以3D打印為基礎(chǔ)的通用技術(shù)項(xiàng)目化課程對提升學(xué)生 通用技術(shù)核心素養(yǎng)的作用——以小風(fēng)扇的制作為例
摘要：隨著通用技術(shù)課程的改革，通用技術(shù)核心素養(yǎng)成為新課程教學(xué)的主要目標(biāo)，那么如何在課程中更好的提升學(xué)生通用技術(shù)核心素養(yǎng)？新興的3D打印對學(xué)生通用技術(shù)核心素養(yǎng)的提升有重要作用，本文就以3D打印與通用技術(shù)相結(jié)合的項(xiàng)目化課程——小風(fēng)扇的制作為例，討論3D打印對提升學(xué)生通用技術(shù)核心素養(yǎng)的作用。
關(guān)鍵詞：通用技術(shù)；核心素養(yǎng)；3D打印技術(shù)
一、引言
3D打印是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用PAL、ABS或粉末、金屬、塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。隨著創(chuàng)客教育在各地不斷推進(jìn)，曾被推崇為“創(chuàng)客神器”的3D打印機(jī)早已進(jìn)入了各個(gè)學(xué)校。各校都開設(shè)3D打印課程和建立3D打印社團(tuán)，各學(xué)科也將3D打印技術(shù)與課程結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生對本學(xué)科課程的學(xué)習(xí)，取得的不錯(cuò)的效果。那么在普通高中的通用技術(shù)課程中如何與3D打印技術(shù)相結(jié)合呢？3D打印技術(shù)如何促進(jìn)通用技術(shù)課程核心素養(yǎng)的落地呢？我以我校通用技術(shù)項(xiàng)目化課程“小風(fēng)扇的制作”為例，來進(jìn)行探討。
普通高中通用技術(shù)課程是一門立足于實(shí)踐之上的學(xué)科，主要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)造能力，并通過課程的學(xué)習(xí)，形成初步的技術(shù)能力和一定的職業(yè)規(guī)劃能力，為學(xué)生的終生發(fā)展奠定基礎(chǔ)。隨著通用技術(shù)課程改革，通用技術(shù)課程列出了以技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、圖樣表達(dá)、物化能力為主的核心素養(yǎng)目標(biāo)。力求通過通用技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生理解技術(shù)、使用技術(shù)、積極參與技術(shù)實(shí)踐活動(dòng)等方面的技術(shù)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和物化能力。而3D打印技術(shù)的工作過程是先設(shè)計(jì)，然后三維建模，再對模型切片，輸入打印機(jī)打印，最后對作品進(jìn)行后處理。而這一過程完全跟通用技術(shù)核心素養(yǎng)息息相關(guān)。3D打印的設(shè)計(jì)與三維建模過程就可以提升學(xué)的生圖樣表達(dá)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、工程思維的能力；模型的切片、打印、后處理可以加強(qiáng)學(xué)生的技術(shù)意識和物化能力。所以在我校3D打印與通用技術(shù)相結(jié)合的項(xiàng)目化課程——小風(fēng)扇的制作課程中就很好的融入了通用技術(shù)核心素養(yǎng)。
二、課程設(shè)置
我校通用技術(shù)課程采用項(xiàng)目化教學(xué)的方式，以項(xiàng)目為載體，采用項(xiàng)目引導(dǎo)，任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法。課程以小組合作形式展開，針對項(xiàng)目，進(jìn)行項(xiàng)目分析，信息收集，方案制定，設(shè)計(jì)制作、測試優(yōu)化和作品評價(jià)等活動(dòng)，讓學(xué)生主動(dòng)探究、主動(dòng)獲取、親自體驗(yàn)，從而讓學(xué)生的知識、能力、技術(shù)得到綜合培養(yǎng)。比如我在技術(shù)與設(shè)計(jì)1的教學(xué)中，分別以粉筆收納盒和小風(fēng)扇作為課程的主要項(xiàng)目，貫穿全書，帶領(lǐng)學(xué)生對設(shè)計(jì)的表達(dá)圖樣，三視圖、草圖、電腦三維制圖等進(jìn)行探討，學(xué)生通過對粉筆收納盒、小風(fēng)扇的設(shè)計(jì)、制作，掌握三視圖、草圖和電腦三維制圖的繪制，以及基本的木工工藝、電路設(shè)計(jì)和3D打印技術(shù)，并且讓學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題，信息收集，方案設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)制作，測試優(yōu)化，展示評價(jià)等分項(xiàng)活動(dòng)，讓學(xué)生對比各項(xiàng)方案、各項(xiàng)加工制作技術(shù)，從而讓學(xué)生對設(shè)計(jì)的一般過程和各項(xiàng)技術(shù)有一個(gè)清晰的認(rèn)識和評價(jià)。
