技術是驅動教育創(chuàng)新的引擎

徐德亮

3D打印技術能為教育帶來什么？以往教學中，孩子們有什么想法，只能說，或者用紙畫，但是現(xiàn)在設計出來的圖形都能通過3D打印技術打印成實物，能夠大大調動孩子們的創(chuàng)新積極性和動手能力。3D打印進校園使得學生在創(chuàng)新能力和動手實踐能力上得到培養(yǎng)，使學生的創(chuàng)意、想象變?yōu)楝F(xiàn)實，變課堂上的被動記憶為課內外的主動探索，從而實現(xiàn)學校培養(yǎng)方式的變革。3D打印技術引導學生觀察生活，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)和解決實際問題的能力，成為創(chuàng)新的一代。

3D打印技術是智慧課堂多媒體技術的延伸。目前在基礎教育領域，3D打印技術的應用還是一個嶄新的領域。教師應在平時關注教育的發(fā)展和新技術的研究興趣引導，要讓學生在求知欲望和創(chuàng)造熱情最旺盛的時候，站在科技發(fā)展的前沿，立意超前，起點要高，追求新發(fā)展。一方面，致力于3D打印技術與教學融合的探索與實踐，其中包括學生創(chuàng)新意識和實踐能力的培養(yǎng)，發(fā)展學生立體空間思維；另一方面，課程教學分析結合課程實踐經(jīng)驗、簡易建模軟件的學習，在培養(yǎng)孩子創(chuàng)造力上不可小覷。

探究學習為課堂增添活力，讓學生腦洞大開

3D打印技術應用于教育，為教師的“教”與學生的“學”提供了新思想，是智慧與科技相融合最佳路徑。對孩子們來說，只有他們感興趣的東西他們才會關注。比如在數(shù)學課堂上，教師可以利用3D打印機輕松簡單地構建立體幾何體并打印出實體，將數(shù)學定理的推理演示過程更加直接地呈現(xiàn)給學生。促進學生從形象的實物、過程演示及推理中理解并掌握數(shù)學抽象概念和知識，提升學生的立體空間感。例如，七年級數(shù)學上冊《幾何圖形》，以往教師通過畫圖形、看視頻等方法讓學生完成對概念的理解和相互轉化，效果往往不理想。3D打印技術可以將抽象復雜的立體圖形實物化、教具化，分發(fā)到各組學生當中，學生置身于有趣的學習氛圍中，通過3D打印實體的接觸，讓枯燥的課程變得生動起來，它是一種同時擁有視覺和觸覺的學習方式，具有很強的誘惑力。

引領課堂教學重要趨勢，提升學生的學習主動性

英國著名教師戴夫懷特說過：如果你能抓住學生的想象力，你就抓住了他們的注意力。3D打印是小學生能看懂、能設計、能實踐的技術，教師們更是有信心開展更多的學科課程教學嘗試。

1. 美術學科

利用建模軟件如“草圖大師”“3D”等進行建模設計，掌握基本的方法就可以帶孩子們上課了。好奇心和求知欲讓課堂學習變得生動、有趣，孩子們的心靈與視野更加開闊。3D打印是電腦繪畫的延伸，例如，在小學五年級美術教學《元宵節(jié)里掛彩燈》一課中，這樣的美術課和常規(guī)的筆紙上課不同，教師不是在一個平面上畫燈籠，而是輔導學生在軟件中制作燈籠模型。學生通過操作軟件，用3D打印機打印出來模型，再用顏料上色。這樣課堂的趣味性加大了，同時學生的動手動腦能力也得到了鍛煉，學生的審美與視野更開闊。

2. 語文學科

基于對3D打印技術功能特性與語文學科教學目標、特點及難點的關聯(lián)與分析，我發(fā)現(xiàn)3D打印技術可以通過演示和協(xié)同構建兩種方式幫助突破學科教學難點，促進教學目標的實現(xiàn)。例如，在教學小學四年級語文《長城》一課時，以往的教學主要靠圖片的解釋來導入課堂，或利用相關視頻幫助學生理解長城的結構和功能。有了3D打印機，就能利用建模軟件在電腦上把一段長城設計并打印出來。教師還可以帶學生利用丙烯或油畫顏料將打印成型的“長城”涂上顏色，學生通過參與該環(huán)節(jié)加深了對長城構造的直觀認識。

3. 科學學科

小學科學學科可根據(jù)課堂設計，將電腦中虛擬的立體圖形打印成實物。比如《地球的公轉和自轉》等天文知識，通過3D打印機打印出太陽、地球、月球、星星模型，并模擬實驗研究變化。不同課堂上，創(chuàng)意來源孩子們的奇思妙想3D打印機嘴里吐出恐龍、化石、機器人“大白”等不同造型。這樣帶有創(chuàng)想的青少年從小就開始追夢，孩子們領略到3D打印的科技魅力。

