一、課程定位：為何要在高中階段開設(shè)“設(shè)計打印技術(shù)應(yīng)用”？演講人課程定位：為何要在高中階段開設(shè)“設(shè)計打印技術(shù)應(yīng)用”？01實踐路徑：如何構(gòu)建“學(xué)-做-創(chuàng)”一體化教學(xué)模式02核心內(nèi)容：設(shè)計打印技術(shù)的“知識-技能-思維”三維體系03育人價值：設(shè)計打印技術(shù)的終極目標(biāo)04目錄2025高中設(shè)計打印技術(shù)應(yīng)用課件各位老師、同學(xué)們：大家好！我是一名深耕技術(shù)教育領(lǐng)域十余年的通用技術(shù)教師，也是學(xué)校3D打印社團的指導(dǎo)老師。今天，我將以“2025高中設(shè)計打印技術(shù)應(yīng)用”為主題，結(jié)合教學(xué)實踐與行業(yè)前沿，與大家共同探討這門融合設(shè)計思維與制造技術(shù)的跨學(xué)科課程。為什么選擇這個主題？因為在“制造強國”戰(zhàn)略與“新工科”教育背景下，設(shè)計打印技術(shù)（以3D打印為核心）已從工業(yè)領(lǐng)域滲透至基礎(chǔ)教育，成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、工程思維與實踐素養(yǎng)的重要載體。接下來，我將從課程定位、核心內(nèi)容、實踐路徑與育人價值四個維度展開，帶大家深入理解這門課程的內(nèi)涵與應(yīng)用。01課程定位：為何要在高中階段開設(shè)“設(shè)計打印技術(shù)應(yīng)用”？1時代需求：從“制造”到“智造”的人才儲備2025年，全球制造業(yè)正加速向智能化、個性化轉(zhuǎn)型。世界經(jīng)濟論壇預(yù)測，到2030年，3D打印將在消費品、醫(yī)療、教育等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，而支撐這一變革的核心是具備“設(shè)計-制造-優(yōu)化”全流程能力的復(fù)合型人才。高中階段是學(xué)生思維定型與能力發(fā)展的關(guān)鍵期，開設(shè)設(shè)計打印技術(shù)課程，正是為了讓學(xué)生提前接觸“數(shù)字設(shè)計+增材制造”的核心邏輯，為未來參與“智造”打下基礎(chǔ)。2教育價值：跨學(xué)科融合的實踐平臺傳統(tǒng)學(xué)科教學(xué)多以知識傳授為主，而設(shè)計打印技術(shù)天然具備跨學(xué)科屬性：技術(shù)維度：涉及材料科學(xué)（PLA、樹脂等打印材料特性）、機械原理（噴頭運動軌跡、層厚控制）；藝術(shù)維度：需要工業(yè)設(shè)計思維（人機工程學(xué)、美學(xué)比例）、三維建模能力（曲面構(gòu)造、結(jié)構(gòu)優(yōu)化）；工程維度：強調(diào)問題解決（支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計、打印失敗分析）、成本意識（材料用量計算、時間效率平衡）。以我指導(dǎo)的學(xué)生項目為例：去年社團設(shè)計“無障礙樓梯扶手”時，學(xué)生需用數(shù)學(xué)計算受力點，用物理分析材料承重，用美術(shù)調(diào)整外觀弧度，最終通過3D打印驗證設(shè)計——這正是跨學(xué)科融合的生動體現(xiàn)。3學(xué)生發(fā)展：從“被動學(xué)習(xí)”到“主動創(chuàng)造”的轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)課堂中，學(xué)生多是知識的接收者；而在設(shè)計打印課程中，學(xué)生需經(jīng)歷“發(fā)現(xiàn)問題→需求分析→方案設(shè)計→模型打印→測試優(yōu)化”的完整流程。