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1、3D打印技术与学科融合中的应用与探索李剑鸣+周竞超【摘要】依据所想即所得的特点，3D打印技术在学生“理解抽象知识的过程及“获得学习成果的表达上起到重要作用。本文通过对?探秘青铜器?这一综合实践课的设计，探讨3D打印技术在与学科融合过程中的应用与探索。【关键词】3D打印技术；教学应用；信息技术3D打印技术是一种快速成型技术，自诞生以来被广泛应用于工业设计、建筑、汽车、航空航天、医疗、教育、等多个领域，并取得一定的进展。3D打印技术作为新兴技术手段，在核心素养的养成以及新兴教育模式的推广中备受关注。3D打印技术其实可以分为“计算机3D建模和“使用可融合材料逐层打印两个局部。前一局部重视对空间、结构
2、、艺术设计的理解，而后一局部会对材料、温度、建构等物理性质加深认识。所以它可以在不同的教学阶段中承担起不同的作用。本文以初一学生研究性学习工程?探秘青铜器?为例，探讨3D打印技术与学科融合过程中的应用与探索。一、课程背景研究性学习作为一种学习方式，提倡发现问题，并且提供研究方法，在整个学习的过程中，有助于培养学生的学习与分析能力。也会为创客教育过程提供支撑。利用工程体验式的教学设计，让学生在工程生成的过程中实践研究性学习的整个流程，会让学生更容易理解并习得这种学习方式。为了翻开学生的思维，激发他们的研究兴趣，提高他们的自主研究能力，我们需要精心设计与开展综合实践课的研究性学习工程。二、课程实施
3、在内容的选取上，与学生相关且具备一定知识储藏的工程会更容易引入。基于steam教育思维，如果在工程中能表达各学科的知识交融会更有利于学生的综合实践。初一历史“灿烂的青铜文明模块为学生提供了根底的文化讯息，学校组织的博物馆参观活动使学生有时机亲自观摩其外形及铭文特征。因此，学生对青铜器具备了一定的知识根底。而上海博物馆2021年举办的文化创意设计大赛为这一根底提供了发挥的空间。模拟这一赛事，将中国古代青铜器的艺术文化符号融合到新的设计中，会涉及历史、美术、数学、物理等多个学科的知识，而探索的过程也是研究性学习的过程。于是，这次工程的主题选定为“探秘青铜器，目的是获取青铜文化符号，复制并制作属于自
4、己的“青铜特色生活用品。第一节课从有趣的青铜器引入，我们为学生提供了子仲姜盘等造型奇特、用途贴近生活的青铜器图片，引导学生去思考如果我们是古代人，我们可以设计哪些有趣的青铜制品？根据上海博物馆的文化创意设计大赛的公告，与学生一起确定工程的选题：“设计制作属于自己的青铜文化生活用品。确定了工程之后学生遇到了第一个问题：如何制作青铜用品？在人教版中国历史第五课中对这个问题有详细的解释。学生通过对此材料的认真研读，得到古人制作青铜器是以泥范铸造法为主。这个步骤使学生初步感受文献研究这一研究方法，并为接下来的实验研究法提供理论支撑。我们为学生提供了橡皮泥和尺子来制作泥模，要求是尝试复制两块同为长2CM
5、×宽1cm×高0.5cm的立方体。通过同组和异组之间相互观察、调查同学们得出一致的结论：手工制作精美的泥模非常困难，很难实现对器型的严格控制。在文献研究的过程中，黄献源的?古代青铜器的现代复制方法浅谈?一文被大局部学生认可。经过对文章的分析，大局部小组选择用3D打印技术来实现自己的设计，个别小组选择了失蜡法来实现目标。通过对博物馆官博中文物的详细查阅和描摹，以及其他文献的浏览，学生们对青铜器铭文、纹饰、器型、历史意义等进行了调研，并记录了自己喜爱的铭文或纹饰。在设计自己的作品之前，我们引导学生从创意、文化符号来源、器型、结合度等几个方面赏析了文化创意大赛的获奖作品，并从中获
