朱清

2012年，英國(guó)教育部選取 21所小學(xué)作為試點(diǎn)學(xué)校，讓他們嘗試在科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)和設(shè)計(jì)的課堂中教授和使用3D 打印技術(shù)。一旦試點(diǎn)成功，3D打印技術(shù)項(xiàng)目將推廣至更多學(xué)校。目前，在我國(guó)教育領(lǐng)域，特別是基礎(chǔ)教育階段，3D 打印技術(shù)的應(yīng)用還是一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。3D打印為學(xué)校開展STEAM教育提供了讓創(chuàng)意靈活物化的技術(shù)支持，于是我們把3D打印技術(shù)引入學(xué)科教學(xué)中。不僅為學(xué)科教學(xué)增添了活力，更主要的是，學(xué)生在利用3D打印技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)作的過程中，激發(fā)了想象力，培養(yǎng)了創(chuàng)新能力，提高了動(dòng)手實(shí)踐能力。

3D打印技術(shù)進(jìn)入課堂的實(shí)踐意義

我國(guó)科學(xué)技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平尚有差距的一個(gè)主要原因是“創(chuàng)新不夠”。而STEAM教育旨在培養(yǎng)具有科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、藝術(shù)素養(yǎng)、工程學(xué)素養(yǎng)、數(shù)學(xué)素養(yǎng)的綜合型人才。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)為學(xué)校推行STEAM教育注入了一針強(qiáng)心劑。3D打印技術(shù)作為開展STEAM教育的輔助工具，滲透到學(xué)科教學(xué)中，使枯燥乏味的課堂更生動(dòng)有趣，大大提高了學(xué)生的活動(dòng)參與度；使學(xué)習(xí)內(nèi)容也不再單一、刻板，呈現(xiàn)出了更多的姿態(tài)。

經(jīng)過一年多的實(shí)踐研究，筆者發(fā)現(xiàn)3D打印技術(shù)在教學(xué)活動(dòng)中具備以下優(yōu)勢(shì)。

1. 有利于提高可視化教具的使用效果

在原來的教學(xué)環(huán)境中，教師大多使用語言或者圖片來描述教學(xué)內(nèi)容。當(dāng)遇到復(fù)雜的事物時(shí)，學(xué)生的思維空間就會(huì)受到很大的影響。3D 打印技術(shù)可以在理論和現(xiàn)實(shí)之間架起橋梁，將教具進(jìn)行3D打印并在課堂上展示。學(xué)生通過觀察、觸摸獲得“觀察的經(jīng)驗(yàn)”，對(duì)教學(xué)內(nèi)容有了更加直觀的認(rèn)識(shí)。通過這種方式教學(xué)效果顯然要比原來更好。例如，蘇教版小學(xué)五年級(jí)《黃山奇松》一課的教學(xué)，如果學(xué)生只通過圖片或視頻來了解黃山奇松的奇，學(xué)生感受并不深刻。我們用3D 打印機(jī)打印出各種奇松的模型，學(xué)生就可以很直觀地觀察、欣賞奇松。

2. 有利于呈現(xiàn)新穎的教學(xué)內(nèi)容

STEAM 教育常常涉及語文、數(shù)學(xué)、美術(shù)、科學(xué)等多學(xué)科內(nèi)容的整合，而 3D 打印為這些知識(shí)的整合提供了機(jī)會(huì)。STEAM 教育有別于傳統(tǒng)教育體系中學(xué)科界限分明的做法，著重于培養(yǎng)具備綜合能力的工程師精神。3D打印技術(shù)的應(yīng)用使得很多以往難以實(shí)現(xiàn)的“動(dòng)手做”類型的課程設(shè)計(jì)成為可能，激發(fā)了學(xué)生投身于技術(shù)和工程領(lǐng)域的熱情。

3. 有利于營(yíng)造更愉快的學(xué)習(xí)體驗(yàn)

我們利用3D 打印技術(shù)，最主要的是能夠幫助學(xué)生將虛擬快速變成可觸摸的實(shí)物模型。獨(dú)特的實(shí)物模型給學(xué)生提供了切身感受，使他們從另一個(gè)角度對(duì)事物增進(jìn)了解，幫助他們愉快地記憶，避免遺忘。此外，還能激發(fā)學(xué)生的靈感，給予他們更多的想象空間。學(xué)生通過自身的經(jīng)驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行二次設(shè)計(jì)，這將使他們更愿意投入到自己設(shè)計(jì)、自己生產(chǎn)作品的過程中，從中獲取對(duì)學(xué)習(xí)的滿足感。