這種“做中學(xué)”的模式，能有效激發(fā)學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力。我曾帶過一名對物理提不起興趣的學(xué)生，卻因在打印機械臂時主動研究電機扭矩公式，最終不僅完成作品，還自發(fā)查閱了《機械設(shè)計基礎(chǔ)》——這就是實踐驅(qū)動學(xué)習(xí)的力量。02核心內(nèi)容：設(shè)計打印技術(shù)的“知識-技能-思維”三維體系1基礎(chǔ)層：設(shè)計思維與數(shù)字工具的掌握要實現(xiàn)“設(shè)計→打印”的轉(zhuǎn)化，首先需掌握設(shè)計思維與建模工具。1基礎(chǔ)層：設(shè)計思維與數(shù)字工具的掌握1.1設(shè)計思維：從“需求”到“方案”的邏輯鏈設(shè)計不是天馬行空的想象，而是基于需求的系統(tǒng)分析。我常要求學(xué)生用“5W1H”法拆解問題：01What（目標(biāo)）：要解決什么具體問題？（如：為教室設(shè)計可調(diào)節(jié)高度的手機支架）02Why（需求）：用戶的核心痛點是什么？（如：現(xiàn)有支架高度固定，不同身高學(xué)生使用不便）03Who（用戶）：目標(biāo)用戶的特征是什么？（如：高中生，身高范圍150-180cm）04When/Where（場景）：使用場景有哪些限制？（如：僅在教室內(nèi)使用，需輕便、耐摔）05How（方案）：如何通過結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足需求？（如：采用可伸縮連桿結(jié)構(gòu)，材料選擇韌性好的PLA）061基礎(chǔ)層：設(shè)計思維與數(shù)字工具的掌握1.2數(shù)字工具：從“二維”到“三維”的建模跨越高中階段推薦使用操作簡便、功能適用的建模軟件：Tinkercad（入門級）：拖拽式建模，適合新手學(xué)習(xí)基礎(chǔ)幾何體、布爾運算（合并、切割）；Fusion360簡易版（進(jìn)階級）：參數(shù)化設(shè)計（通過修改尺寸驅(qū)動模型變化）、曲面建模（如人體工學(xué)手柄）；Cura（切片軟件）：將三維模型轉(zhuǎn)化為打印機可識別的G代碼，需掌握層厚（0.1-0.3mm）、填充率（15%-50%）、支撐結(jié)構(gòu)（是否需要、位置選擇）等參數(shù)設(shè)置。去年新生培訓(xùn)時，一名學(xué)生用Tinkercad設(shè)計了“分層筆盒”，通過布爾運算在盒體上切割出筆槽，又用Fusion360優(yōu)化了盒蓋的卡扣結(jié)構(gòu)，最終打印成品嚴(yán)絲合縫——這正是工具掌握后的能力體現(xiàn)。2技術(shù)層：打印原理與設(shè)備操作的實踐設(shè)計完成后，打印環(huán)節(jié)直接決定作品成敗。高中常用的3D打印技術(shù)主要有兩種：2技術(shù)層：打印原理與設(shè)備操作的實踐2.1FDM（熔融沉積成型）：最普及的桌面級技術(shù)原理：將熱塑性材料（如PLA、ABS）加熱至熔融狀態(tài)，通過噴頭逐層擠出并堆疊成型。01優(yōu)勢：設(shè)備成本低（3000-8000元）、材料安全（PLA無異味）、支持多色打?。?2局限：精度較低（層紋明顯）、復(fù)雜結(jié)構(gòu)需加支撐（后處理麻煩）。03操作要點：04校準(zhǔn)平臺：確保噴頭與平臺間距為一張A4紙厚度（約0.1mm），避免翹邊或粘不牢；05溫度控制：PLA打印溫度建議190-210℃，平臺溫度50-60℃（視濕度調(diào)整）；06故障處理：堵頭（清理噴頭）、斷料（檢查送絲輪松緊）、翹邊（涂膠水或使用加熱平臺）。