术，来促进他们计算思维、空间思维、设计思维和创新思维的发展，从而形成虚拟世界、实体世界以及学生内心世界的联通，激发孩子们的创造力和想象力。 具体的课程建设目标包括：（1）通过系统训练，使学生熟练掌握 3D 建模软件的基本指令，能利用该软件自由创作简单的三维模型；（2）激发学生的建模兴趣，启迪他们的创造

4、意识，培养他们用创新视角分析、解决问题的能力，提高他们的信息及综合素养；（3）借助绘画、动画创作、实验设计等活动，寓教于乐，让学生在愉悦的氛围中了解 3D 打印技术；（4）引导学生了解 3D 打印技术的基本原理，并学会使用 3D 打印机；（5）在将自行设计的 3D 产品进行创作的过程中，引导学生理解 3D 打印产品的实际作用，并将其融入自己的实际生活之中。学习主题活动安排主题活动一：海底总动员从电影海底总动员中的一个小片段开始：小海星和尼莫被困在鱼缸里，想要出去却无能为力，视频就暂停在“诅咒你，让我们出去”。课堂由此开始，孩子们需要做的就是以小组为单位设计一个剧本来拯救鱼缸中的海星和小鱼，而剧

5、本中涉及到的海星和小鱼正是利用 3D 打印的方式获得孩子们在信息老师的指导下，利用 Rhinoceros 软件绘制个性化的海星和小鱼模型（如图 2 所示）；在美术老师和信息老师的共同帮助下，打印自己建模的海星和小鱼。由于使用的是 FDM 技术的 3D 打印机，打印完的成品为纯色，因此还需要孩子们在后期对打印的海星和小鱼用丙烯颜料进行上色（上色后的部分成品如图 3 所示）。最后，孩子们利用自己设计、打印、上色的海星和小鱼，结合“定格动画工作室”软件，将之前设计好的纸质剧本拍摄成定格动画，与其他师生进行交流、展示与共享。主题二：玩具制作该主题以蜘蛛侠和降落伞为例进行教学，其中降落伞作为蜘蛛丝的支撑

6、物出现在本案例中。首先，教师通过“蜘蛛侠是用什么方法进行攀爬的？如果蜘蛛侠的手掌突然没有掌纹之后，他还能拉住蜘蛛丝并往上爬吗？”等问题来引发学生对蜘蛛侠攀爬过程受力情况的思考，从而得出结论：影响蜘蛛侠爬升的因素主要有小孔的开孔方向、蜘蛛侠脚的张开角度、蜘蛛侠手臂的粗细以及蜘蛛侠手摆动的频率。其次，在考虑这些因素的基础上，引导孩子们利用 Rhinoceros 软件对蜘蛛侠和降落伞进行三维建模，并利用 3D 打印机完成蜘蛛侠和降落伞的成品。再次，在美术老师的指导下，利用丙烯颜色对蜘蛛侠和降落伞进行上色。最后，以小组为单位开展蜘蛛侠攀爬蜘蛛丝比赛，并于比赛完成之后通过对比分析得出结论：蜘蛛侠的手臂不

7、是越粗越好，在一定范围内随着手臂宽度的增加，速度会不断增加；但是超过最佳值后，则会减速。本案例中，孩子们在学习 3D 打印技术、绘画的同时还学习了相关的科学知识，不仅高效达成各学科的学习目标，还让孩子们感受到了不同学科知识之间的相通、相融性，并认识到：只有具备不同的学科知识，才能更有效地解决所遇到的现实问题。学习主题三：生活小帮手课堂以“当妈妈走进卫生间时，总是一不小心就被地上湿滑的肥皂液而弄得差点滑倒。这些调皮的肥皂液总是从肥皂盒里流淌出来，作为妈妈的小帮手，你如何帮助妈妈解决这个问题呢？”这一问题情境开始，并抛出 所示的现实问题，引导孩子们分析并得出结论：我们打印的肥皂盒应该可以放下最常见的肥皂，并且可以长期保存，还要具有个性化的外观。在此基础上，引导孩子们对常见的肥皂尺寸进行测量，并利用 Rhinoceros 软件，通过自主协作的方式对肥皂盒进行三维建模。然后，在信息老师的指导下完善肥皂盒模型，最终打印出个性化肥皂盒成品。最后，在美术老师的指导下进行上色，并带回