課時(shí)
| 教學(xué)內(nèi)容
| 培養(yǎng)目標(biāo)
| 備注
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第一課時(shí)
| 風(fēng)扇零部件的測繪
| 1、掌握游標(biāo)卡尺的使用；2、培養(yǎng)學(xué)生的測繪能力，為設(shè)計(jì)做好基礎(chǔ)。
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第二課時(shí)
| 小風(fēng)扇的設(shè)計(jì)
| 1、了解設(shè)計(jì)的一般過程；2、合理的設(shè)計(jì)小風(fēng)扇的形狀和結(jié)構(gòu)3、能合理的繪制小風(fēng)扇的圖紙；4、培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，創(chuàng)新意識和圖樣表達(dá)能力
| 草圖和三視圖的知識已在項(xiàng)目一木工——收納盒的制作過程中進(jìn)行了學(xué)習(xí)，所以本課主要是安排學(xué)生根據(jù)網(wǎng)上的圖片和現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)物做出相關(guān)設(shè)計(jì)，并制定設(shè)計(jì)方案。
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第三課時(shí)
| 三維設(shè)計(jì)軟件學(xué)習(xí)（一）
| 1、掌握三維軟件3D one的使用；2、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、工程思維和圖樣表達(dá)能力
| 按小組，每小組選取一名對3D打印感興趣的同學(xué)，中午進(jìn)行培訓(xùn)。其余同學(xué)也可在青少年三維創(chuàng)意社區(qū)上觀看老師錄制的三維軟件操作微課和課件，力求每一小組都能制作一個(gè)實(shí)物出來。
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第四課時(shí)
| 三維設(shè)計(jì)軟件學(xué)習(xí)（二）
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第五課時(shí)
| 三維設(shè)計(jì)軟件學(xué)習(xí)（三）
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第六課時(shí)
| 打印制作——切片，打印
| 1、了解切片軟件和打印機(jī)的使用；2、培養(yǎng)學(xué)生的物化能力和技術(shù)意識
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第七課時(shí)
| 電路設(shè)計(jì)和焊接
| 1、掌握烙鐵的使用，能焊接簡單的電路；2、培養(yǎng)學(xué)生的物化能力和技術(shù)意識
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第八課時(shí)
| 裝配，測試，評價(jià)，優(yōu)化
| 1、能合理的裝配小風(fēng)扇，并對作品進(jìn)行測試、評價(jià)、優(yōu)化
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小風(fēng)扇制作課程安排
三、課程實(shí)施過程中遇到的問題和解決辦法
學(xué)生在設(shè)計(jì)與制作的過程中會(huì)遇到和產(chǎn)生很多問題，以至于設(shè)計(jì)的作品不能很好的加工制作出來。學(xué)生經(jīng)過前期的三視圖和草圖的學(xué)習(xí)，通過測繪、討論和分析，能將設(shè)計(jì)的小風(fēng)扇的三視圖和草圖繪制出來，而且設(shè)計(jì)的樣式五花八門。能通過對三維軟件的學(xué)習(xí)，將小風(fēng)扇的三維圖繪制出來，但是當(dāng)對小風(fēng)扇進(jìn)行加工時(shí)，卻因?yàn)樵O(shè)計(jì)的尺寸和樣式的復(fù)雜性，不能很好的將作品打印出來，再加上3D打印出來的零部件有些許誤差，設(shè)計(jì)的作品沒有預(yù)留線路通道和螺絲裝配孔等原因，小風(fēng)扇的零部件不能進(jìn)行裝配成型。因此在教學(xué)過程中，老師要跟學(xué)生多進(jìn)行分析、探討，要合理的分析整個(gè)“工程”，落實(shí)每節(jié)課堂。比如第一節(jié)測繪課，要準(zhǔn)確的量取風(fēng)扇的扇葉、開關(guān)、電池盒等部件的尺寸。