◇浙江工業(yè)大學(xué)教育科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 呂方方

通過對中職學(xué)?！?D打印”課程任課教師進行訪談?wù){(diào)研，機械專業(yè)學(xué)習(xí)“3D打印”課程的學(xué)生進行問卷調(diào)研，了解到目前中職“3D打印”課程教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀以及需求，為后續(xù)中職機械專業(yè)《3D打印》課程開發(fā)提供一定的參考。通過調(diào)研得出目前中職“3D打印”課程存在的問題，即學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度消極，課程項目設(shè)置教育性欠缺，課程評價體系有待完善，并針對具體問題一一提出了解決策略，即通過設(shè)計基于真實情境的項目提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，依據(jù)STEAM教育理念，明確能力培養(yǎng)目標，構(gòu)建全過程多主體的課程評價體系，保證學(xué)習(xí)效果的反饋。

1 調(diào)研方案設(shè)計

（1）調(diào)研目的。為進一步了解當(dāng)前中職學(xué)?！?D打印”課程以及教學(xué)現(xiàn)狀，明確教師和學(xué)生對于“3D打印”課程的需求狀況以及當(dāng)前課程存在的不足之處，從而為后續(xù)的課程開發(fā)提供有效的參考。

（2）調(diào)研對象及調(diào)研方法。由于各中職院校對于“3D打印”課程具有不同定位，本次調(diào)研選取H市的三所具有代表性“3D打印”課程定位的重點中職學(xué)校為調(diào)研對象，每所學(xué)校選取一位“3D打印”課程任課教師進行訪談?wù){(diào)查，并在訪談的基礎(chǔ)上采取隨機抽樣的方式，對三所學(xué)校中已經(jīng)學(xué)習(xí)過或正在學(xué)習(xí)“3D打印”課程的機電專業(yè)學(xué)生進行問卷調(diào)查。

（3）調(diào)研內(nèi)容。本研究在前期對“3D打印”教育相關(guān)的文獻分析的基礎(chǔ)上，請教3D打印技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)專家、課程專家、以及中職學(xué)校機電專業(yè)的一線教師，綜合各方意見，特擬定“中職學(xué)?！?D打印’課程與教學(xué)現(xiàn)狀訪談提綱”（教師版）和“中職學(xué)?！?D打印’課程與教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)查問卷”（學(xué)生版）兩份調(diào)查文件。

在面向中職學(xué)?！?D打印”課程教師的訪談提綱中，第一部分依舊是基本信息的填寫，主要了解任教教師的任教科目、教齡、職稱、專業(yè)、學(xué)歷等。第二部分包括23道訪談問題，主要了解開設(shè)“3D打印”課程的硬件及軟件教學(xué)設(shè)施配置情況、課程設(shè)置情況、學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)情況、教學(xué)實施現(xiàn)狀以及基于STEAM教育理念進行“3D打印”課程開發(fā)的意見和建議等，具體如表1所示。

表1 訪談維度一覽表

在面向中職學(xué)生的調(diào)查問卷中，主要包括兩大部分，第一部分是學(xué)生基本信息的填寫，包括學(xué)習(xí)“3D打印”課程的年級和專業(yè)以及學(xué)生的基本性別信息，第二部分是問卷的主體部分，主要了解學(xué)生學(xué)習(xí)3D打印課程前的專業(yè)基礎(chǔ)，對于“3D打印”課程的興趣及態(tài)度、對當(dāng)前課程內(nèi)容以及課堂教學(xué)方式的接受程度以及學(xué)習(xí)該課程的困境。該問卷共包括27個問題，其中24道選擇題，2道填空題，1道開放性題目。

表2 問卷維度一覽表

2 調(diào)研結(jié)果分析

2.1 教師訪談結(jié)果分析

本次訪談以面對面形式進行，共訪談3位分別來自三個不同中職學(xué)校（稱其為學(xué)校A，學(xué)校B，學(xué)校C）的“3D打印”課程優(yōu)秀任課教師，每位教師訪談時間為一個小時左右。通過訪談可以了解到，不同學(xué)校對“3D打印”課程的定位不同，A校定位為機電類專業(yè)的專業(yè)拓展課，B校定位為全校學(xué)生的任意選修課，C校定位為數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用專業(yè)增材制造方向的專業(yè)實踐課。但是綜合來看，“3D打印”課程受到上級教育管理部門以及學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的重視，硬件設(shè)施齊全，但是在師資力量稍顯薄弱，多數(shù)教師并未受過系統(tǒng)專門的培訓(xùn)，都是自學(xué)，邊教邊學(xué)，導(dǎo)致其在教學(xué)內(nèi)容的理解和組織上還有待提高。對于教材部分，三位教師一致反映無統(tǒng)一規(guī)劃教材，基本都是教師自編教學(xué)內(nèi)容，呈現(xiàn)出較強的隨意性。

