3D打印技術(shù)在高中美術(shù)課程中的應(yīng)用

1、 PAGE 113D 打印技術(shù)在高中美術(shù)課程中的應(yīng)用* 批注GYJ1: 本文是否為課題論文，是否有課題信息，如有， 請補(bǔ)充。參照示例：本文系廣東省教育科學(xué)規(guī)劃課題“微課介入研學(xué)后教 課改的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究以初中信息技術(shù)學(xué)科為中心”（立項(xiàng)編號：15JXN036）的階段性研究成果竺 琳 （廣東實(shí)驗(yàn)中學(xué)越秀學(xué)校，廣東廣州 510095） 【摘 要】隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，3D打印技術(shù)逐漸進(jìn)入了人們的日常生活和中小學(xué)課堂，基于創(chuàng)客教育和STEAM教育理念，在高中美術(shù)課程中引入 3D打印技術(shù)，通過 3D 創(chuàng)意建模軟件和 3D打印機(jī)幫助學(xué)生設(shè)計(jì)“所思即所得”的創(chuàng)意美術(shù)作品，圍繞學(xué)科核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的動手實(shí)

2、踐能力、邏輯思維能力和創(chuàng)新思維能力。 【關(guān)鍵字】3D打印技術(shù)；高中美術(shù)；STEAM教育；創(chuàng)新思維能力；核心素養(yǎng) 帶格式的: 縮進(jìn): 首行縮進(jìn): 2 字符以興趣愛好為向?qū)?，通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方式，結(jié)合多元化應(yīng)用工具，培養(yǎng)跨學(xué)科解決問題能力、溝通交流能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力。它通常以 STEAM 課程為載體，即融合科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineer)、藝術(shù)/人文(Arts)和數(shù)學(xué)(Mathematics)等的跨學(xué)科實(shí)踐活動，通過在從活動中、真實(shí)體驗(yàn)中的學(xué)習(xí)，將學(xué)科知識與生活實(shí)踐有機(jī)聯(lián)系起來，最終實(shí)現(xiàn)“知行合一”3。而中學(xué)里相互割裂的各門課程限制了學(xué)生在理論

3、與應(yīng)用上的聯(lián)系，學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中常常表現(xiàn)為有理論而缺靈感，有功能而沒有美感。如何將不同學(xué)科的思維方式有效地快速應(yīng)用起來，是創(chuàng)意設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中的一個有效手段。將 3D 設(shè)計(jì)軟件和 3D 打印技術(shù)應(yīng)用于藝術(shù)創(chuàng)作，有助于學(xué)生將形象思維碎片整理起來，建立完整的、可實(shí)施的創(chuàng)意作品，從而可以根據(jù)學(xué)科核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。 一、3D 打印技術(shù) *本文系廣東省教育技術(shù)中心2018年度專項(xiàng)課題 “3D打印創(chuàng)客課程中培養(yǎng)形象思維與邏輯思維相結(jié)合的教學(xué)研究” （立項(xiàng)號：18jx07047）和廣州市教研院綜合實(shí)踐活動學(xué)科2018年度立項(xiàng)項(xiàng)目課題“基于 STEM 理念下進(jìn)行“3D打印藝術(shù)設(shè)計(jì)”創(chuàng)客課程的 實(shí)施研

4、究”（立項(xiàng)號：2018zhsj008）研究成果。 普通高中美術(shù)新課標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）出臺以來，中學(xué)美術(shù)教育進(jìn)入了一個新篇章，新課標(biāo)在設(shè)計(jì)模塊的要求中提到：能利用傳統(tǒng)和現(xiàn)代的媒材、工具與方法，通過聯(lián)想和想象進(jìn)行有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)活動1 。能參與其他學(xué)科或跨學(xué)科的研究性學(xué)習(xí)，解決學(xué)習(xí)、生活和工作中的問題2。美術(shù)學(xué)科教學(xué)也需要融入創(chuàng)客教育和 STEAM 教育理念。創(chuàng)客教育的核心理念源于杜威所提出的“做中學(xué)”，將創(chuàng)客文化與教育有機(jī)融合，帶格式的: 字體: 11 磅帶格式的: 字體: 五號, 非加寬量 / 緊縮量 帶格式的: 字體: +中文正文 (宋體), 五號, 非加粗,非加寬量 / 緊縮量 帶格式的:

