让3D打印走进课堂

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  目前,3D打印技术已在工业制造、建筑设计、生物医疗等领域得到了广泛应用,在教育领域,该技术也逐渐被引入课堂。2017年,我校与中科院广州分院建立友好关系,成立了3D打印实验室,引进了10台桌面3D打印机。笔者作为通用技术老师兼实验室负责人,积极开展这方面的研究,做了一些有益的尝试。
  一、什么是3D打印技术
  3D打印技术又称“添加制造”技术,起源于20世纪80年代,是“一种与传统的材料去除加工方法相反的,基于三维数字模型的,通常采用逐层制造方式将材料结合起来的工艺”。它以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可固化材料,通过逐层打印的方式构造物体。
  3D打印机打印物品的流程主要分为四个阶段,即建模、分层、打印和后期处理。先利用三维扫描仪或三维制图软件制作三维模型,接着根据3D打印机的精确度及标准,用相关软件将虚拟模型分成若干层,再按分层后的数据,以添加制造的方法填充相应的每一层,最后对打印出来的物品进行修整、打磨及上色等后期处理。
  二、3D打印技术助力通用技术教学
  《通用技术》是一门立足实践、高度综合、注重创造的学科,是一门科学与人文融合的课程,将3D打印技术应用于通用技术课程教学能激发学生学习技术的兴趣和创新意识,提升学生的技术素养。
  1.通过3D软件展示立体图形,初步形成空间思维
  通用技术课程要求培养学生的空间想象和图样表达能力,学会三视图是每个学生必备的技术素养。
  在学习《技术与设计1》第六章“常见的技术图样”时,教师可先介绍3D打印技术的建模软件,并在课堂上将物体的三面通过多媒体展示。如图1所示,采用123D Design软件展示物体的整体和三面情况。
  在123D Design软件界面中可以旋转物体,学生可清楚地看到物体各个面的情况,在脑海中构建出立体图形,并按正投影的规律画出三视图。一目了然的画面为学生独立识别三视图打下基础。
  在此基础上,還可让学生利用课余时间学习和探究“计算机辅助制图”这一选学内容,熟悉3DMAX、AutoCAD等三维设计软件。
  2.通过设计3D立体物体,帮助理解图样
  在通用技术课程测试中,三视图补线是一道必考题,近年来难度逐渐加大。
  笔者原先教学时,会在黑板上画出立体图,然而绘图水平再高,呈现的仍是平面图,不便学生理解。3D打印技术很好地弥补了这一缺憾,当遇到一些复杂的图形时,就可以将其打印出来(如图2)。
  图3所示为2017年4月技术选考中的三视图补线题,需要学生补画所缺的三条线。在讲解试卷时,教师除了用三视图的规律和口诀等方法补线外,也可通过3D打印技术事先打印出实物(如图4),让学生感受实物,加深对点、线、面画法的印象。
  3.通过设计连接件,帮助理解设计草图
  通用技术是一门紧密联系生活实践的课程,要求学生从实际出发设计实用物件,达到学以致用的目的。为帮助学生更好地完成设计任务,笔者通过3D打印技术将设计好的物体打印出来,直观地讲解其设计特点,促进学生理解设计草图。
  如某题要求学生设计一个小车底盘上与超声波传感器的连接支架,需要画出支架的设计草图。为让学生理解题意,笔者网购了一个超声波传感器,先让学生们自行设计,再在实物投影仪下展示其草图,让大家找找各自的优、缺点。
  引进3D打印技术后,笔者通过建模软件设计成两款连接件(如图5),并将其打印成实物供学生传阅交流,让学生比较自己的设计和老师的设计有何不同,这样学生对物体的空间位置感知更生动、具体。
  综上所述,在通用技术教学中积极应用3D打印技术能激发学生的学习热情,提高学习效率。通用技术教师应该与时俱进,灵活运用3D技术助力教学,培养学生的创新能力。
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