072技術(shù)層：打印原理與設(shè)備操作的實踐2.2SLA（光固化成型）：高精度模型的首選原理：通過紫外線照射液態(tài)光敏樹脂，逐層固化成型。優(yōu)勢：精度高（層厚可達(dá)0.05mm）、表面光滑、適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如鏤空、薄壁）；局限：設(shè)備較貴（1-3萬元）、樹脂有刺激性（需通風(fēng)環(huán)境）、后處理需清洗（酒精浸泡）。操作要點：支撐設(shè)計：需在模型底部、懸空部位添加“樹狀支撐”，避免固化時脫落；曝光時間：根據(jù)樹脂類型調(diào)整（通用樹脂每層曝光5-10秒，高韌性樹脂需延長）；安全規(guī)范：佩戴手套操作，廢棄樹脂需集中處理（不可直接倒入下水道）。在去年的“微縮建筑模型”比賽中，學(xué)生用SLA打印了帶雕花的古建筑屋檐，細(xì)節(jié)清晰到0.2mm的紋路——這是FDM技術(shù)難以實現(xiàn)的，也讓學(xué)生直觀理解了“技術(shù)選擇需匹配需求”的工程思維。3應(yīng)用層：從“模型”到“產(chǎn)品”的價值轉(zhuǎn)化設(shè)計打印的最終目標(biāo)是解決實際問題。結(jié)合高中場景，可重點探索以下應(yīng)用方向：3應(yīng)用層：從“模型”到“產(chǎn)品”的價值轉(zhuǎn)化3.1教育輔助：學(xué)科知識的可視化載體物理：打印“齒輪傳動系統(tǒng)”模型，直觀展示轉(zhuǎn)速比關(guān)系；生物：3D打印人體器官（心臟、骨骼），輔助解剖學(xué)教學(xué)；地理：制作地形模型（山地、河流），幫助理解等高線原理。我曾與生物老師合作，讓學(xué)生打印“心臟結(jié)構(gòu)模型”，學(xué)生不僅要準(zhǔn)確還原心房、心室的位置，還要標(biāo)注瓣膜的功能——這種“輸出倒逼輸入”的學(xué)習(xí)方式，使知識點掌握率提升了40%。3應(yīng)用層：從“模型”到“產(chǎn)品”的價值轉(zhuǎn)化3.2文創(chuàng)設(shè)計：個性化表達(dá)的實踐場域校園文化：設(shè)計?；樟Ⅲw鑰匙扣、畢業(yè)紀(jì)念章；傳統(tǒng)工藝：將剪紙、木雕圖案轉(zhuǎn)化為3D模型，實現(xiàn)傳統(tǒng)與現(xiàn)代的融合；公益項目：為特殊兒童打印定制化玩具（如大顆粒拼圖，方便手部力量弱的孩子抓握）。今年社團為自閉癥兒童設(shè)計的“感官探索球”，表面集成了凹凸紋理、可旋轉(zhuǎn)按鈕等結(jié)構(gòu)，打印后孩子們愛不釋手——這讓學(xué)生深刻體會到“技術(shù)的溫度”。3應(yīng)用層：從“模型”到“產(chǎn)品”的價值轉(zhuǎn)化3.3工程啟蒙：簡易裝置的設(shè)計制造機械裝置：打印“簡易機械臂”（需結(jié)合舵機、連桿結(jié)構(gòu)）；智能設(shè)備：為Arduino傳感器制作外殼（如溫濕度傳感器保護盒）；環(huán)保創(chuàng)新：用回收PLA材料（粉碎后重新造粒）打印花盆，踐行循環(huán)經(jīng)濟理念。去年學(xué)生設(shè)計的“陽臺自動澆花器”，通過3D打印外殼集成了濕度傳感器和微型水泵，經(jīng)測試可精準(zhǔn)控制澆水量——這已接近“創(chuàng)客產(chǎn)品”的完整形態(tài)。03實踐路徑：如何構(gòu)建“學(xué)-做-創(chuàng)”一體化教學(xué)模式1分層教學(xué)：從“模仿”到“創(chuàng)新”的能力進(jìn)階針對高中生的認(rèn)知特點，教學(xué)需遵循“基礎(chǔ)操作→案例復(fù)現(xiàn)→自主創(chuàng)新”的梯度：第一階段（1-2周）：熟悉設(shè)備與軟件。