融入3D打印的技术与工程教学过程

（一）问题定义

问题定义即是创设问题情境，将问题与产品（或作品）设计联系起来，以解决问题驱动产品设计。问题情境是真实的社会情境，与工业生产或日常生活发生联系，围绕解决一个实际问题或社会问题展开。在界定问题时应简要陈述问题的焦点，分析利益相关者的认同度，明确产品对解决该问题的实际功用及限制。

（二）设计与创造性设计

创造性设计是基于解决问题为目标的原型设计和3D模型设计。学生使用快速成型的工具和材料创建原型，并与小组同伴协商模型的结构、规格、尺寸、兼容性等方面的问题，从而构建针对问题解决的初步方案；然后在CAD、Sketchup等软件上设计3D模型，并用3D打印机打印出来进行测试。设计是基于测试结果对原型和3D模型进行改进，通过新一轮的同伴讨论和教师指导反馈，改善3D模型。设计与创造性设计可以形成一个迭代环，期间思维能力发挥着重要作用，学生在反复的改进试验中进行思考与尝试，从而以最佳产品的形式解决问题。

（三）实施

实施是指将3D模型打印出来，对产品功能、效用等方面进行评价，并与原型进行结构、功能、兼容性等方面的对比。实施与测试往往交织在一起，实施的特点是能够快速将创意设计变成实物产品，验证想法的可行性与缺陷，并为下一步满足更苛刻的产品要求（如要求从环保、节能和可持续发展的角度开发产品）奠定产品原型。

（四）测试

测试是指用打印出来的产品反馈原型的是否达到预期标准，若同伴的分析、教师的反馈、产品实际的效用与预期标准差异较大，会返回“设计”阶段，进一步进行模型修正和原型改进。从适用性来看，测试是模型精化的过程，期间充斥着对模型的过程性评价和分析，只有学生、同伴、教师三方共同达成一致，模型改进才能称之为模型精化。从发展性来看，测试是推展方案的过程，实施3D打印教学活动时应避免机械的遵循逻辑合理性，因为工程设计需要运用“不完全决定逻辑”，采用发展的观点看待产品及其衍生功能。推展即不断发展、循环3D打印教学实施模式，追求外观更美、结构更简、功能更全的产品。理念上而言，产品没有最好只有更好，因此，“实施与测试”阶段也是无止境的。

首新,胡卫平,刘斌.3D打印融入中小学STEM教育项目的设计与教学——从国外融入3D打印的典型STEM教育项目谈起[J].基础教育,2017,14(04):68-80