一、引言

 近些年来，随着技术的发展，机器人、自动驾驶、人工智能等技术也开始加速走进千家万户，融入人们的生活，家庭机器人、3D打印机、智能家居、自动驾驶等，人们感受到了技术的魅力，也发现了自己对于技术的无知，俨然成为21世纪的“新文盲”。在国家和人们强烈的意愿下，创客教育轰轰烈烈的推进，各校买设备，买器材，建创客空间；创客活动、创客社团与日俱增。作为创客教育的一大模块，3D打印也进入各个学校，甚至家庭。学生在这种方便、简单、具有独特性的造物活动中进行学习。但是在这层表象下面也存在很多的问题，没有相对规范和统一的教材，没有专业化的3D打印老师，课程由美术老师、信息技术老师、通用技术老师等教师进行兼职。课程的设计、课程的教学模式也是老师们的一大难题。

二、3D打印课程设计理念

3D打印是快速成型技术的一种，它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，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印的设计过程是：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。3D打印的主要过程是设计建模、切片、打印装配，对于中小学3D打印教育课程的设计，其主要是设计和建模的学习，作品的打印比较简单，打印后的后处理和组装、装配也是在设计建模时就需要考虑的。设计和建模主要是通过三维设计软件，将设计者所构思出的想法进行三维设计，从而使产品制作能够依据三维模型作为指导进行生产，而这里设计出的三维模型不单单只是可以导入到3D打印机进行打印，绘制的三维模型也可以连接激光切割、数控加工中心等设备进行加工，也可以导出工程图、效果图或进行运动仿真等操作。3D打印只是加工制造的一种方法。所以不管是开展激光切割还是3D打印课程，课程的重点主要是落在设计和建模，三维设计是基础！设计绘制的三维模型是后续加工实物、虚拟仿真、动画制作和有限元分析等操作的基础。因此我们的课程设计也主要是围绕设计和建模开展。

三维设计作为未来一项重要的技术储备和学生创新思维、创新能力培养的一个载体，课程的设计要考虑学生专业未定，知识比较断点，学生的接受和理解能力有限，所以课程由最开始的模仿生活中简单非活动结构事物的制作再过渡到组合拼接结构、活动结构等物品的设计，在有一定基础后，结合电子电路、arduino控制板等进行产品的设计和制作，循序渐进。也可以对三维建模进行深入了解，比如利用三维设计软件进行参数化设计、运动仿真等操作。设计和建模是课程的基础，可以进行大班教学，只要配备一定的电脑和几台打印机，学生设计绘制的模型可以选择比较优秀或是按顺序安排打印，让每个学生一个学期至少有一件作品出来。综合性的设计和制作比较适合小班教学，可以利用社团课、校本课进行。

三、3D打印课程设计

课程目标：

1、掌握3D打印的基本流程，即建模、格式转换、切片和打印，并能熟练使用三维建模软件进行建模。
    2、了解三维软件的中动画制作、参数化设计、运动仿真等功能的使用。
    3、在课程的实践活动中，通过综合性的设计和制作让学生感知新型技术的魅力及在生活中的应用。

课程设计思路

根据设计建模的难易程度和知识的综合应用，将课程分为四个模块，第一单元走进3D打印，第二单元创意设计，第三单元组合与综合性产品的制作，第四单元建模软件的综合使用。

第一单元主要介绍3D打印的基础知识，比如3D打印的历史，发展、应用，并通过烟灰缸的设计和打印让学生知道3D打印的一般过程和打印机的操作技术。

第二单元主要通过任务驱动的教学方法，让学生通过任务学习三维设计软件的的操作，了解相关命令的使用，并能进行创新性的改进和设计。

第三单元主要是进行综合性的设计和制作，通过摆盘结构、小型展台、手持风扇等物品的制作，让学生进行综合性的设计和制作，了解3D打印在生活中的应用，提高实践动手能力，了解产品结构，产品装配等相关知识。

第四单元主要是对三维设计软件应用的一个拓展性学习和了解，了解利用三维设计软件进行动画制作、参数化设计和运动仿真等，让学生做一个了解。

四、3D打印课程教学方法

 优秀的课程设计，贴近学生生活的案例，能激发学生的学习兴趣，而好的、合适的教学方法，对于提高学生的学习效果有很大的帮助，因此根据课程的不同阶段选择好的、合适的教学方法是教好3D打印课程的关键步骤，根据3D打印课程的特质，在3D打印的课程教学过程中可以采用如下教学方法：
   （1）直观教学法：主要是针对3D打印设计和制造过程中所出现的各种问题进行讲解，比如设计时模型的摆放，装配预留的尺寸，打印和切片时的支撑等知识内容。3D打印创新设计与制造是一门实践性非常强的课程，在授课过程中，要充分利用模型、图片、教具等实物进行讲解、分析、演示，变抽象为形象，使学生更易理解接受。

（2）任务驱动法：其最根本特点就是以3D打印技术任务为主线，教师为主导，学生为主体，其一般分为4个环节:创设情境、确定任务、自主协作学习以及效果评价。比如在3D打印的三维软件学习过程中主要采用任务驱动法，根据情境，设定具体的贴近生活的任务，比如绘制桌面垃圾桶、青花瓷花瓶、超人玩偶、小猪存钱罐等等作品，来驱动学生产生学习动机，调动学生的学习积极性，并让学生通过自主协作或教师解答等方式去完成相关任务，在完成任务的过程中，让学生掌握知识，通过绘制的成果，对学生进行相关评价，了解学生掌握程度以及相关能力的习得。

（3）专题讲座法：主要是通过组织举办专题讲座，聘请有经验专家或相关教师，围绕3D打印进行专题讲座，在相对较短的时间通过讲授实际的3D打印技术生产工艺与3D打印工艺技术的发展，来传递相关知识，拓展学生们的知识面。
    （4）网络教学法：通过3D打印社区等课程资源网站，让学生登录网站了解3D打印、三维软件的使用，自主学习相关知识、进行网上交流。在现今网络技术越来越发达的今天，网络教学方法也可以围绕“学—练—解—做—评—改”的流程进行开展，而且不受时间和空间的限制。

（5）项目教学法：项目教学法主要是在后续的综合设计中，教师设计或安排一个相对独立的项目交由学生自己处理完成。比如小型展示台的制作、手持风扇的制作等，学生根据项目进行信息的收集、方案的设计、项目实施及最终评价等，都由学生自己负责，学生通过该项目的进行了解并把握整个过程及每一个环节中的基本要求，教师只做引导。在进行项目教学时，创客中心的实训室为“半 开放”，即学生在课外的指定时间可以在创客中心进行学习，打印、装配自己的作品。

根据课程的不同阶段，从实际应用需求出发，采用不同教学方法，在基础的3D打印课程中主要采用任务驱动法，一节课，一个任务,一个作品，课程内容力求精炼，课程作品力求简单。在后续的综合性设计实践中，采用项目式教学，教师主要做一个引导，“导学”、“导做”和“导研”。学生在项目实施过程中，通过动手实践、自主探索、合作交流进行相关知识的学习和拓展。总之教学有法，教无定法。

五、总结

3D打印课程具有灵活性、实践性、综合性强的特点，学校的3D打印课程，教师要充分发挥自己的主观能动性、根据地区特色、学校特色以及学生的需求合理设计课程，采用灵活多样的教学方法，调动学生的积极性，培养学生的创新意识和综合实践能力，为国家真正的培养高素质人才。