4. 有利于培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力

解決問題是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力的重要途徑，而3D打印技術(shù)用一種非常有意義的設(shè)計(jì)理念去支持問題的發(fā)現(xiàn)、分析與解決。設(shè)計(jì)3D作品時(shí)，首先要根據(jù)內(nèi)心所想的物體進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃，然后對(duì)各個(gè)部位進(jìn)行分析，提出解決方案，再通過嘗試?yán)L制草圖逐步去實(shí)現(xiàn)。在這一過程中，學(xué)生經(jīng)歷了提出問題、分析對(duì)象、嘗試設(shè)計(jì)、反復(fù)修改、最終解決問題的過程。學(xué)生在創(chuàng)造的過程中始終處于提出問題、分析問題和解決問題的動(dòng)態(tài)過程中。例如，我校六（5）班學(xué)生在整理筆盒時(shí)，發(fā)現(xiàn)測(cè)量工具有很多，于是就想制作一把多功能的尺。他將這個(gè)想法告訴數(shù)學(xué)老師后，老師覺得這個(gè)想法不錯(cuò)，就著手讓大家分組設(shè)計(jì)自己的多功能尺。學(xué)生們經(jīng)歷了多次的討論、分析、設(shè)計(jì)，最后成功地將多功能尺打印出來了。教師在其中扮演咨詢者、輔導(dǎo)者和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)激發(fā)者的角色。 這些開放式的交互活動(dòng)不僅有趣，培養(yǎng)了學(xué)生解決問題的能力，而且還培養(yǎng)了學(xué)生的合作精神和協(xié)作能力。

3D打印課程的教學(xué)實(shí)踐

由我校教師主編的教材《一起玩3D打印》正式進(jìn)入六年級(jí)的信息技術(shù)課堂。3D打印技術(shù)教學(xué)，讓學(xué)生有了更多的思考、創(chuàng)造空間。通過不斷地教學(xué)研討，教師們也逐步摸索出了3D打印技術(shù)的教學(xué)方法，對(duì)各個(gè)學(xué)齡段學(xué)生的學(xué)情、學(xué)習(xí)能力有了了解，對(duì)哪些內(nèi)容可以讓學(xué)生自己探究、哪些內(nèi)容需要教師搭建學(xué)習(xí)的支架、如何設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)、如何在玩中滲透三維設(shè)計(jì)的思想，教師們做到了心中有數(shù)。學(xué)生通過一系列活動(dòng)項(xiàng)目的創(chuàng)作，在不斷嘗試的過程中獲取經(jīng)驗(yàn)、掌握方法、提升能力。

下面就以“花盆很實(shí)用”為例分享教學(xué)實(shí)施的過程。

圖 學(xué)生設(shè)計(jì)打印的花盆

“路徑跟隨”是草圖大師Sketchup 中繪制一些不規(guī)則的形狀時(shí)用到的工具命令，比如繪制彎曲的圓柱體等。通過“花盆很實(shí)用”一課的學(xué)習(xí)，學(xué)生了解了“路徑跟隨”在三維設(shè)計(jì)中的作用。

1. 教學(xué)目標(biāo)

（1）學(xué)會(huì)運(yùn)用Sketchup設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建出自己想象中的花盆的三維模型。

（2）了解花盆的結(jié)構(gòu)，思考自己將會(huì)如何設(shè)計(jì)。

（3）培養(yǎng)學(xué)生細(xì)心觀察身邊事物的習(xí)慣，體驗(yàn)設(shè)計(jì)、創(chuàng)造的樂趣。

2. 教學(xué)過程

（1）導(dǎo)入。教師引導(dǎo)學(xué)生留心觀察身邊花盆的形狀，提出自己想設(shè)計(jì)怎樣的花盆。

（2）教師演示“路徑跟隨”工具的使用方法。

（3）討論設(shè)計(jì)草圖。學(xué)生相互討論，并在紙上繪制草圖。

（4）三維建模，創(chuàng)意設(shè)計(jì)。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生運(yùn)用Sketchup設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)花盆。

