沈怡桑

STEAM融合了科學(xué)（Science），技術(shù)（Technology），工程（Engineering），藝術(shù)（Art），數(shù)學(xué)（Mathematics）。STEAM 教育的理念可以概括為： 以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，通過工程和藝術(shù)解讀科學(xué)和技術(shù)。STEAM 教育支持學(xué)生以學(xué)科整合的方式認(rèn)識(shí)世界，以綜合創(chuàng)新的形式改造世界，培養(yǎng)他們解決問題的創(chuàng)新能力。STEAM 教育主要以基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、問題的學(xué)習(xí)為主要教學(xué)（ 學(xué)習(xí)）方式，引導(dǎo)學(xué)生通過合作與實(shí)踐，完成主題項(xiàng)目和解決生活中遇到的難題。

3D打印是近年來備受關(guān)注的一種快速成型技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)建模生成數(shù)字模型，在通過軟件對(duì)其進(jìn)行逐層切片，通過塑料、粉末狀金屬等黏合性材料逐層打印，不斷疊加從而創(chuàng)建出三維實(shí)物。

在STEAM教育理念下開展3D打印課程，探索利用3D打印的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在STEAM的引領(lǐng)下，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新探索的工匠精神。

一、“STEAM+3D打印”模式下的理念與技術(shù)的融合

（一）3D打印為STEAM教育理念提供了課程與技術(shù)支持

3D打印作為一門課程來講，它的教學(xué)資源是相當(dāng)豐富的，且3D打印技術(shù)可以和任何學(xué)科進(jìn)行結(jié)合，如物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人、科學(xué)等學(xué)科，在3D打印的課程學(xué)習(xí)下，問題解決、合作學(xué)習(xí)的能力更是得到了一定程度的發(fā)展。

STEAM是跨學(xué)科的教育理念，在這樣的理念下必然需要強(qiáng)大的技術(shù)為它搭建一個(gè)易于實(shí)現(xiàn)的平臺(tái)。這個(gè)平臺(tái)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬操作，同時(shí)也可以在現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)，而3D打印技術(shù)則恰恰符合了虛實(shí)結(jié)合的特點(diǎn)，為創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了可能，為實(shí)現(xiàn)STEAM教育理念提供了可能。

（二）STEAM教育理念下的3D打印技術(shù)更具有創(chuàng)新意識(shí)

STEAM教育更注重學(xué)生的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過程，而非學(xué)習(xí)的結(jié)果，以培養(yǎng)學(xué)生解決問題培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)為目標(biāo)。從本質(zhì)上來說，學(xué)生在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過程中，我們是可以允許他們犯錯(cuò)誤的，他們可以嘗試以不同的想法、不同的思路進(jìn)行探究；在此過程中，教師始終以學(xué)生為中心，除了指導(dǎo)學(xué)生該如何做之外，還要一步步引導(dǎo)學(xué)生如何去解決實(shí)際問題；學(xué)生可以在實(shí)踐中進(jìn)行交流，他們會(huì)獲取不同的觀點(diǎn)進(jìn)一步探究及改進(jìn)。各學(xué)科知識(shí)的交叉學(xué)習(xí)，不同個(gè)體間的思維碰撞，學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)在浸潤(rùn)式的學(xué)習(xí)研討氛圍中得到進(jìn)一步提升，在3D打印技術(shù)中學(xué)生的創(chuàng)新理念也會(huì)進(jìn)一步得到體現(xiàn)。

（三）STEAM教育理念與3D打印兩者相輔相成，相互促進(jìn)

一個(gè)是思維意識(shí)層面，一個(gè)是技術(shù)層面，技術(shù)為思維意識(shí)提供了實(shí)現(xiàn)的可能性同時(shí)也開拓了學(xué)習(xí)者更廣的眼界，而思維意識(shí)能夠使技術(shù)往更優(yōu)化、更創(chuàng)新的方面發(fā)展。兩者互相促進(jìn)的過程實(shí)質(zhì)就是學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)需求與學(xué)習(xí)動(dòng)力的產(chǎn)生，學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新、批判性思維也得以提升。在“STEAM+3D打印”這一教育模式的科學(xué)有效融合下，能夠培養(yǎng)出一批具有創(chuàng)新精神的全面發(fā)展型人才。

二、基于STEAM教育理念下3D打印課程實(shí)施

（一）有效的課堂導(dǎo)入是成功的一半

學(xué)生對(duì)于感興趣的事物就會(huì)產(chǎn)生更高的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，急于想要掌握知識(shí)，解決問題，在這樣的情況下，學(xué)生更會(huì)自發(fā)的提高學(xué)習(xí)效率。對(duì)于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，更應(yīng)有明確的目標(biāo)，從課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)激發(fā)學(xué)生解決問題的欲望。

