李靜 朱玥

【摘 要】當(dāng)前，創(chuàng)客教育在中小學(xué)被廣泛推廣，很多學(xué)校也已經(jīng)啟動(dòng)了創(chuàng)客教育相關(guān)的項(xiàng)目。但當(dāng)前大多數(shù)學(xué)校的創(chuàng)客教育都是以校本課程或社團(tuán)等相對(duì)孤立的形式開(kāi)展的，尚未建立與具體學(xué)科的關(guān)聯(lián)與融合。這樣的現(xiàn)狀不僅不利于建立創(chuàng)客教育持久的生命力，還不利于將創(chuàng)客教育精神遷移融入到學(xué)科學(xué)習(xí)中?；诖耍疚恼逻x取3D打印為切入點(diǎn)，探索如何實(shí)現(xiàn)3D打印與學(xué)科學(xué)習(xí)間的雙向促進(jìn)，為后續(xù)創(chuàng)客教育與學(xué)科融合提供思路。

【關(guān)鍵詞】3D打印;創(chuàng)客教育;學(xué)科教學(xué);小學(xué)數(shù)學(xué)

【中圖分類號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2019）19-0-02

一、創(chuàng)客教育理念

（一）創(chuàng)客教育的理念

1.創(chuàng)客教育的內(nèi)涵

在何克抗教授的《創(chuàng)客教育與創(chuàng)新教育》一文中講述了國(guó)內(nèi)外有關(guān)創(chuàng)客教育的內(nèi)涵。關(guān)于創(chuàng)客教育的內(nèi)涵的表述，在西方具有代表性的時(shí)馬丁尼和斯塔哲的表述，而在國(guó)內(nèi)具有代表性的是祝智庭教授的表述。兩個(gè)表述中都以“在創(chuàng)造中學(xué)習(xí)”和“基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)”為核心，而祝智庭教授強(qiáng)調(diào)我國(guó)的創(chuàng)客教育主要培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的創(chuàng)新人才[1]。

2.培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、實(shí)際解決問(wèn)題的能力

孫江山等學(xué)者認(rèn)為3D打印教學(xué)是基于創(chuàng)造的做中學(xué)，能夠使學(xué)生從做中學(xué)和學(xué)中做，增強(qiáng)其創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力[2]。在基于建構(gòu)主義理論下，3D打印能夠給學(xué)生創(chuàng)造一種教育環(huán)境，讓其自主發(fā)現(xiàn)和探索知識(shí)，并對(duì)知識(shí)進(jìn)行自主建構(gòu)。王美等學(xué)者在其團(tuán)隊(duì)研究的“3D打印創(chuàng)意工作室”特色課中，以學(xué)科整合的方式，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)際解決問(wèn)題的能力[3]。

3.培養(yǎng)創(chuàng)新人才

何克抗教授認(rèn)為創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)對(duì)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)起到至關(guān)重要的作用，而創(chuàng)新能力是將其思維和意識(shí)具體化為實(shí)物的能力，這三者對(duì)于創(chuàng)新人才缺一不可[1]。3D打印的教學(xué)主要秉承了創(chuàng)客教育的教育理念，而創(chuàng)客教育的教育理念是基于體驗(yàn)教育、項(xiàng)目教學(xué)法、創(chuàng)新教育、DIY等理念而提出的[4]。這些理論基礎(chǔ)都是以學(xué)生為中心，在實(shí)際問(wèn)題的解決中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)。

二、3D打印技術(shù)是落實(shí)創(chuàng)客教育理念的重要工具

（一）3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)，學(xué)名為“快速形成技術(shù)”，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。它主要的原理是通過(guò)電腦控制，把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，形成最終的實(shí)物[5]。

（二）國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究

1.國(guó)外

在2012-2013年之間，英國(guó)教育部曾以21個(gè)學(xué)校作為試點(diǎn)開(kāi)展了3D打印技術(shù)與STEM學(xué)科融合的試點(diǎn)項(xiàng)目，旨在探索3D打印技術(shù)促進(jìn)教學(xué)的創(chuàng)新，通過(guò)將3D打印技術(shù)作為教育教學(xué)的工具或教學(xué)的主體內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)科間融合的同時(shí)讓學(xué)生在創(chuàng)造中學(xué)習(xí)[6]。1993年，美國(guó)國(guó)防部門資助了一項(xiàng)名為“明尼蘇達(dá)星戰(zhàn)”的非盈利教育項(xiàng)目，該項(xiàng)目旨在通過(guò)提供系列課程與豐富的環(huán)境，讓學(xué)生以工程師的身份參與到火箭的設(shè)計(jì)與建造中，以此促進(jìn)學(xué)生技能的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)與數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的興趣[7]。

