探索人身体3D游戏_3D打印技术在劳动与技术教学中的探索与实践以高中劳动技术实体设计项目为例

3D打印技术在劳动与技术教学中的探索与实践以高中劳动技术实体设计项目为例

一、应用3D打印技术的必要性 3D打印技术是快速成型技术的一种，它是以数字模型文 件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层 打印的方式来构造物体的技术。3D打印无须机械加工或模具， 就能直接从计算机图形数据中生成物体的形状，从而极大地 缩短了产品的生产周期，提高了生产率。

劳动技术学科在高一年级阶段的“基础型课程”部分， 通过“设计、加工与控制”三个主题让学生了解生产加工的 一般过程（工艺），“发现生活生产中的技术需求一用计算 机辅助设计软件表达自己的设计思想一形成设计方案（图 样），进行加工方案设计一判断选择材料，选择加工工具一 进行加工检测—安装调试”，体会科学技术转化为生产力的 过程和魅力，感悟创新设计的乐趣，体验动手实践的快乐。

这样一个学习过程看似非常美好，实际教学中却存在很多问题：许多学生设计的方案很有创新性、个性、实用性， 但由于加工工艺复杂无法进行加工，从而导致设计只是在电 脑上画图，无法真正转化为实物，无法让学生真正体验创新 设计带来的乐趣。以高中实体设计项目为例，学生用计算机 辅助软件（CAXA软件）设计了茶几、笔筒、酒杯、椅子、花 瓶、印章、烟灰缸等有个性的作品，但由于加工工艺烦锁及 加工设备的限制无法实现，无法转化为实物。

3D打印技术让个性化加工成为可能，它冲破了传统的 “减法”工艺，利用“加法”工艺，使创新设计不再是纸上 谈兵，让加工变得简易可行，让学生有学就有得，能快速看 到学习的成果，有效激发学生创新设计的兴趣。因此，在劳 动技术学科中应用3D打印技术非常有必要。

二、3D打印技术在劳动技术教学中的探索与实践 为紧跟时代步伐，让学生了解最先进的生产技术，上海 市松江区劳动技术中心购买了两台3D打印机，探索在劳动技 术实体设计项目中开展3D打印技术教学，经过近两年的实践， 取得了良好的教学效果。

（一）选择设计载体，激发学习兴趣 在劳动技术实体设计教学中，教师通常会设置多个学习 任务，通过一个个任务载体，使学生学会使用软件的基本工 具（命令）进行创新设计并打印成实体。这些设计载体的选 择非常重要，既不能太难，又不能非常容易，要层层递进， 满足不同层次学生的需要。下表列举了实体设计软件教学中选择的任务载体及其体现的知识与技能要点：
以“笔筒”为例，学生通过学习CAXA实体设计软件的拉 伸特征工具，再结合抽壳命令，设计了小熊笔筒、梅花笔筒、 企鹅笔筒、爱心笔筒……打印成型后可以摆在书房，看着自 己亲手设计的既有个性又实用的作品，那种成功的喜悦可想 而知。无论是“茶几、笔筒”，抑或是“碗、花瓶、挂件、 椅子、魔方……”这些任务载体都贴近生活，容易打印成形， 能让学生看到设计理念转化为实物的过程，更容易激发学生 学习和创新的兴趣。

（二）对比加工工艺，体验加工过程 3D打印技术让学生体会到了“加法”工艺，但“减法” 工艺是否重要？是否需要学习？答案是肯定的。传统工艺有 着其无法替代的重要性，也是劳动技术课需要学生了解与学 习的内容。以上海教育出版社高一年级《劳动技术》教材为 例，要求学生运用平面划线、锯割、锉削、攻丝和套丝等技 能进行加工与制作金属物件，按设计图样对工件进行端面、 外圆、锥面等车削加工……让学生既能体验“加法”工艺， 还能体验“减法”工艺，进而对两种工艺进行对比分析，加 深对技术操作过程的感悟。在教学中我们也进行了一些探索 与尝试，以“暑期未来工程师”活动为例，我们开展了实体 设计项目与金属加工项目相结合的学习实践活动，要求学生 先学习金属加工项目，利用“减法”工艺制作“小鱼”，再 学习实体设计项目，结合3D打印技术利用“加法”工艺制作同样的物品，如下表。