在《制作3D印章》一課中，教師在課堂一開始就出示印章，問：“在哪里見過它？”由此讓學(xué)生通過回憶自發(fā)地去認(rèn)識(shí)印章的用途。隨后通過視頻及教師講解拓展了印章的作用與演變，讓學(xué)生更了解我國(guó)傳統(tǒng)文化的博大精深。對(duì)比傳統(tǒng)印章的制作流程的煩瑣，出示本節(jié)課將通過3D打印技術(shù)制作印章。3D打印技術(shù)本身具備了強(qiáng)大的魅力，加上它的快速成型、個(gè)性設(shè)計(jì)的特點(diǎn)吸引了學(xué)生學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)3D印章的欲望。

（二）合理的課堂時(shí)間安排給予學(xué)生更多的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)

STEAM教育理念下更是以學(xué)生為主的學(xué)習(xí)，給學(xué)生更多的實(shí)踐學(xué)習(xí)的時(shí)間。

《制作3D印章》一課中，各小組將計(jì)算機(jī)的數(shù)字模型切片處理后導(dǎo)入到打印機(jī)打印的過程中，會(huì)空出一部分時(shí)間，在打印機(jī)打印期間除了讓學(xué)生觀察3D打印機(jī)的打印過程來直觀了解3D打印機(jī)的工作原理，更是充分利用多媒體教室的優(yōu)勢(shì)，利用網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)學(xué)生有針對(duì)性地上網(wǎng)查找資料，拓展學(xué)生的知識(shí)面。在課堂小結(jié)時(shí)，還有學(xué)生提出了對(duì)“4D”概念的疑問，可見學(xué)生在課堂上并不是被動(dòng)式學(xué)習(xí)，學(xué)生的個(gè)體內(nèi)部處于不斷上升探索中。

（三）注重學(xué)生解決問題過程中的學(xué)習(xí)體驗(yàn)

項(xiàng)目是學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，讓學(xué)生找到學(xué)習(xí)的需求，更注重學(xué)生動(dòng)手的學(xué)習(xí)體驗(yàn)；讓學(xué)生在“做”中“學(xué)”；不僅獲得自己的創(chuàng)造成果，也收獲了創(chuàng)造的過程。

本課在學(xué)生設(shè)計(jì)印章中有兩個(gè)環(huán)節(jié)限制了學(xué)生的創(chuàng)意。環(huán)節(jié)一：學(xué)生自主學(xué)習(xí)軟件中如何在網(wǎng)格面中放入基本實(shí)體及如何改變基本實(shí)體的大小，而后各小組根據(jù)教師提供的學(xué)案都制作了規(guī)定尺寸的六面體。其實(shí)對(duì)于印章的主體部分，除六面體外，對(duì)于學(xué)生來說一定可以創(chuàng)造出更多的樣式。環(huán)節(jié)二：印章上字的特點(diǎn)為反過來的，在印章上刻字的過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生先在印章底部放上“正字”，隨后通過往反方向拉伸的方式在印章正面凸出反字。這樣做出來的印章稱之為陽文，對(duì)于印章而言，其實(shí)還有陰文。印章上的文字制作方式也并非只有一種。在教師有局限性的引導(dǎo)下，學(xué)生沒有了自主探索，限制了學(xué)生在思維創(chuàng)新上的提升。

給學(xué)生更多時(shí)間找出制作印章的主體，了解陰文及陽文的區(qū)別，小組探索制作印章上文字的方法，學(xué)生會(huì)在制作印章的大問題下，一步步分解為各個(gè)小問題，在解決小問題的過程中，學(xué)生進(jìn)一步有了學(xué)習(xí)需求與目標(biāo)，相信在此過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)是不斷提升，也提高了解決問題的能力。在STEAM教育理念下教師應(yīng)該始終堅(jiān)持以學(xué)生為主，注重學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)；學(xué)生在體驗(yàn)過程中允許犯錯(cuò)；同時(shí)教師自身要具備多學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)，改變傳統(tǒng)的課堂一味追求成果的思想，以學(xué)習(xí)過程中學(xué)生的思維實(shí)踐能力、解決實(shí)際問題的能力為核心進(jìn)行有效的引導(dǎo)。

將3D打印與STEAM教育理念相結(jié)合，改變了我國(guó)傳統(tǒng)意義上的教學(xué)模式，以跨學(xué)科為特點(diǎn)，以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的創(chuàng)造能力、解決現(xiàn)實(shí)問題能力為目的。作為教育者，在這種教學(xué)模式下將不斷探索實(shí)踐，為未來培養(yǎng)更具核心競(jìng)爭(zhēng)力的人才。

【作者單位：常熟國(guó)際學(xué)校 江蘇】