通過打印“校準(zhǔn)立方體”掌握平臺調(diào)平，用Tinkercad復(fù)現(xiàn)“經(jīng)典模型”（如埃菲爾鐵塔簡化版）；第二階段（3-6周）：完成命題設(shè)計。如“為教室設(shè)計收納盒”，需綜合考慮容量、外觀、與課桌的適配性；第三階段（7-12周）：開展項目式學(xué)習(xí)。以“校園問題解決”為主題，學(xué)生自主組隊選題（如“改善圖書館占座現(xiàn)象的智能提示牌”），經(jīng)歷需求調(diào)研、方案設(shè)計、打印測試、優(yōu)化迭代的全流程。2評價體系：過程與結(jié)果并重的多元評估傳統(tǒng)“作品打分”的評價方式難以全面反映學(xué)生能力，需構(gòu)建“三維評價模型”：01知識掌握（30%）：通過理論測試（如打印參數(shù)含義、材料特性）、軟件操作考核（如用Fusion360完成簡單建模）；02實踐能力（50%）：觀察實驗記錄（設(shè)計草稿、修改日志）、作品完成度（尺寸精度、結(jié)構(gòu)強度）、問題解決能力（如打印失敗后分析原因并調(diào)整方案）；03創(chuàng)新素養(yǎng)（20%）：評估設(shè)計的原創(chuàng)性（是否解決新問題）、社會價值（是否滿足實際需求）、團隊協(xié)作（分工合理性、溝通效率）。043安全規(guī)范：技術(shù)應(yīng)用的底線意識03三不：不觸碰未冷卻的噴頭，不隨意調(diào)整未理解的參數(shù)（如擅自提高打印溫度），不將非打印材料（如金屬、布料）放入料倉。02三查：開機前查電源線路是否破損，打印前查材料是否安裝到位，結(jié)束后查設(shè)備是否斷電；01打印設(shè)備涉及高溫（FDM噴頭200℃+）、化學(xué)試劑（SLA樹脂），安全必須放在首位。我總結(jié)了“三查三不”原則：04育人價值：設(shè)計打印技術(shù)的終極目標(biāo)育人價值：設(shè)計打印技術(shù)的終極目標(biāo)回顧整門課程，其核心不僅是教會學(xué)生操作設(shè)備，更在于培養(yǎng)面向未來的核心素養(yǎng)：1工程思維：從“理想設(shè)計”到“現(xiàn)實約束”的平衡工程不是追求完美，而是在成本、時間、材料等約束下尋找最優(yōu)解。學(xué)生在打印過程中會發(fā)現(xiàn)：設(shè)計時忽略的“支撐結(jié)構(gòu)”可能導(dǎo)致模型斷裂，過高的填充率會浪費材料——這些經(jīng)驗將內(nèi)化為“系統(tǒng)思考”的能力。2創(chuàng)新能力：從“模仿者”到“創(chuàng)造者”的跨越當(dāng)學(xué)生能用3D打印將腦海中的創(chuàng)意變?yōu)閷嵨?，?chuàng)新就不再抽象。我曾帶過一個團隊，為解決“實驗室試管架易傾倒”的問題，設(shè)計了“磁性吸附式試管架”，通過打印帶磁鐵槽的底座，成功降低了90%的傾倒率——這就是“創(chuàng)新驅(qū)動實踐”的最佳注腳。3責(zé)任意識：技術(shù)應(yīng)用的人文關(guān)懷技術(shù)是工具，如何使用決定其價值。在“為留守兒童設(shè)計護眼臺燈”項目中，學(xué)生不僅考慮了光照強度，還加入了“語音陪伴”功能（通過藍(lán)牙連接手機）——這讓他們明白：技術(shù)的終極目標(biāo)是服務(wù)人、溫暖人。結(jié)語：讓設(shè)計打印成為連接未來的橋梁2025年的高中設(shè)計打印技術(shù)應(yīng)用，不僅是一門課程，更是一把打開“智造世界”的鑰匙。它教會學(xué)生用數(shù)字設(shè)計定義可能