（5）展示交流，創(chuàng)意表達(dá)。作品展示交流，要求學(xué)生介紹自己的作品，同桌之間、同學(xué)之間也可以相互欣賞，評(píng)價(jià)。

（6）打印實(shí)物。選出比較好的作品進(jìn)行打印，讓學(xué)生體驗(yàn)3D打印的過程，了解3D打印機(jī)的操作方式。

3D打印課程進(jìn)入課堂的思考

毋庸置疑，3D打印技術(shù)對(duì)學(xué)校的教學(xué)發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。3D打印激發(fā)了學(xué)生的想象力，將學(xué)生的創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，這是一種重要的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。3D打印激發(fā)了學(xué)生DIY的興趣，使學(xué)習(xí)更加生動(dòng)。3D打印為學(xué)習(xí)活動(dòng)開辟了新的空間，學(xué)生可以從設(shè)計(jì)、制作、展示參與等多維度融入學(xué)習(xí)過程中。同時(shí)，在整個(gè)實(shí)踐學(xué)習(xí)活動(dòng)過程中，都需要學(xué)習(xí)者的實(shí)踐操作，從設(shè)計(jì)到打印，都需要他們參與完成，有效地激發(fā)了學(xué)生實(shí)踐的積極性，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力、參與能力、設(shè)計(jì)能力和思維能力。這是推動(dòng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，對(duì)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)具有積極意義。當(dāng)然，不管多么先進(jìn)的技術(shù)，進(jìn)入課堂必須堅(jiān)持以學(xué)生發(fā)展為中心，重視學(xué)生的主體地位。

1. 對(duì)教師的要求

在課堂中應(yīng)用3D 打印技術(shù)對(duì)教師和學(xué)生的信息素養(yǎng)要求較高，較強(qiáng)的動(dòng)手能力和基本的工程素養(yǎng)是用好它的重要保證。這就需要教師既有使用設(shè)備的基本技能，更要有較高的創(chuàng)新意識(shí)和學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)能力。因而，教師要從技術(shù)和教學(xué)設(shè)計(jì)等層面進(jìn)行深層次的學(xué)習(xí)和提高。此外，教師的角色也需要轉(zhuǎn)變，教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的合作者、參與者和促進(jìn)者。其教學(xué)重點(diǎn)除了傳授知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，更要激勵(lì)和鼓舞學(xué)生，讓學(xué)生保有個(gè)性地愉快成長(zhǎng)，享受學(xué)習(xí)。

2. 打破學(xué)科壁壘，整合學(xué)科資源

我們一直嘗試溝通學(xué)科之間聯(lián)系，進(jìn)行各學(xué)科之間的整合。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)打破了學(xué)科之間的壁壘，如何更好地進(jìn)行資源整合？我們可以和不同學(xué)科的教師一起備課，比如數(shù)學(xué)、科學(xué)、信息技術(shù)，打破教學(xué)活動(dòng)中以本學(xué)科知識(shí)為主的現(xiàn)狀，結(jié)合各個(gè)學(xué)科相關(guān)的知識(shí)，通過3D打印技術(shù)進(jìn)行有效的整合。

美國(guó)新媒體聯(lián)盟（NMC）在《地平線報(bào)告2013年（基礎(chǔ)教育版）》中指出，未來4～5年，3D打印技術(shù)將成為主流趨勢(shì)，將大面積走進(jìn)中小學(xué)課堂。3D打印技術(shù)將對(duì)現(xiàn)有教學(xué)產(chǎn)生深刻的影響。作為教育工作者，不應(yīng)錯(cuò)過使用這項(xiàng)新技術(shù)的機(jī)會(huì)。在學(xué)校的課程改革中，開設(shè)更多的這類實(shí)踐性的課程，是提升學(xué)生綜合素質(zhì)、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)、提高創(chuàng)新能力的重要途徑。學(xué)生們對(duì)信息科技的熱愛，對(duì)信息科技的探索，并不是與生俱來的，而是在日常的學(xué)習(xí)和實(shí)踐探索中，不知不覺地產(chǎn)生的。

（作者單位：江蘇常州市虹景小學(xué)）