5、 縮進(jìn): 首行縮進(jìn): 2 字符, 右 1.05 字符, 段落間距段前: 0.2 磅, 段后: 0 磅, 行距: 單倍行距, 無孤行控制, 不調(diào)整西文與中文之間的空格, 不調(diào)整中文和數(shù)字之間的空格帶格式的: 字體: 五號帶格式的: 字體: +中文正文 (宋體), 五號, 非加粗,非加寬量 / 緊縮量 帶格式的: 字體: 五號, 非加寬量 / 緊縮量 帶格式的: 字體: 五號帶格式的: 字體: 五號, 非加寬量 / 緊縮量 帶格式的: 字體: +中文正文 (宋體), 五號, (中文) 中文(中國), 非加寬量 / 緊縮量 帶格式的: 字體: +中文正文 (宋體), 五號, (中文) 中文(中國),

6、 非加寬量 / 緊縮量 帶格式的: 字體: +中文正文 (宋體), 五號, (中文) 中文(中國), 非加寬量 / 緊縮量 帶格式的: 字體: +中文正文 (宋體), 五號, (中文) 中文(中國), 非加寬量 / 緊縮量 帶格式的: 字體: +中文正文 (宋體), 五號, (中文) 中文(中國), 非加寬量 / 緊縮量 帶格式的: 字體: 五號, 非加寬量 / 緊縮量 帶格式的: 字體: 五號帶格式的: 字體: 宋體, 五號3D 打印又稱三維打印，它是使用粉末狀的可粘合材料，通過逐層打印的方式將數(shù)字模型打印成實(shí)物的一種快速成形技術(shù)。隨著技術(shù)的發(fā)展，3D打印的材料從ABS、PLA到金屬、樹脂、

7、陶瓷粉、石墨烯、食材等，已多達(dá)200多種。已經(jīng)可以滿足絕大多數(shù)設(shè)計(jì)所需要的 材質(zhì)。因此，在藝術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域開始出現(xiàn)了3D打印的服裝、鞋子、雕塑、首飾、裝置藝術(shù)等 等，作為限量制作的設(shè)計(jì)模型，3D打印技術(shù)有著傳統(tǒng)制造不可比擬的優(yōu)勢。 （一）3D 創(chuàng)意建模 1.選擇快捷易上手的軟件，貼合學(xué)習(xí)要求 當(dāng)前 3D 打印建模軟件的種類非常多，應(yīng)用效果和功能與軟件的復(fù)雜程度也是成正比。專業(yè)的軟件雖然功能更強(qiáng)大，但學(xué)習(xí)過程也更為復(fù)雜，例如大學(xué)設(shè)計(jì)專業(yè)會選用功能強(qiáng)大 的“犀牛”軟件。而在高中美術(shù)課程設(shè)置中，一個模塊的課時基本是 16 課時，對學(xué)生學(xué)習(xí)掌握軟件的時間有限，能夠快速掌握軟件激發(fā)創(chuàng)作熱情十分重要。通過比對

8、，可以選擇 使用 3D One、123D 等簡單易學(xué)的軟件。 （二）3D 打印機(jī) 用3D打印機(jī)打印3D模型，通常教師在教學(xué)中以3D打印機(jī)的操作使用為主，即介紹3D 打印機(jī)工作原理，將一些現(xiàn)成的模型導(dǎo)入3D打印機(jī)，然后將模型打印出來，整個過程變成 了3D打印機(jī)操作教學(xué),缺乏創(chuàng)新性。并且由于實(shí)物打印時間通常很長，操作步驟單一，學(xué) 生初次使用3D打印機(jī)時的興奮和激動會很快消失。 二、3D 打印技術(shù)在高中美術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用策略 利用3D打印技術(shù)能夠?qū)⑻摂M3D數(shù)字模型快速打印出3D實(shí)物模型，因此在教學(xué)中教師可 以引導(dǎo)學(xué)生將時間和精力投入到創(chuàng)新設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在抽象概念和直觀經(jīng)驗(yàn)之間自由轉(zhuǎn) 換，使設(shè)計(jì)思路實(shí)

9、現(xiàn)可視化和實(shí)體化。師生創(chuàng)客們通過玩中做、做中學(xué)、學(xué)中做、做中創(chuàng)， 培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力，從“思”到“造”再到“創(chuàng)”，讓學(xué)生的想 象力得到實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)和創(chuàng)意智造4。 基于 3D 環(huán)境，構(gòu)建立體感作品 3D 軟件建模對學(xué)生作品設(shè)計(jì)的完整性、可實(shí)施性有著更好的體驗(yàn)。以往在紙上畫設(shè)計(jì)稿，由于二維畫面的限制，學(xué)生經(jīng)常只考慮到前面的設(shè)計(jì)效果，而忽略其他角度的整體 效果。例如，在建筑模型設(shè)計(jì)中，以往很多學(xué)生只設(shè)計(jì)了正面的效果圖，甚至根本就沒有去想建筑物背面是怎樣的，要設(shè)計(jì)什么結(jié)構(gòu)與正面相呼應(yīng)。而建筑的設(shè)計(jì)非常重視朝向、采光、與周圍環(huán)境相適應(yīng)等因素，以及合理的人流分布需要在不同角度