6、取灵感。之后，学生对设计图的绘制、青铜文化的赋予、设计器型的了解、艺术性的表现、器物功能性设定五个方面进行了小组讨论，并最终完成手稿的设计和绘制。其中设计图的绘制、器型及器物功能性设定等方面需要学生进行立体空间的想象，这时候学生在对器型进行长、宽、高三维数据的设计时就已经为3D建模做好了数据和思维上的准备。将设计付诸实践面临的是技术操作的问题。3D打印技术前期的三维建模需要学生进行点面体的连接性想象，需要对空间直角坐标系有一定认识。现阶段面向学生的3D建模软件操作都比较简单，根本原理都是通过点数据确定线，通过线完成面的数据设定，通过面拉伸出形体，然后通过其他命令进行更多要求的雕琢。简单来说就是
7、从平面到立体，从简单到复杂。而在塑形的过程中，学生很容易实现空间的想象，直观地体验直角坐标系中物体的建立过程，会对三维数据和结构有更深刻的认识。学生在学习中，对线生成面，面生成体的原理有一定的接受难度，但在实际操作了几次后就将这一过程内化了。这种内化正是个人空间感形成的一种方式，这会为接下来平面及立体几何的学习形成积极的影响。经过学生观察，打印的过程实际上是一种立体绘制的过程，是将材料溶解然后依據预先建立的坐标数据重塑，这里涉及多种化学和物理交织的成型方法，最常见的是“熔积成型和“激光烧结，当然还有更多的堆叠技术，这些对材料的选择及热熔方法的探讨会让学生对物质的物理、化学性质产生更多的兴趣。少
8、局部学生选择以失蜡法来完成铸造，是用蜂蜡做成铸件的模型，再用别的耐火材料填充泥芯和敷成外范。加热烘烤后，蜡模全部熔化流失，使整个铸件模型变成空壳。再往内浇灌熔液，便铸成器物。传统的工艺需要多年的技术和经验积累才能完成好的作品，相比之下，3D打印技术确实是实现个性化实体设计的最正确之选。三、探究结果与反思1.3D打印技术可以表达学生的内在习得。教学的辅助工具从想象到图画再到图片和视频，经历了一个漫长的阶段，而在信息技术高速开展之后，信息化教学辅助工具越来越多，学生对知识的感受越来越“深入，但大局部的工具都是感官外部的支撑和数据的量化和监测。3D打印技术却更多地用在学生的表达上，学生学习收获的成果
9、用3D打印的手段表达出来，比直接用数据和理论表达更让学生有成就感，也更加清晰明确。2.3D打印技术与各学科融合更有利于学科知识的理解。3D打印技术涉及的数理化知识不仅会为学生提供获取的兴趣，直接的触感，更会为学生增加学习的动力。学习和应用一直难以挂钩，各种应用类问题让学生觉得抽象而没有实际的意义，工程和3D打印技术的实现方式会让学生直观地感受知识的用武之地。提高他们对知识获取的兴趣和研究的动力。而这种直观也会更有利于理解不同领域的知识诞生的过程。3.3D打印技术只是一种工具，需要教师的设计来实现它的价值。3D打印技术并不是开启学生创意思维的方式方法，而只是一种工具，促进学生学习不能依靠3D打印技术本身，而要依靠教师的教学设计，教师能看到这种工具对教学某一个环节的加强作用，并进行灵活应用，这才是3D打印技术在教学上的真正意义。【参考文献】【1】李柯影，郑燕林.3D打印技术在中小学教学中的应用J.现代教育技术，20214.【2】徐文文.青铜文化考青铜冶炼铸造工艺之探源D.武汉理工大学，2021.【3】王正玉.小学3D打印课程的设计和开发的研究D.上海师范大学，2021.【4】陈立华.3D打印技术：为课堂增添创新活力J.中小学管理，20214.