由于不同的課程定位，三所學(xué)校的“3D打印”課程目標也并不相同，相較于A校注重普及3D打印技術(shù)基本操作和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，B校和C校更注重機電專業(yè)基礎(chǔ)知識與技能與“3D打印”課程的融合；從課程內(nèi)容可以看出，三所學(xué)校都統(tǒng)一教授三維建模，打印機操作，切片參數(shù)設(shè)置等基本內(nèi)容，但是難度有差異，除此以外，B校和C校還包括3D打印機的維護與排故部分；在三維建模軟件部分，由于B校和C校的“3D打印”課程與機電類專業(yè)密切相關(guān)，為了使學(xué)生更早適應(yīng)未來工作環(huán)境，統(tǒng)一使用專業(yè)機械設(shè)計或工業(yè)設(shè)計建模軟件如Solidworks或UG，而A校的建模軟件較為基礎(chǔ)和簡單，為3Done；在教學(xué)活動組織形式方面，三所學(xué)校統(tǒng)一采用項目形式，實施理實一體化教學(xué)，但項目的設(shè)計是課程開發(fā)與實施的重點也是難點；在項目教學(xué)案例方面，B校教師提出項目案例來源于機械結(jié)構(gòu)，A校教師提出來源于日常生活，C校教師提出來源于比賽，這正反映了當(dāng)前中職學(xué)校“3D打印”課程案例的三種取向：專業(yè)取向，生活取向以及比賽取向；在教學(xué)方法方面，除了傳統(tǒng)的講授法，提問法，討論法，突出演示法和模擬教學(xué)法；在課程評價方面，綜合來看三所學(xué)校均未建立起規(guī)范的評價體系，基本都是結(jié)果性評價，忽視過程性評價，并且在評價維度上也缺乏統(tǒng)一的指標，值得指出的是，C校做到了評價主體的多元性；在目前課程存在問題方面，B校教師指出課程內(nèi)容偏少，可以增加逆向工程的內(nèi)容，C校教師指出要實現(xiàn)3D打印設(shè)備的多元化，尤其去培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計能力，但打印時間長以及打印機維修費用和材料費用高昂也是制約課程發(fā)展的一大問題；在課程教學(xué)效果方面，三位教師一致認為“3D打印”課程最可以提升學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力，同時還有計算機能力和空間想象能力。

2.2 學(xué)生問卷結(jié)果分析

對三所中職學(xué)校中已經(jīng)學(xué)習(xí)過或正在學(xué)習(xí)“3D打印”課程的機電專業(yè)學(xué)生進行問卷調(diào)研，以紙質(zhì)問卷的形式進行發(fā)放與回收，共發(fā)放問卷150份，去除無效問卷3份，得到有效問卷147份，有效問卷回收率為98%。本次調(diào)研對象共有男生141人，女生6人，其中高二75人，高三72人，在專業(yè)方面，主要包括數(shù)控專業(yè)101人，汽車維修專業(yè)26人，計算機輔助設(shè)計與制造專業(yè)20人。

在同學(xué)們學(xué)習(xí)“3D打印”課程之前對于3D打印相關(guān)內(nèi)容的了解方面，對3D打印技術(shù)的了解程度不同，只有17.01%的同學(xué)完全沒聽說過3D打印技術(shù)，其余大部分同學(xué)都對3D打印技術(shù)有一定程度的了解甚至使用過3D打印機，這就為后續(xù)課程的開展奠定了基礎(chǔ)；在選擇學(xué)習(xí)“3D打印”課程的原因方面，有33.3%的同學(xué)從個人興趣角度考慮，認為3D打印可以將想象變成現(xiàn)實，有助于其設(shè)計創(chuàng)作，有9.52%和12.93%的同學(xué)從未來個人職業(yè)發(fā)展角度考慮，認為3D打印作為新興的生產(chǎn)制造技術(shù)，掌握其必將有助于個人的就業(yè)，還有6.80%的同學(xué)為了比賽選擇學(xué)習(xí)“3D打印”課程，良好的選課動機成為同學(xué)們學(xué)好該課程的動力；從學(xué)生自身對于“3D打印”課程的情感態(tài)度分析，超過73%的同學(xué)表示喜歡“3D打印”課程，超過74%的同學(xué)認為“3D打印”課程很重要。綜合來看，大部分以往接觸過“3D打印”課程的同學(xué)對3D打印技術(shù)持正向支持態(tài)度，而這也成為我們持續(xù)改進課程以滿足學(xué)生需求的不竭動力。