10、位置有多個出入口， 來達(dá)到安全要求。在教學(xué)中，即使教師特別提醒注意立體感，也有學(xué)生僅僅是將作品做成 一個有一點(diǎn)厚度的片狀物體，缺乏空間想象能力。這樣的作品實(shí)際上是一個不完整的作品， 根本無法實(shí)際應(yīng)用。而在 3D 建模環(huán)境中就可以避免這種現(xiàn)象發(fā)生，設(shè)計(jì)過程中學(xué)生就能不斷地從各個不同角度觀察作品，自然而然地對作品的空間效果進(jìn)行思考設(shè)計(jì)。 借助項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，高效掌握建模軟件 在教授學(xué)生建模軟件的使用中，筆者開始使用和其他軟件的教學(xué)方法一樣，逐個講解 軟件中的各種操作命令。這導(dǎo)致學(xué)生學(xué)會了命令卻很難靈活應(yīng)用，當(dāng)在實(shí)際建模中需要建 造某種模型的時候，依然不知道該如何下手。通過反思，在后面的教學(xué)中改進(jìn)成項(xiàng)目

11、式教 學(xué)。設(shè)定好項(xiàng)目，提供一些操作命令，讓學(xué)生通過自主探究、小組合作、成果展示、作品 評價等環(huán)節(jié)，最后完成一個3D模型的設(shè)計(jì)。在這個過程中，學(xué)生通過自主探究養(yǎng)成在建模 時先在筆記本上畫出思維導(dǎo)圖的習(xí)慣，思考一個模型需要分解成多個部件的造型，按先后 順序完成模型創(chuàng)建。學(xué)生通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動，培養(yǎng)了學(xué)生邏輯思維、設(shè)計(jì)思維和創(chuàng)新思維 能力，有效地提高了學(xué)生對建模軟件的應(yīng)用技巧。 因此，創(chuàng)意建模設(shè)計(jì)才是3D打印的靈魂，與3D打印機(jī)共同應(yīng)用到高中美術(shù)課程中，就 可以獨(dú)立完成“智造”的全過程。以往的美術(shù)設(shè)計(jì)模塊當(dāng)中，多數(shù)作品只能到完成繪制設(shè) 計(jì)稿這一步。而3D打印機(jī)的應(yīng)用為立體造型設(shè)計(jì)開辟了新途徑。學(xué)生可以

12、看到自己設(shè)計(jì)的 最終產(chǎn)品，對于設(shè)計(jì)過程中所存在的問題也有了直觀的感受，通過測試可以再對模型進(jìn)行 調(diào)整，直到達(dá)到理想狀態(tài)。 三、3D 打印技術(shù)在高中美術(shù)課程中的應(yīng)用案例 美術(shù)學(xué)科課程的核心素養(yǎng)之一是“創(chuàng)意實(shí)踐”，其要求是在美術(shù)活動中形成創(chuàng)新意識， 運(yùn)用創(chuàng)意思維和創(chuàng)造方法。作品的設(shè)計(jì)效果一般通過圖樣或模型的方式呈現(xiàn)，依照產(chǎn)品設(shè) 計(jì)的程序和方法，選擇生活器物、家用電器、服裝服飾和交通工具等設(shè)計(jì)種類中的一項(xiàng)， 學(xué)習(xí)以手繪、計(jì)算機(jī)軟件繪制效果圖或制作模型等方式完成產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計(jì)5。因此，將3D 打印技術(shù)應(yīng)用于美術(shù)課程教學(xué)實(shí)踐中是信息技術(shù)與學(xué)科融合的大膽嘗試和實(shí)踐創(chuàng)新。3D 打印培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的案例設(shè)計(jì)如