2.國(guó)內(nèi)

相對(duì)于國(guó)外來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)的3D打印技術(shù)起步得比較晚，但我們國(guó)家也在積極地開(kāi)展3D打印技術(shù)在教育發(fā)面的探索。如教育部頒布的《教育部教育裝備研究與發(fā)展中心2019年工作要點(diǎn)》中指出應(yīng)密切關(guān)注3D打印等高新技術(shù)設(shè)備的發(fā)展動(dòng)態(tài)，積極探索其在教育教學(xué)應(yīng)用的適宜性、實(shí)效性研究。由此，許多學(xué)校也開(kāi)展了與3D打印相關(guān)的課程，推動(dòng)3D打印進(jìn)一步走進(jìn)課堂。

在小學(xué)數(shù)學(xué)方面，陜西省榆林高新區(qū)的榆林高新第五小學(xué)的魏園園老師將3D制品應(yīng)用到《圓柱的體積》這一課的教學(xué)中，讓學(xué)生親自動(dòng)手體驗(yàn)到了圓柱體積轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)方體體積來(lái)計(jì)算的這個(gè)過(guò)程，啟發(fā)學(xué)生深度參與到學(xué)習(xí)中，幫助學(xué)生理解原本通過(guò)畫(huà)圖展示起來(lái)較為復(fù)雜的知識(shí)，并通過(guò)3D打印技術(shù)培養(yǎng)了學(xué)生的空間感和3D思維[8]。

3.總結(jié)

由國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究可以發(fā)現(xiàn)3D打印技術(shù)有助于落實(shí)創(chuàng)客教育理念，利用3D打印技術(shù)可以將學(xué)生的思維通過(guò)學(xué)生自己的設(shè)計(jì)來(lái)轉(zhuǎn)化為實(shí)物，并且在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)踐能力也得到了鍛煉。3D打印技術(shù)與學(xué)科結(jié)合的意義在于可以化抽象為具象，幫助學(xué)生加深對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)科學(xué)習(xí)的興趣，鍛煉學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

三、3D打印與學(xué)科教學(xué)結(jié)合的設(shè)計(jì)原則與策略

（一）原則與策略

1.原則

（1）綜合性

綜合性體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一是3D打印與學(xué)科教學(xué)結(jié)合時(shí)要統(tǒng)整學(xué)生的生活世界與科學(xué)世界，關(guān)注學(xué)生作為“整體的人”的發(fā)展;二是3D打印要與多種學(xué)科教學(xué)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建綜合性課程。

（2）學(xué)生中心原則

學(xué)生中心原則是指要以學(xué)生為中心，要認(rèn)識(shí)到學(xué)生在學(xué)科教學(xué)中的主體地位，滿足學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體時(shí)產(chǎn)生的需求，同時(shí)也要讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到自己作為主體的責(zé)權(quán)。教師對(duì)于學(xué)生的指導(dǎo)都必須建立在這個(gè)基礎(chǔ)之上。

2.策略

（1）教學(xué)情境應(yīng)該根據(jù)生活來(lái)創(chuàng)設(shè)

教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該根據(jù)教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)設(shè)生動(dòng)形象的具體場(chǎng)景，從而借助創(chuàng)設(shè)的情景將3D打印技術(shù)作為一種工具引入教學(xué)過(guò)程之中。有效的創(chuàng)設(shè)情境要從教學(xué)內(nèi)容與生活密切聯(lián)系的地方入手，利用學(xué)科知識(shí)在生活中的應(yīng)用來(lái)創(chuàng)設(shè)情境，可以讓學(xué)生利用所學(xué)到的學(xué)科知識(shí)來(lái)解決生活中的問(wèn)題并切身體會(huì)到所學(xué)知識(shí)的重要性。

（2）重視學(xué)生的合作學(xué)習(xí)