在“3D打印”課程中學(xué)生對每節(jié)課的學(xué)習(xí)目標的了解程度及需求方面，只有不超過13%的同學(xué)能對本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標有清楚的把握，而超過44%的同學(xué)認為有必要在每節(jié)課之前了解本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標，“如果學(xué)生清楚地知道他們所需到達的目的地，他們就會積極地參與學(xué)習(xí)之旅”，事實表明，學(xué)生在課前清楚地知道本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標有助于其學(xué)習(xí)效果的提高。

學(xué)生對3D打印技術(shù)相關(guān)理論的學(xué)習(xí)感興趣程度較低，只有11.56%，而對偏重于計算機操作和設(shè)計思維的三維軟件的學(xué)習(xí)感興趣程度較高，達到29.25%，其余學(xué)習(xí)內(nèi)容感興趣程度較平均；對于3D打印技術(shù)的基本理論，三維建模軟件的學(xué)習(xí)，切片軟件的使用，3D打印機的操作，3D打印機的簡單故障處理五大塊學(xué)習(xí)內(nèi)容，三維建模軟件的學(xué)習(xí)是大部分學(xué)生學(xué)習(xí)的難點，比重達29.25%，這也警示我們在后面的課程開發(fā)中要著重構(gòu)思三維軟件部分內(nèi)容教授，以提高學(xué)生的接受度；在3D打印課堂上，學(xué)生最常打印的是科技類產(chǎn)品的外殼，這與當(dāng)今信息化時代科技進校園活動息息相關(guān)，也從側(cè)面反映出學(xué)生對于科技類產(chǎn)品的熱愛，我們在后面的《3D打印》課程內(nèi)容設(shè)計時，要注重引入科技產(chǎn)品外殼的設(shè)計制造，既能吸引學(xué)生興趣，又能順應(yīng)時代發(fā)展潮流；“3D打印”課程的本質(zhì)是促進學(xué)生的創(chuàng)意設(shè)計發(fā)揮，如能有效利用機械專業(yè)基礎(chǔ)課理論，3D打印技術(shù)與專業(yè)基礎(chǔ)課可相得益彰，“您能在‘3D打印’課程中，體會到多門專業(yè)課知識和技能的綜合應(yīng)用嗎?”結(jié)果顯示大部分學(xué)生并不能有效利用3D打印技術(shù)促進本專業(yè)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和理解；在學(xué)生對“3D打印”課程內(nèi)容的滿意情況方面，認為“3D打印”課程與其他專業(yè)課的學(xué)習(xí)互有幫助與沒有幫助的學(xué)生比例接近一比一，說明當(dāng)前的“3D打印”課程對于促進其他專業(yè)課學(xué)習(xí)的效果不甚明顯，而對于教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置方面，學(xué)生總體上表示滿意，但仍有進步空間。

在理論學(xué)習(xí)和實際操作的安排方面，學(xué)生更喜愛理論學(xué)習(xí)和實際操作相結(jié)合的項目教學(xué)方式；學(xué)生最喜愛的課堂教學(xué)方式為教師和學(xué)生合作式，在“3D打印”課堂上，89.8%的學(xué)生會產(chǎn)生疑惑，只有67.35%的學(xué)生主動尋找多種途徑解答疑惑，學(xué)生自學(xué)比例一般，這說明以學(xué)生為主體，促進學(xué)生主動學(xué)習(xí)的課堂氛圍仍舊有待實現(xiàn)；關(guān)于學(xué)生對課堂活動的參與情況，60.54%的學(xué)生同意小組合作探究學(xué)習(xí)，有61.54%的學(xué)生愿意將自己的作品在同學(xué)面前分享展示，這表明學(xué)生參與課堂活動的熱情高漲，我們應(yīng)該有效利用這種熱情，然而在自學(xué)效果方面，學(xué)生們的表現(xiàn)不盡如人意，只有18.36%的學(xué)生能根據(jù)老師布置的學(xué)習(xí)任務(wù)，明確要解決的問題，能對項目的實施方案進行規(guī)劃設(shè)計者更是寥寥，只有12.24%，由于知識學(xué)習(xí)的碎片化，學(xué)生根據(jù)需要利用本專業(yè)知識設(shè)計模型的能力也有待加強，這也成為后續(xù)《3D打印》課程開發(fā)改進的方向。