比如船型開關(guān)有一個(gè)階梯面，要量取的是船型開關(guān)階梯面的底面，而不是頂面，頂面大些是為了卡在風(fēng)扇外殼上，不讓船型開關(guān)從風(fēng)扇外殼上穿過去，另外像電池盒上帶有一個(gè)凸起的開關(guān)，量取尺寸時(shí)也要考慮這個(gè)高度對設(shè)計(jì)的影響等等，量取尺寸是制作的第一步，所以一定要把關(guān)好。而在小風(fēng)扇的設(shè)計(jì)中，要注意預(yù)留小風(fēng)扇導(dǎo)線的通道和所占用的空間，再一個(gè)要考慮風(fēng)扇外殼對風(fēng)力的影響和產(chǎn)生的噪音，好多學(xué)生在設(shè)計(jì)制作完風(fēng)扇以后發(fā)現(xiàn)自己的風(fēng)扇吹出來的風(fēng)比較小，甚至沒風(fēng)而且噪音很大，就是因?yàn)轱L(fēng)扇罩設(shè)計(jì)的不合理，風(fēng)扇罩遮擋的面積比較大，進(jìn)、出風(fēng)口比較小，所以風(fēng)量較小并產(chǎn)生很大的噪音；另外，也有部分同學(xué)沒設(shè)計(jì)風(fēng)扇罩，這樣又容易使風(fēng)扇葉損壞，使使用者被葉片傷害，所以對于風(fēng)扇罩的設(shè)計(jì)要查閱相關(guān)資料，進(jìn)行合理的分析、設(shè)計(jì)。另外在設(shè)計(jì)過程中要考慮盡量減少小風(fēng)扇要分開打印的部分，減少后續(xù)操作的麻煩性。所以在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要對學(xué)生的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行分析評價(jià)，老師和學(xué)生一起評選出小組內(nèi)設(shè)計(jì)最好、最合理的圖紙作為后續(xù)電腦三維制圖的基礎(chǔ)圖紙。在電腦三維制圖階段，按小組進(jìn)行進(jìn)行繪制，要注意作品各部分連接和裝配情況，為打印制作做準(zhǔn)備。在打印制作階段，小風(fēng)扇零部件切片時(shí)，零部件打印擺放位置不一樣，零部件的精度也會(huì)不一樣。再一個(gè)在后續(xù)的電路連接和裝配環(huán)節(jié)，要注意焊接零部件的順序和裝配順序，不然不能很好的進(jìn)行裝配。
我有校創(chuàng)客中心有20臺電腦，7臺打印機(jī)，在小風(fēng)扇的制作過程中只能按小組合作的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，所以為了很好的進(jìn)行教學(xué)和制作作品，所以在項(xiàng)目實(shí)施之前就有在各班招收部分學(xué)生進(jìn)入3D打印社團(tuán)，進(jìn)行前期的三維制圖軟件和3D打印的學(xué)習(xí)，從而更好的在各班開展三維設(shè)計(jì)軟件和3D打印的教學(xué)，為全班的教學(xué)打下基礎(chǔ)，這樣也培養(yǎng)了一批三維設(shè)計(jì)軟件、3D打印操作熟練的學(xué)生，為后續(xù)的3D打印比賽人才選拔打下基礎(chǔ)。
小風(fēng)扇作品
四、老師和學(xué)生的改變
之前上通用技術(shù)課程，大多以理論為主，再加上學(xué)生在高考的壓力下，對課程越來越不重視，課堂上成片的做作業(yè)。更有甚者，個(gè)別同學(xué)對老師缺乏尊重感，從而與老師產(chǎn)生沖突，所以課程實(shí)施壓力很大，這讓課程的的“地位”越來越低，老師也產(chǎn)生自我懷疑，否定自己，否定科目。通過實(shí)施這些具有一定新穎性的項(xiàng)目化實(shí)踐課程以后，課程的狀況有明顯的改變，學(xué)生帶作業(yè)過來的少了，因?yàn)橹烙惺虑樽?，要?shí)踐，因此課堂也活躍了很多。學(xué)生大多數(shù)下課以后都不愿離去。而且課后也來學(xué)習(xí)制作作品，部分同學(xué)更是利用三維設(shè)計(jì)、3D打印，設(shè)計(jì)班徽、打印零部件，去解決生活中的問題，這些改變都讓老師和學(xué)生激情高昂。
通用技術(shù)核心素養(yǎng)的提出有效的指導(dǎo)了高中通用技術(shù)課程的教學(xué)，通用技術(shù)教師不會(huì)像以前那么迷茫，怎么去教學(xué)生？應(yīng)該讓學(xué)生學(xué)些什么？而隨著3D打印技術(shù)的普及和發(fā)展，3D打印技術(shù)的應(yīng)用也越來越普遍，以后學(xué)生的大學(xué)學(xué)習(xí)和生活可能都要用到，比如學(xué)醫(yī)學(xué)、服裝設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、考古、航空航天等等，所以3D打印是學(xué)生必須要了解和掌握的一項(xiàng)技術(shù)。而普通初高中沒有專門的開設(shè)3D打印課，所以將通用技術(shù)課程與3D打印技術(shù)相結(jié)合，使學(xué)生了解3D打印，并通過實(shí)踐和制作，落實(shí)通用技術(shù)的核心素養(yǎng)，這是一個(gè)完美的結(jié)合！
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更新時(shí)間：2019-10-30
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