3D打印技術(shù)與學(xué)科教學(xué)結(jié)合的時(shí)候往往處于一個(gè)較為復(fù)雜的情境中，因此學(xué)生在使用3D打印技術(shù)的時(shí)候經(jīng)常需要合作以保障任務(wù)的完成。學(xué)生的合作學(xué)習(xí)必須建立在選擇內(nèi)容恰當(dāng)、合作時(shí)間充裕、有明確目標(biāo)的基礎(chǔ)上的，并且需要教師適時(shí)地進(jìn)行指導(dǎo)，學(xué)生之間也要積極地互相幫助。

（3）基于學(xué)生的自主探究進(jìn)行指導(dǎo)

自主探究教學(xué)法是引導(dǎo)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)以促使學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)的知識(shí)建構(gòu)的教學(xué)模式。在教學(xué)中激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地去探索學(xué)習(xí)，啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考，能夠讓學(xué)生學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題的策略，促進(jìn)學(xué)生理解基礎(chǔ)知識(shí)、掌握基本技能、感悟?qū)W科思想。

（二）具體案例

《圓柱》系列課程教學(xué)以常規(guī)教學(xué)模式為基礎(chǔ)，將數(shù)學(xué)課與3D課程結(jié)合，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)圓柱的基礎(chǔ)知識(shí)能夠掌握?qǐng)A柱的基本特征后學(xué)會(huì)運(yùn)用3DOne打印軟件，設(shè)計(jì)制作小木桶的各個(gè)組成部分的零件，最后再利用學(xué)生自己制作出的小木桶來(lái)合作探究圓柱的體積和容積相關(guān)的問(wèn)題。這樣讓數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)與真實(shí)情景中的問(wèn)題結(jié)合，能夠使數(shù)學(xué)與生活聯(lián)系地更加緊密，學(xué)生也能夠通過(guò)探究真實(shí)問(wèn)題從而更透徹地理解知識(shí)，提高發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、探究問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，提高思維的創(chuàng)造性。下面以《圓柱》系列課程中的第4課《圓柱的表面積與體積》為例介紹思路。

1.從學(xué)生出發(fā)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，密切聯(lián)系生活

課程以“小木桶”為線索將數(shù)學(xué)課程與3D課程串聯(lián)起來(lái)開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。這種基于真實(shí)物體的探索為學(xué)生提供了一個(gè)包含待解決問(wèn)題的真實(shí)情境，并且“小木桶”是生活中常見(jiàn)的物品，它讓課程探究與實(shí)際生活密切聯(lián)系了起來(lái)。

教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用零件小組合作拼接木桶，讓學(xué)生思考有關(guān)木桶的最多儲(chǔ)水量的問(wèn)題，并提出“木桶原理”（一只木桶盛水的多少，并不取決于桶壁上最高的那塊木塊，而恰恰取決于桶壁上最短的那塊）與“新木桶原理”（如果把木桶放置在一個(gè)斜面上的時(shí)候，木桶裝水的多少就取決于最長(zhǎng)的一塊板子的長(zhǎng)度）來(lái)啟發(fā)學(xué)生思考。

2.引導(dǎo)學(xué)生自主探究、合作學(xué)習(xí)

教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用第3課運(yùn)用3DOne軟件設(shè)計(jì)打印出的“小木桶”的組成部分的零件，并通過(guò)自主思考與小組合作相結(jié)合的方式探究有零件組拼接而成的“小木桶”的體積和容積。通過(guò)“木桶原理”和“新木桶原理”來(lái)讓學(xué)生理解最多儲(chǔ)水量與木條之間的相互配合有關(guān)，由此培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和處理實(shí)際問(wèn)題的能力。

四、結(jié)語(yǔ)

本文從創(chuàng)客教育理念與境遇、3D打印技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀以及以小學(xué)數(shù)學(xué)為例的教學(xué)設(shè)計(jì)思路三個(gè)方面探討了3D打印技術(shù)應(yīng)用于學(xué)科教學(xué)中的具體思路。3D打印技術(shù)是基于創(chuàng)客教育來(lái)應(yīng)用到小學(xué)學(xué)科教學(xué)之中的，在學(xué)科教學(xué)中借助3D打印技術(shù)能夠鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)思維、空間思維、創(chuàng)新思維以及操作技能，從而培養(yǎng)出能夠適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需要的創(chuàng)新人才。

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