在課程評價維度，通過上文的教師訪談了解到，當(dāng)前“3D打印”課程的評價體系并未形成規(guī)范，而合理全面的評價有助于提高學(xué)習(xí)效果，有58.42%的學(xué)生也渴望通過多種評價方式檢驗其學(xué)習(xí)效果，提出行之有效的課堂評價方案是本次課程開發(fā)的內(nèi)容之一；關(guān)于在“3D打印”課程后，學(xué)生提高的能力類型在創(chuàng)新設(shè)計，技術(shù)應(yīng)用，工程思維三個方面對學(xué)生的訓(xùn)練有待加強。

3 中職學(xué)?！?D打印”課程存在問題

通過前期論文研究，對部分中職教師的訪談以及對中職學(xué)生的問卷調(diào)研分析，對于目前中職學(xué)?！?D打印”課程存在的問題，大致有以下幾種：學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度消極；課程項目設(shè)置教育性欠缺；課程評價體系有待完善，教師教學(xué)經(jīng)驗不足。

3.1 學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度消極

目前，中職階段的“3D打印”課程大多以問題為導(dǎo)向，以項目的形式開展，這就需要學(xué)生具備探究問題的好奇心，系統(tǒng)分析問題的能力，科學(xué)的研究方法以及扎實的數(shù)理基礎(chǔ)。由實習(xí)接觸，教師訪談和學(xué)生問卷調(diào)研可知，中職學(xué)生對“3D打印”課程喜愛及重視程度不夠，加之理論基礎(chǔ)薄弱，不善于思考，缺乏行之有效的學(xué)習(xí)方法，等一系列學(xué)習(xí)特點大大影響了“3D打印”課程的效果，往往教師精心設(shè)計的一個項目，由于學(xué)生的消極懶散，游離于課堂學(xué)習(xí)之外導(dǎo)致項目的完成率大打折扣。究其原因，首先，項目設(shè)置以及教學(xué)方法不夠有吸引力，導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣，對課堂活動參與度低；其次，項目設(shè)置不契合學(xué)生當(dāng)前學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，導(dǎo)致學(xué)生“知難而退”。我們在后續(xù)的課程開發(fā)中要注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在增強項目設(shè)置及教學(xué)實施的趣味性、體驗性、情境性的同時，選擇契合學(xué)生當(dāng)前知識技能水平的項目，從而端正學(xué)生對于《3D打印》課程的情感態(tài)度。

3.2 課程項目設(shè)置教育性欠缺

首先，大多數(shù)“3D打印”課程都要打印不同的作品作為學(xué)習(xí)成果，我們稱之為“項目”。而這些“項目”的完成從構(gòu)思到實現(xiàn)是一個復(fù)雜的過程，由于諸多條件限制，大部分“3D打印”課程簡化了問題分析，方案制定，迭代設(shè)計等極具思考性的過程。據(jù)統(tǒng)計，“3D打印”課程的作品有生活用品，科技類作品，手辦，機械零部件以及教學(xué)用具等，而這些作品的生成過程往往是教師直接給出模型或者讓學(xué)生去網(wǎng)上下載開源三維模型，或者學(xué)生根據(jù)教師給出的數(shù)據(jù)獨立用三維軟件建立模型，然后用切片軟件切片以后直接用3D打印機打印，整個學(xué)習(xí)過程單調(diào)枯燥，缺乏學(xué)生獨立探究和設(shè)計的內(nèi)容?！?D打印”課程對學(xué)生來說僅僅是體驗由虛擬到實物的過程，而喪失了用3D打印機實現(xiàn)創(chuàng)意設(shè)計的本質(zhì)功能。其次，“項目”類型單一，“項目”設(shè)置呈現(xiàn)較強的隨意性，并未嚴格按項目教學(xué)法的要求實施，導(dǎo)致整個教學(xué)過程混亂，達不到想要的教學(xué)效果。

