基于Maker的三维打印技术在通用技术学具开发中的应用

基金项目：本文系2018年度福建省基础教育课程教学研究课题“智慧课堂背景下基于Maker 的通用技术学具的开发与应用”（编号：MJYKT2018-167）研究成果
作者简介：黄建忠（1969－），男，浙江黄岩人，中学高级教师，从事通用技术教学与研究。

高中通用技术课程是一门立足实践、高度综合、
注重创造、科学与人文融合的课程，注重提高学生的技术素养。

学具作为良好的教学工具，为学生动手实践提供了物质基础，能很好地辅助教学。

而就当前的教学
情况来看，通用技术课堂教学多以讲授为主，
学具的配置和应用有所不足。

因此，
开发自制学具极为必要。

一、基于Maker 的三维打印技术在通用技术学具开发中的优势分析
实践教学是通用技术教学中极为重要的一部分。

一直以来，受到教学设备等条件的限制，
通用技术教学通常只重视教师的教，而忽视了学生的主体地位，
这种教学模式不能达到通用技术的教学目标，
更不能培养出高素质的人才。

学具与教具不同，
作为供学生按照教学要求进行动手操作的器具，
学具的使用能极大地调动学生的积极性，有利于学生动手能力的培养，也有利于学生技术素养的形成。

在Maker （创客）的理念下，运用三维打印技术可以将学生的创意、设计迅速转变为实物，为学生的实
践操作提供有力支持。

从这一角度来看，
基于Maker 的三维打印技术在通用技术学具应用中有极高的价值，值得深入探讨与开发。

二、基于三维打印技术的通用技术学具开发设计要点分析
1.开发设计流程
第一，分析通用技术学习中的重难点，
以此为切入点展开学具的设计。

第二，
利用Solidworks 等软件完成设计学具的三维实体模型构建。

在该环节中，可
以使用“删减法”“层叠法”
等展开模型构建。

在实现学具三维实体模型的构建与检查后，将其导出STL 文件。

第三，筛选出更为适合开发学具的三维打印工艺，
对成本、效率、工艺精度等因素展开综合性考量。

笔者在实践中发现，熔融沉积三维打印工艺在通用技术学
具开发制作中更为适用，
相比其他工艺来说，该工艺所消耗的材料成本更低，
制作效率更高，操作也更为简单。

利用多项打印参数的合理设置，
能够完成高质量的通用技术学具模型制作。

第四，
对基于三维打印技术的通用技术学具展开后期处理。

该环节主要完成
的操作包括对表面进行抛光打磨以及去除毛刺，
保证学具表面的光滑性。

2.开发设计原则（1）科学性。

严格保证所有学具的开发设计能够体现出科学原理与法则，严禁发生违背科学原则的问
题。

特别是在原创性学具的开发设计中，
要尽可能避免存在科学性错误，对所有的设计环节、
细节进行反复推敲，保证所有的制作步骤均具有科学依据。

（2）教育性。

对于通用技术学具来说，
其开发设计的主要目的在于加深学生对教材重难点的理解，
提升学生的实践能力。

因此，使用三维打印技术展开学具
的开发设计必须要严格遵守教育性原则，
即所有学具的开发设计与制作与通用技术教学内容相关联。

因
此，教师要从高中通用技术教材入手，
确定需要或是可以开发自制学具的章节与内容，
以此为学具开发设计目标并组织学生实践。

（3）直观性。

对于通用技术学具的使用来说，
其部分用于实践操作，还有部分用于演示。

针对这些演示
用的学具，应当尽可能做大一些，
保证学生能够直观看到重点部位，最大程度发挥学具在高中通用技术教学中的演示作用。

（4）安全性。

在通用技术实践教学以及学具设计
制作中，教师要注重维护学生的操作安全。

此时，要指导学生严格依照操作要求、步骤安排等展开实践，必
要时要有安全防护装置，
避免出现安全性问题。

三、基于三维打印技术的通用技术学具的应用1.结合教学重点，组织学生动手制作（1）实践性学具。

教师可以结合高中通用技术教
基于Maker 的三维打印技术在通用技术学具开发中的应用
黄建忠
（福州教育研究院，
福建福州350001）
摘
要：文章基于Maker （创客）的三维打印技术在通用技术学具开发中的优势，
结合教育实践，分析基于三维打印技术的通用技术学具开发设计的流程与原则，并从结合教学重点制作学具、多功能演示性学具的开发应用两方面入手，阐述面向Maker 与三维打印技术的通用技术学具的应用途径。