13、表1所示。 表 1 3D 打印培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的案例設(shè)計(jì) 生活日用品創(chuàng)意設(shè)計(jì)案例 教學(xué)目標(biāo)：學(xué)生設(shè)計(jì)出在使用功能方面有特色或符合人體工程學(xué)，并在外觀上具有美感藝術(shù)性的生活用品 EDIPT 模帶 格式表格授課過程 學(xué)生活動 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：功能性方面使用方便、快捷、舒適；美感方面能與功能性相有機(jī)結(jié)合、造型獨(dú)特優(yōu)美、有藝術(shù)性或有情感表達(dá)特點(diǎn) 型 運(yùn)用便利貼這一小工具，將自己遇到的、想到的生活中同理心 1生活問題大發(fā)現(xiàn) 覺得不滿意、不適用的情況寫到上面，然后互相觀看交流從而衍生發(fā)現(xiàn)更多問題（頭腦風(fēng)暴） 需求 2解決問題的方法： TRIZ 理論中的 40 種發(fā)明方法； 美術(shù)中的 N 種藝術(shù)審美風(fēng)格 學(xué)習(xí)理解

14、 TRIZ 的 40 種發(fā)明方法； 梳理美術(shù)作品風(fēng)格特點(diǎn)； 通過選取某種發(fā)明方法與藝術(shù)風(fēng)格，模仿、激發(fā)頭腦中的靈感，創(chuàng)建自己的構(gòu)思 創(chuàng)想 3草圖手繪 在繪制過程中，將設(shè)計(jì)方案深入、具體化構(gòu)思，豐富細(xì)節(jié)，完善 3D 體塊結(jié)構(gòu)并化，確定創(chuàng)意草圖 4上機(jī)建模：分解設(shè)計(jì)稿部件，關(guān)注功能以及整體效果圖在建模軟件原型 中的工具里選擇合適的功能設(shè)計(jì)建模流程； 學(xué)習(xí)建模軟件 創(chuàng)建模型 測試 5打印模型 通過打印得到具體可視化的作品，測試與調(diào)整前期設(shè)計(jì) 在此案例中，融合了斯坦福設(shè)計(jì)研究院開發(fā)的 EDIPT 模型，設(shè)計(jì)思維中所包含的同理心、需求、創(chuàng)想、原型和測試五個環(huán)節(jié)76，結(jié)合學(xué)生的自身體驗(yàn)和生活需求，引導(dǎo)學(xué)生

15、把技術(shù)與設(shè)計(jì)相結(jié)合，通過具有邏輯性的創(chuàng)意設(shè)計(jì)，利用 3D 打印技術(shù)驗(yàn)證方案，完善解決方案，從而實(shí)現(xiàn)有創(chuàng)意的作品。在技術(shù)方面，解決技術(shù)矛盾的創(chuàng)新原理與方法的數(shù)量并 不多，一般科技人員都可以學(xué)習(xí)、掌握；解決本領(lǐng)域技術(shù)問題最有效的原理與方法，往往 是來自其他領(lǐng)域的科學(xué)知識87。因此，將創(chuàng)意發(fā)明方法引入教學(xué)，以幫助學(xué)生有效尋找技 術(shù)創(chuàng)新的支持。 四、3D 打印技術(shù)在高中美術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用成效 筆者在近兩年的教學(xué)實(shí)踐中結(jié)合美術(shù)課教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)了系列設(shè)計(jì)課程，如機(jī)器人設(shè) 批注GYJ2: 建議作者補(bǔ)充相關(guān)的論據(jù)作為文章的支撐，來論文所取得的成效，而非停留在簡單的描述層面（建議通過數(shù)據(jù)來進(jìn)行論證。）計(jì)、獎杯設(shè)計(jì)

16、、印章設(shè)計(jì)、社區(qū)建筑設(shè)計(jì)、生活日用品設(shè)計(jì)、交通工具設(shè)計(jì)等。為3D打印技術(shù)在美術(shù)學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用作了探索和嘗試，并取得了一定的成效。 藝術(shù)之美往往在于其獨(dú)特性，科技創(chuàng)新亦如此。創(chuàng)造性思維培養(yǎng)是教學(xué)的核心理念。 帶格式的: 縮進(jìn): 首行縮進(jìn): 2 字符, 定義網(wǎng)格后不調(diào)整右縮進(jìn), 無孤行控制, 不調(diào)整西文與中文之間的空格,不調(diào)整中文和數(shù)字之間的空格, 不壓縮句首標(biāo)點(diǎn)符號通過創(chuàng)造性思維培養(yǎng)的學(xué)生，都有一個共同特征，就是對具有特殊、個性化風(fēng)格的作品感興趣，喜歡彰顯自己的個性，有意識地選擇異于他人的方式解決問題，以追求創(chuàng)意樂趣。當(dāng)今社會標(biāo)榜追求個性，因此“個性化定制”產(chǎn)品也得到大家的青睞，以滿足個性化需