以“小鱼”任务为载体，金属加工工艺运用划线、锯割、 锉削和钻孔等技能在铝材料上进行加工制作，通过“减法” 工艺形成实体（见图1）；
3D打印技术则利用CAXA实体设计 软件，通过绘制二维草图运用拉伸特征工具形成三维图像， 再通过3D打印机进行“加法”工艺形成实体（见图2）。学 生在一周的劳动技术学习中，体验到不同的材料、不同的工 艺、不同的加工方法所产生的不同效果。学生在制作“金属 鱼”时，大约需要8个课时，而制作“塑料鱼”仅需要3个课 时，大大提高了设计制作的效率。这样的学习制作过程不仅 增加了学生的技术体验，更让学生感知到技术创新给人类社 会发展带来的变革，对学生技术素养的提升有着积极的意义。

（三）打印三维实体，凸显学生个性 3D打印技术进入劳动技术实体设计项目教学，能让学生 充分表达自己的设计想法，凸显学生个性。以劳动技术实体 设计项目“卡通挂件设计制作”一课为例，学生学习CAXA实 体设计拉伸特征命令后，利用曲线、镜像、等距等工具，发 挥自己的想象力，设计了“大象卡通挂件”这一规定作品。

虽然是规定主题的作品，但增料、减料用法不同，曲线设计 不同，“大象卡通”的形态与表情就不同，所以每个学生设 计的都是独一无二的作品，具有自己的个性。利用3D打印技 术打印出来的挂件非常实用，学生学有所得，设计不仅是电 脑上画图，还有实物带回家，学生学习兴趣空前高涨。教师结束授课后学生往往意犹未尽，下课时间也不休息， 有的同学设计了兔子、小猫挂件，有的同学设计了青蛙、小 狗挂件，还有的同学设计了恐龙、天鹅挂件……3D打印机每 二十分钟就可以打印一件挂件，同学们拿着打印的作品爱不 释手，在学习知识与技能的同时，享受收获劳动成果的幸福， 丰富了学习体验，也培养了创新意识。

三、反思与体会 虽然3D打印技术发展已经有三十多年，其应用越来越广， 但把3D打印技术应用于劳动技术教学才有短短几年时间，劳 动技术教师在探索与实践的过程中也发现了一些问题：
首先，设施设备有限，3D打印时间较长，无法使每个学 生设计的作品都成形。以松江区劳动技术中心为例，仅有两 台3D打印机，以每周35个学生为例，每周学生设计的作品达 150~ 250件，如果每个作品都需要打印的话，根本无法完成 任务。实际教学中，我们往往只能挑选设计优秀的作品进行 打印，不能满足所有学生的需求。

其次，3D打印技术并非万能，结构复杂的物体不能打印 或不能够一次成型，分部件打印需要耗费较多的时间，打印 的精细度也影响作品的质量，学生只能打印一些简单的实体， 不能满足学生创新的需求。

最后，3D打印的材料比较单一，目前为止只应用了塑料 这一种打印材料，不能让学生很好地了解各种材料的特征与 用途，无法体验不同打印材料所产生的不同效果。因此，我们也建议有条件的学校设立专用教室，至少配 备10 N15台普通材料的3D打印机，配备1~2台其他材料的3D 打印机，满足学生创新设计需求。除此之外，劳动技术教师 也应该不断探索开发新的学习（项目）载体，让学生不仅学 会知识与技能，而且能学会“学习技术的方法”；
让学生不 仅了解技术活动的一般过程，而且能运用所学知识与技能解 决生活中的实际问题，从而使技术学科发挥其功效，使每个 学生“会动手、能设计、爱劳动，提升技术素养”。

参考文献：
[1]徐长发，发展劳动技术教育的意义和途径[J]．教育 研究，2002( 75) [2]顾建军．普通高中通用技术课程的目标[J]．人民教 育，2005( 19)