4. 生物、化學等學科

在生物課上，教師可以打印出細胞、器官、生物樣本，比單一圖片或視頻更直觀?；瘜W課上打印出分子模型，有利于學生理解化學反應過程。歷史、地理、物理等課程涉及的一些還原歷史的文物、器具、模型，都可以打印出來，讓學生比較直觀地了解。動手做和動腦思考才是重要途徑，學生以完成模型構建為目標，主動學習相關知識技能，從設計原型、展示參與多個環(huán)節(jié)融入學習活動中，創(chuàng)作分享調動孩子的學習主動性。利用3D打印技術，教師可以設計出更多學科主題學習活動，采用游戲、競賽等能夠激發(fā)學生學習積極性的手段，促進學生主動學習與探究。

技術融入教師教育 未來課堂與技術在一起

再完美的課程設計也需要教師去落實。從“傳授者”到“學習者”，教師的角色也正在發(fā)生改變。3D打印技術人才稀缺在教育培訓領域進一步凸顯。3D打印機是一種教具，用于開拓青少年思維，而不是玩具。如何讓3D打印技術真正進課堂并落地？在我看來，學校應把教師數(shù)字化素養(yǎng)作為必要的職業(yè)標準，教師不僅是學生學習的促進者和幫助者，也是新型科學技術的吸收者。

1. 軟件基礎

盡量選擇容易上手的建模軟件，比如免費的Sketchhup（草圖大師）。有一定基礎后，建議嘗試用中文版3D或MAYA建模軟件，在設計出復雜的和精度上更理想的模型。該類文件在打印輸出時導出.stl格式，然后在導入第二層軟件進行切片聯(lián)機打印，通常3D打印機支撐生成.G格式。

2. 自適應學習技術

如今以教師為主體的單一灌輸方式已經(jīng)不適應我國基礎教育領域新一輪課程改革推行與實施的需要，現(xiàn)在亟需從“以學科為中心”向“以學習者為中心”轉變。學校推出“3D打印實驗班”，選出有計算機和設計特長的教師，通過集中培訓、脫產(chǎn)研修等形式，讓他們盡快勝任項目輔導和培訓，并成為該項目的“帶頭人”。通過學科滲透和開展創(chuàng)新課程等活動推行，如小組合作學習、探討式教學、互動式教學，帶動一批教師成長。

3. 借助網(wǎng)絡平臺建立模型資源庫

基于設計的課堂活動，可以在學生學習內容的同時開展技術學習，通過設計、項目探究、創(chuàng)造、分享等手段，充分運用網(wǎng)絡免費的教學平臺參與學習。很多網(wǎng)絡提供模型資源免費下載，可直接用于切片打印，這有助于入門打印操作學習。教育工作者同時要尊重每位學生的需求，尤其是在他們最有創(chuàng)造力的時候，讓他們去實踐、經(jīng)歷、思考。

構建跨領域鏈接，讓學生持續(xù)學習

為幫助中小學盡快引入科技教育領域的新知識，真正做到目標實現(xiàn)與解決方案的融合，這就需要我們將實際生活中的實例引入課堂，進行打印課程的實驗性應用。3D打印機之所以能夠打印出各種立體作品，首先還得看設計，軟硬件都要給力。教學生一些軟件的操作知識，從最初的設計建模，到裝料、操作打印，直至后面的打印成型、上色，可以考慮讓學生臨摹一些東西，逐漸形成老師引導輔助工作，設計完全出自孩子之手，然后小組內展示交流。學生可以通過自己的創(chuàng)意，組成社團、實訓隊，涉足這一高科技領域。

美國麻省理工學院土木與環(huán)境工程系副教授Pedro Reis說，無論是個人獨立還是全體合作，3D打印技術在開啟人類創(chuàng)造力上的優(yōu)勢是不可小覷的。在教學中為了彌補模仿訓練不足，教師除采用學生感興趣的方法，還要方便學生遷移應用，促進學生自主學習。基于對3D打印技術本身特性的把握，我發(fā)現(xiàn)該技術可以作為動力激發(fā)工具和支持創(chuàng)新設計的技術工具，應用到課堂教學活動中，培養(yǎng)跨學科的知識綜合應用能力。師生們對加快創(chuàng)新能力的培養(yǎng)顯得十分迫切。隨著3D打印技術迅速發(fā)展和大規(guī)模進入中小學課堂，中小學3D新科技時代將全面開啟。3D打印技術與教育的結合，關系著科技創(chuàng)新以及綜合性教育。希望3D打印技術引入課堂能給學生帶來創(chuàng)造的成就感，架起孩子們現(xiàn)在和未來的橋梁。

（作者單位：黑龍江克山教育局信息中心）

參考文獻

李青，王青.3D打?。阂环N新興的學習技術[J].遠程教育雜志，2013.

信息化2013地平線報告（高等教育版）[J].北京廣播電視大學學報，2013（2）：7-29.