3.3 課程評價體系有待完善

從教師訪談中了解到，對于“3D打印”課程的評價部分，大部分學(xué)校都是最后布置一個課程作業(yè)，即學(xué)生按照教師要求打印出一個3D打印成品，教師通過該成品做出對該生的本門課程評價。評價內(nèi)容包括成品的實用性，美觀性，支撐設(shè)置，光潔度，創(chuàng)意性等，主要評教師的主觀評價，并無定量的標準。由此可以看出，在評價時間上，“3D打印”課程評價只包括終結(jié)性評價，缺乏對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的關(guān)注；在評價主體上，僅僅是教師對學(xué)生進行評價，忽視了學(xué)生互評和學(xué)生自我評價；在評價內(nèi)容上，僅憑教師主觀判斷，缺乏明確標準，這導(dǎo)致學(xué)生在完成作業(yè)過程中的無目的性。

4 中職學(xué)?！?D打印”課程問題解決策略

針對當(dāng)前中職學(xué)?！?D打印”課程存在的問題，STEAM教育理念能提供解決途徑，STEAM 教育理念具有跨學(xué)科性、趣味性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計性等特征，而“3D打印”課程最大的目的是通過該課程，借助3D打印機這個工具，培養(yǎng)學(xué)生通過創(chuàng)意設(shè)計解決真實問題的能力，這也與STEAM 教育理念不謀而合，兩者相得益彰。

（1）設(shè)計基于真實情境的項目，提高學(xué)習(xí)的趣味性。針對“3D打印”課程學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度消極的問題，要通過增強學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)形式兩方面的趣味性，吸引學(xué)生參與到課堂中來。首先，學(xué)習(xí)內(nèi)容的規(guī)劃本質(zhì)是項目主題的設(shè)置，選擇與學(xué)生的日常生活息息相關(guān)的主題有助于吸引其學(xué)習(xí)興趣，通過在課堂上為學(xué)生營造生活中的真實問題情境，促進學(xué)生沉浸式參與；其次，學(xué)習(xí)形式依舊是項目的形式，學(xué)生要立足實際問題，構(gòu)思解決方案，最后形成成品用以解決問題，整個過程中學(xué)生通過協(xié)作探究、數(shù)理分析、創(chuàng)造設(shè)計、技術(shù)應(yīng)用、實踐操作等活動來理解、掌握、建構(gòu)知識，獨立自主地學(xué)習(xí)，真正成為學(xué)習(xí)的主人。但在項目難度設(shè)置時要注意應(yīng)用到知識的范圍，盡量在學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”內(nèi)。

（2）依據(jù)STEAM教育理念，明確能力培養(yǎng)目標。STEAM教育理念是跨學(xué)科的教育、做中學(xué)的教育、基于項目的教育、依托資源的教育、情境探究的教育、多元主體的教育[1]，在基于項目的STEAM教育形式下，有一套科學(xué)完整的理論支持體系，包括學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計和學(xué)習(xí)科學(xué)方面的研究，它們共同規(guī)定著在課堂上如何隨著時間的推移而分階段實施項目教學(xué)，由于科學(xué)的理論支持，每個教學(xué)步驟都有其獨特的促進學(xué)生發(fā)展的意義。對基于項目的STEAM教育的簡單定義就是“明確的結(jié)果和模糊的任務(wù)”[2]，通過合理設(shè)計跨學(xué)科問題情境，明確規(guī)定要達成的結(jié)果而不限制具體的任務(wù)，這給了教師和學(xué)生按照流程規(guī)劃進行自主發(fā)揮的空間，既保證了學(xué)習(xí)過程的有序性和連續(xù)性，又保證了思維過程的開放性，能夠?qū)崿F(xiàn)問題解決能力，科學(xué)探究能力，工程思維能力，技術(shù)應(yīng)用能力等多種能力的綜合培養(yǎng)。

（3）構(gòu)建全過程多主體的課程評價體系，保證學(xué)習(xí)效果的反饋。評價是基于項目的STEAM教育的一個重要組成部分，其認為學(xué)生的學(xué)習(xí)過程比學(xué)習(xí)結(jié)果更值得重視，所以將評價重點由終結(jié)性評價轉(zhuǎn)變?yōu)樾纬尚栽u價，并且對人際互動給予了更多的關(guān)注。STEAM教育理念根據(jù)學(xué)習(xí)環(huán)境的不同綜合運用多種評價方法，并且開發(fā)出多套可以幫助教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)進行高效評估的評價量規(guī)，其先進的評價觀念和科學(xué)的評價方法有助于我們構(gòu)建科學(xué)的《3D打印》課程評價體系，從而保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。