與3D打印技術(shù)共舞

朱清

2012年，英國教育部選取 21所小學作為試點學校，讓他們嘗試在科學、技術(shù)、工程、數(shù)學和設(shè)計的課堂中教授和使用3D 打印技術(shù)。一旦試點成功，3D打印技術(shù)項目將推廣至更多學校。目前，在我國教育領(lǐng)域，特別是基礎(chǔ)教育階段，3D 打印技術(shù)的應用還是一個嶄新的領(lǐng)域。3D打印為學校開展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)引入學科教學中。不僅為學科教學增添了活力，更主要的是，學生在利用3D打印技術(shù)進行創(chuàng)作的過程中，激發(fā)了想象力，培養(yǎng)了創(chuàng)新能力，提高了動手實踐能力。

3D打印技術(shù)進入課堂的實踐意義

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

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

1. 有利于提高可視化教具的使用效果

在原來的教學環(huán)境中，教師大多使用語言或者圖片來描述教學內(nèi)容。當遇到復雜的事物時，學生的思維空間就會受到很大的影響。3D 打印技術(shù)可以在理論和現(xiàn)實之間架起橋梁，將教具進行3D打印并在課堂上展示。學生通過觀察、觸摸獲得“觀察的經(jīng)驗”，對教學內(nèi)容有了更加直觀的認識。通過這種方式教學效果顯然要比原來更好。例如，蘇教版小學五年級《黃山奇松》一課的教學，如果學生只通過圖片或視頻來了解黃山奇松的奇，學生感受并不深刻。我們用3D 打印機打印出各種奇松的模型，學生就可以很直觀地觀察、欣賞奇松。

2. 有利于呈現(xiàn)新穎的教學內(nèi)容

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

3. 有利于營造更愉快的學習體驗

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

4. 有利于培養(yǎng)學生解決問題的能力

解決問題是培養(yǎng)學生應用能力的重要途徑，而3D打印技術(shù)用一種非常有意義的設(shè)計理念去支持問題的發(fā)現(xiàn)、分析與解決。設(shè)計3D作品時，首先要根據(jù)內(nèi)心所想的物體進行系統(tǒng)規(guī)劃，然后對各個部位進行分析，提出解決方案，再通過嘗試繪制草圖逐步去實現(xiàn)。在這一過程中，學生經(jīng)歷了提出問題、分析對象、嘗試設(shè)計、反復修改、最終解決問題的過程。學生在創(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態(tài)過程中。例如，我校六（5）班學生在整理筆盒時，發(fā)現(xiàn)測量工具有很多，于是就想制作一把多功能的尺。他將這個想法告訴數(shù)學老師后，老師覺得這個想法不錯，就著手讓大家分組設(shè)計自己的多功能尺。學生們經(jīng)歷了多次的討論、分析、設(shè)計，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、輔導者和學習動機激發(fā)者的角色。 這些開放式的交互活動不僅有趣，培養(yǎng)了學生解決問題的能力，而且還培養(yǎng)了學生的合作精神和協(xié)作能力。

3D打印課程的教學實踐

由我校教師主編的教材《一起玩3D打印》正式進入六年級的信息技術(shù)課堂。3D打印技術(shù)教學，讓學生有了更多的思考、創(chuàng)造空間。通過不斷地教學研討，教師們也逐步摸索出了3D打印技術(shù)的教學方法，對各個學齡段學生的學情、學習能力有了了解，對哪些內(nèi)容可以讓學生自己探究、哪些內(nèi)容需要教師搭建學習的支架、如何設(shè)計學習活動、如何在玩中滲透三維設(shè)計的思想，教師們做到了心中有數(shù)。學生通過一系列活動項目的創(chuàng)作，在不斷嘗試的過程中獲取經(jīng)驗、掌握方法、提升能力。

下面就以“花盆很實用”為例分享教學實施的過程。

圖 學生設(shè)計打印的花盆

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

1. 教學目標

（1）學會運用Sketchup設(shè)計軟件構(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)，思考自己將會如何設(shè)計。

（3）培養(yǎng)學生細心觀察身邊事物的習慣，體驗設(shè)計、創(chuàng)造的樂趣。

2. 教學過程

（1）導入。教師引導學生留心觀察身邊花盆的形狀，提出自己想設(shè)計怎樣的花盆。

（2）教師演示“路徑跟隨”工具的使用方法。

（3）討論設(shè)計草圖。學生相互討論，并在紙上繪制草圖。

（4）三維建模，創(chuàng)意設(shè)計。在教師的指導下，學生運用Sketchup設(shè)計軟件設(shè)計花盆。

（5）展示交流，創(chuàng)意表達。作品展示交流，要求學生介紹自己的作品，同桌之間、同學之間也可以相互欣賞，評價。

（6）打印實物。選出比較好的作品進行打印，讓學生體驗3D打印的過程，了解3D打印機的操作方式。

3D打印課程進入課堂的思考

毋庸置疑，3D打印技術(shù)對學校的教學發(fā)展起到了積極的促進作用。3D打印激發(fā)了學生的想象力，將學生的創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實，這是一種重要的學習體驗。3D打印激發(fā)了學生DIY的興趣，使學習更加生動。3D打印為學習活動開辟了新的空間，學生可以從設(shè)計、制作、展示參與等多維度融入學習過程中。同時，在整個實踐學習活動過程中，都需要學習者的實踐操作，從設(shè)計到打印，都需要他們參與完成，有效地激發(fā)了學生實踐的積極性，提高了學生的學習熱情，增強了學生的動手能力、參與能力、設(shè)計能力和思維能力。這是推動創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)具有積極意義。當然，不管多么先進的技術(shù)，進入課堂必須堅持以學生發(fā)展為中心，重視學生的主體地位。

1. 對教師的要求

在課堂中應用3D 打印技術(shù)對教師和學生的信息素養(yǎng)要求較高，較強的動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)新意識和學習活動設(shè)計能力。因而，教師要從技術(shù)和教學設(shè)計等層面進行深層次的學習和提高。此外，教師的角色也需要轉(zhuǎn)變，教師是學生學習的合作者、參與者和促進者。其教學重點除了傳授知識經(jīng)驗，更要激勵和鼓舞學生，讓學生保有個性地愉快成長，享受學習。

2. 打破學科壁壘，整合學科資源

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

美國新媒體聯(lián)盟（NMC）在《地平線報告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，將大面積走進中小學課堂。3D打印技術(shù)將對現(xiàn)有教學產(chǎn)生深刻的影響。作為教育工作者，不應錯過使用這項新技術(shù)的機會。在學校的課程改革中，開設(shè)更多的這類實踐性的課程，是提升學生綜合素質(zhì)、培養(yǎng)創(chuàng)新意識、提高創(chuàng)新能力的重要途徑。學生們對信息科技的熱愛，對信息科技的探索，并不是與生俱來的，而是在日常的學習和實踐探索中，不知不覺地產(chǎn)生的。

（作者單位：江蘇常州市虹景小學）