17、求。這種“個性化”作品對于創(chuàng)造性思維的養(yǎng)成有著非常積極的作用。因此筆者在教學(xué)設(shè)計(jì)中，鼓勵學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性、個性化作品設(shè)計(jì)，為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力創(chuàng)造條件。例如：在學(xué)生設(shè)計(jì)出作品草圖后，設(shè)計(jì)了學(xué)生進(jìn)行互評環(huán)節(jié)。讓學(xué)生，選出自己最喜歡的幾件優(yōu)秀作品。學(xué)生評出 在此選擇了幾4幅學(xué)生作品草圖作品獲得的優(yōu)秀率，評價的統(tǒng)計(jì)對比以下表格為學(xué)生設(shè)計(jì)的個性化水杯草圖如圖1所示互評優(yōu)秀率對比表。如表2所示。 。 帶格式的: 字體: +中文正文 (宋體), 五號帶格式的: 左, 縮進(jìn): 首行縮進(jìn): 2 字符, 行距: 1.5倍行距, 壓縮句首標(biāo)點(diǎn)符號帶格式表格帶格式的: 字體: +中文正文 (宋體), 五號帶格式的:

18、 字體: +中文正文 (宋體), 五號帶格式的: 字體: +中文正文 (宋體), 五號畫表2 學(xué)生草圖作品評價表 圖1 學(xué)生設(shè)計(jì)的個性化水杯 1、國畫風(fēng)1 22、仿南瓜造型水杯 33、巢與蛋水杯 44、親吻水杯 格裝飾作品編號水杯 帶格式的: 居中帶格式表格帶格式的: 居中風(fēng)格裝飾水杯 南瓜造型水杯 與蛋水杯 吻水杯 帶格式的: 字體: 五號帶格式的: 左, 縮進(jìn): 首行縮進(jìn): 2 字符帶格式的: 字體: 五號帶格式的: 字體: +中文正文 (宋體), 五號帶格式的: 居中作品圖帶格式的: 居中帶格式的: 字體: +中文正文 (宋體), 五號帶格式的: 字體: +中文正文 (宋體), 五號帶格

19、式的: 字體: +中文正文 (宋體), 五號帶格式的: 居中帶格式的: 居中該學(xué)生設(shè)計(jì)了一個人的唇部作為水杯開口，喝水時就像在親吻。這個作品雖然在美感方面還有待加強(qiáng)，但非常獨(dú)特，具有一定的趣味性，受到多數(shù)學(xué)生的喜愛。而1號作品看起來比較眼熟，像一個筆筒。2號作品仿南瓜造型，市面上常見的草莓杯、蘋果杯等都是這一類型沒什么新意。3號作品稍微特別一點(diǎn)些，獲得的優(yōu)秀評價就多一點(diǎn)些。 作品名稱國畫風(fēng)格裝飾水杯 仿南瓜造型水杯 巢與蛋水杯 親吻水杯 優(yōu)秀率 212%優(yōu)秀 214% 優(yōu)秀 321% 優(yōu)秀 573% 優(yōu)秀 從這個對比表2中可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生們所給優(yōu)秀評價最多的是第四個4號作品：親吻水杯，由此可見，

20、國畫風(fēng)格裝飾水杯仿南瓜造型水杯巢與蛋水杯親吻水杯 帶格式的: 字體: +中文正文 (宋體), 五號 隨著人們生活水平的提高，產(chǎn)品擁有的功能不是產(chǎn)品被選擇的唯一參考，其趣味性愈來愈得到大家的重視?，F(xiàn)代人們從實(shí)用與造型的雙重美感去審視一個產(chǎn)品，只有兩者都兼顧才能被更多用戶所選擇68。 因此學(xué)生在設(shè)計(jì)作品時，外形的美感與趣味性也是創(chuàng)新設(shè)計(jì)特別關(guān)注的內(nèi)容。例如：圖1中的親吻水杯，學(xué)生設(shè)計(jì)了一個人的唇部作為水杯開口，喝水時就像在親吻。這個作品雖然在美感方面還有待加強(qiáng)，但具有一定的趣味性。3D打印培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的案例設(shè)批注GYJ3: 請將此段內(nèi)容進(jìn)行替換和調(diào)整計(jì)如表1所示。 四、結(jié)語 參考文獻(xiàn)： 美術(shù)的發(fā)展始終伴隨著人類文明的發(fā)展史，新的技術(shù)、新的材料都是美術(shù)發(fā)展的強(qiáng)勁 助力。工業(yè)時代的技術(shù)與鋼鐵造就了埃菲爾鐵塔這一現(xiàn)代美術(shù)的標(biāo)志性作品。3D 打印技術(shù)作為先進(jìn)制造技術(shù)的代表，與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等其他先進(jìn)技