关键词：Maker （创客）；三维打印技术；通用技术；学具中图分类号：G633.93
文献标志码：A
文章编号：1008-3561（2020）25-0118-02
学中的经典案例、重难点等引导学生自己设计与制作学具。

例如，在闭环控制系统的教学中，教师可以组织学生以小组为单位，完成“牛用自动饮水器”的设计与制作。

该学具模型中包含的主要结构为饮水槽、蓄水箱、浮子、水位控制水箱等。

其中，水位控制水箱与饮水槽中包含的注射器管构成连通器系统；在浮子上设置锥形阀，并在蓄水箱下部连接一根硬管；为了模拟牛喝水，在饮水槽处加设放水管；设定水位，一旦饮水器中的水位低于设定水位时，水位控制水箱中的水位也随之下降。

在制作该学具过程中，对于一些无法迅速获取、且难以找到合适替代物的构件，教师可以引导学生使用三维打印技术进行设计与制作，最终完成“牛用自动饮水器”学具的整体开发。

通过这样的方式教学，实现了对学生动手实践能力的有效培养。

（2）人文性学具。

教师可以引导学生展开具有人文性的学具设计与制作，促进学生创新意识与实践能力的增强。

例如，在“控制及其设计”的教学中，笔者联合同年段的其他班级展开了“灭火大赛”（即灭火器设计活动）。

此时，学生可依托学校内的创客实验室、科技活动室、机器人工作室以及多种创客工具资源，包括3D打印机、激光雕刻机、ARDUINO开源硬件、EV3乐高机器人等，结合所学内容，以活动小组为单位完成学具设计与制作。

之后，经过班级初步筛选后对每个班级上交作品进行比较与评选，最终确定优胜班级，并组织学生学习、了解其设计原理。

（3）生活性学具。

高中通用技术课程的内容与学生的日常生活有紧密的联系，基于此，教师可以组织学生开发生活性学具。

例如，在“开环控制系统”的教学中，笔者组织学生展开了家庭版地震报警器的设计与制作。

该学具中包含的主要结构为报警装置（发声装置）、注射器管、浮子、水盆等。

其中，报警装置外接两条导线，控制线头不接触且相对较近；放入注射器管内，并加设玻璃珠；密封注射器管，将其放置于浮子内；将浮子放入水盆。

此时，一旦外界环境发生振动，浮子会随着水盆中水的波动而出现倾斜，玻璃珠运动促使导线接触，最终使得报警装置的线路连通并发出警报。

在制作该学具的过程中，对于一些无法迅速获取且难以找到合适替代物的构件，教师可以引导学生使用三维打印技术进行设计与制作，最终完成家庭版地震报警器学具的整体开发，从而实现对学生动手实践能力、创新能力的培养。

2.多功能演示性学具的开发应用
依托三维打印技术，教师可以完成一体多用的演示性学具的设计与制作，为通用技术教学的展开提供更多支持。

在此过程中，笔者采用了与学生共同开发学具的模式，依托学校内科技活动室等资源，结合教学内容与学具功能需求，指导学生完成一体多用学具的设计与制作。

本次实践主要结合必修教材中的“三视图教学”“剖视图教学”“机械加工工艺的教学”“攻丝方法的教学”“不规则金属表面处理的教学”进行一体多用学具的设计。

在此过程中，学生要明确上述模块的重点内容，以此为基础完成学具设计，并使用三维打印技术进行制作。

通过这样的方式，学生加深了对通用技术教学内容的认识与理解，也实现了实践能力的培养和提高。

综上所述，基于Maker的三维打印技术在通用技术学具开发设计中有独特的优势。

在明确开发设计流程与原则的基础上，教师要引导学生开发设计实践性学具、人文性学具、生活性学具，并注重一体多用学具的设计与制作，推动通用技术学具与课堂实践的有机融合。

参考文献：
[1]何国安.创客教育背景下通用技术教学开展的新思路[J].高考,2020(03).
[2]陈以波.通用技术课程师资培养方案的设计研究[D].聊城大学,2019.
[3]何砚洲,刘传斌,王永忠.怎样建设高中通用技术实践室[J].中小学实
验与装备,201
0(03). Application of3D Printing Technology Based on Maker in the Development of General Technical Learning Tools
Huang Jianzhong
(Fuzhou Institute of Education,Fuzhou350001,China)
Abstract:Based on the advantages of maker3D printing technology in the development of general technical learning tools,combined with educational practice,this paper analyzes the process and principles of the development and design of general technical learning aids based on3D printing technology,and expounds the general technology for Maker and3D printing technology from the development and Application of manufacturing learning tools and multi-functional demonstrative learning tools methods of application of learning tools.
Key words:Maker;3D printing technology;general technology;learning tools。