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基于激光切割技术的中小学创客教育

作者:未知

  最近几年,我国创客教育的发展已经从“探索”到“注重”,从个别尝试到全面普及。创客教育实践方式也从单一的开源硬件、3D打印、无人机等发展成为多学科、多类型融合的“创客教育+”新模式。从想法到建造,创客教育在各类新型软硬件的支持下蓬勃发展,近两年,无锡市在中小学创客教育活动中推动了激光切割技术的应用,下面,笔者结合具体实践例子谈谈基于激光切割技术的创客教育的经验和做法。
  ● 激光切割技术的组成
  激光切割机是一个很好用的数字化工具,一块木板经过激光切割机的快速加工,很快就可以完成作品,而且激光切割机的成本非常低廉。目前,学校创客空间大多数使用的是小型激光切割机。常见的激光切割作业包含平面作品、立体作品、机械作品三类,中小学应用激光切割机的创客作品主要是平面作品和立体作品。
  有了激光切割设计软件,学生就能够向计算机输入自己作品的内外结构、尺寸等全方位的细节,操作简便,所见所得。激光切割的设计、加工过程可以培养学生创作思维的全局性、整体性、系统性,培养学生加工操作过程中的安全责任意识,使其能严格遵守设备操作规程,提高安全保护能力,并能培养学生自主学习思维、工程能力素养,提高其动手创造、团队协作和解决问题的能力。
  常见的激光切割设计软件主要有SketchUp草图大师、AutoCAD、solidworks、PRO/E等,由于各款软件有不同的行业特点,同时学习每款软件的使用过程较为漫长,无法满足在校园创客教育中的普及应用,所以我们主要推荐使用的是Botcraft设计软件。Botcraft设计软件专门针对中小学生运用激光切割技术进行三维制图而开发的,其主要优势体现在:①采用模块化拼装的创新设计方式,通过布尔运算对三维结构的每个面进行加减法,学生只要把模型库中的模块进行添加,同时删除不需要的部分,就可以完成三维设计,极大地降低了设计难度;②将国内主流品牌的开源硬件全系列加入到数据模型库中,让学生根据器材直接调取打孔或预留空间,并在软件中进行实物拼装仿真,极大地提高了设计质量;③具备三维作品转化为平面加工零件图的功能,学生只需一键导出平面加工零件图,再通过几分钟的切割,就可以获得自己的设计作品;④引入简易化的设计软件,让学生可以完成从平面作品到立体作品甚至机械作品的升级,更好地实现自己的创意。
  例如,以作品“开门的盒子”为例,使用Botcraft设计软件,学生只需要完成下页图1左边的三维仿真设计图,系统就可一键生成右边的平面切割图,并自动排列全部的七个零部件。
  ● 激光切割技术在中小学创客教育中的优势
  激光切割机与3D打印机、微型或小型机床并称为校园创客空间的“三大法宝”,当前各中小学在建设校园创客空间时,常把激光切割机作为必配的设备。激光切割技术在创客教育中具备如下三个优势:
  首先,激光切割机可以加工各种材料。依靠激光切割机,学生可以实现原来依靠手工制作难以实现的一些功能,如各种材料的高精度雕刻,从而将关注的重点放在设计和建造上,而不再受到材料的制约。
  其次,激光切割机为创客作品带来时间和设计的便捷。例如,一些作品的框架结构,如果没有激光切割机,学生通常只能靠手工来制作,在细节和构造上,很难达到预期的效果。这些框架结构平时可以用3D打印的方式实现,但到了比赛的环境中,由于3D打印过程耗时较长,一次成品的可用率并不高,很容易影响到整个作品的成败,而利用激光切割技术就可以比较完美地解决这一问题。激光切割技术高效的设计制作使得作品的各个部件可以随时调整和完善,学生可通过将切割出的部件实际拼搭,不断检验和迭代自己的设计。
  再次,激光切割设计软件的不断更新迭代,能将切割技术与其他创客技术无缝融合。学生在利用激光切割结构时,可以结合开源硬件、无人机、3D打印等技术和产品部件,创作出集多元素、多功能于一体的具有工艺艺术性,并更加实用的创客作品。
  ● 激光切割技术在推动创客教育方面的作用
  激光切割技术有助于学生更好地建立工程思维。在中小学创客教育活动中推进激光切割技术的应用,使得学生有条件有机会从中感受设计的严谨性,收获设计的快乐。
  为鼓励中小学积極开展激光切割机的应用研究,我们在无锡市的中小学创客大赛中设置了基于激光切割技术的专项赛事——激光智造创意赛,该项赛事以体现激光切割、雕刻的工艺特色为侧重点,要求选手以激光切割(雕刻)技术创作相关作品,作品种类包含生活家居用品类(如灯具灯饰、装饰品、家用小电器等)、文化创意类(如文创产品、节假日传统特色、景区名人纪念品、艺术品等)、智能交通工具类(如智能小车、坦克、飞机等)及机械结构类(如机械蜂鸟、传动机构、机械动物等)4大类别。有了激光切割机,小创客们如虎添翼,大赛涌现出不少优秀作品(如图2),其作品完整度高,艺术表达性突出,作品结构设计科学合理,均达到了消费级产品的层次。
  在越来越多的中小学生创客活动中,我们可以看出,激光切割技术已不再是高不可攀的技术,激光切割机也不再是束之高阁或避而远之的创客设备。在创客教育中,如何让师生更多地“创”起来,如何让创客设备更好地“转”起来,如何让创客课程更有效地“开”起来,还需要我们在实践中不断地探索和研究。笔者相信,只要愿意亲身参与,人人都有希望成为创客。
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