3D打印在中小學(xué)創(chuàng)新教育中的實(shí)踐探索

文/姚毅鋒　吳道吉

3D打印在中小學(xué)創(chuàng)新教育中的實(shí)踐探索

文/姚毅鋒吳道吉

隨著3D打印在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、文化藝術(shù)等行業(yè)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，3D打印這一新興科學(xué)技術(shù)也不斷融入到人們的工作和生活中。而科技促進(jìn)教育這一客觀規(guī)律也決定了3D打印對(duì)教育的影響是必然的，3D打印技術(shù)與學(xué)校教育的結(jié)合必成為STEAM教育中對(duì)學(xué)生開(kāi)拓創(chuàng)新能力培養(yǎng)的必要組成部分。

1　 3D打印在學(xué)校教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀

創(chuàng)客教育，政策先行，教育部于2015年發(fā)布《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見(jiàn)(征求意見(jiàn)稿)》，其中提到了未來(lái)五年對(duì)教育信息化的規(guī)劃，鼓勵(lì)探索STEAM教育、創(chuàng)客教育等新教育模式，從政策層面將刺激3D打印教育市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)。

國(guó)內(nèi)3D打印在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用已然走在了前列，并逐漸步入了批量應(yīng)用階段。全國(guó)各地區(qū)都有學(xué)校加入到3D打印創(chuàng)客教育的潮流中來(lái)。3D打印在不少地區(qū)已經(jīng)被列入普通學(xué)校教育的統(tǒng)籌范圍內(nèi)，而不僅僅是職業(yè)培訓(xùn)。

2　 3D打印在中小學(xué)教育中的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)教育特別是中小學(xué)教育是以教師為主導(dǎo)的填鴨式教學(xué)方式。因其理論性較強(qiáng)，且多數(shù)以死記硬背為主要方式，學(xué)生無(wú)法把學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)化和應(yīng)用，久而久之就會(huì)失去興趣。而3D打印課程可以讓枯燥的課程變得生動(dòng)起來(lái)。在3D打印應(yīng)用的教學(xué)中，學(xué)生不再是單純地看文字或圖形，而是根據(jù)相應(yīng)理論知識(shí)通過(guò)電腦繪制其三維模型，并用3D打印機(jī)把模型打印出來(lái)。這是學(xué)生吸收和運(yùn)用知識(shí)的過(guò)程，使學(xué)習(xí)過(guò)程變得生動(dòng)有趣，同時(shí)極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和分析、解決問(wèn)題等方面的能力。

3　 3D打印與各種學(xué)科的融合

3D打印與學(xué)科的融合既是對(duì)各傳統(tǒng)學(xué)科教學(xué)的補(bǔ)充，又是開(kāi)展STEAM教育的重要形式。

3.1 3D打印與語(yǔ)文課的結(jié)合

語(yǔ)文課中的說(shuō)明文是難以描述和理解的，例如趙州橋課程中對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的描述。而如果運(yùn)用課文中描述的知識(shí)點(diǎn)用軟件把模型繪制并打印出來(lái)，有了理論應(yīng)用于實(shí)踐的過(guò)程，學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握會(huì)更加深刻。

3.2與數(shù)學(xué)課的結(jié)合

通過(guò)三維模型設(shè)計(jì)軟件，學(xué)生可以方便地從不同方位觀察模型，任意組合、改變模型形狀，學(xué)生的空間想象力得到很好的鍛煉和培養(yǎng)，見(jiàn)圖1。

圖1　數(shù)學(xué)教育與3D打印結(jié)合

3.3與美術(shù)、剪紙等藝術(shù)課的結(jié)合

通過(guò)三維設(shè)計(jì)軟件很容易實(shí)現(xiàn)二維圖形到三維模型的轉(zhuǎn)化。藝術(shù)課中的剪紙或手繪圖形便可以轉(zhuǎn)化成三維模型，且應(yīng)用于不同的作品中，并通過(guò)3D打印機(jī)打印出來(lái)，增加課程的趣味性。

3.4與歷史、生物、地理、化學(xué)、物理等其它課程的結(jié)合

輔助教具直接通過(guò)3D打印制作出來(lái)，將抽象、難懂的教學(xué)變得更直觀、形象化，更好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4　中小學(xué)3D打印課程的開(kāi)展形式

目前很多學(xué)校把3DOne作為教學(xué)軟件，通過(guò)軟硬件結(jié)合，推出3D打印創(chuàng)意設(shè)計(jì)課程解決方案，以學(xué)生動(dòng)手參與為主要學(xué)習(xí)方式，旨在全面提升、激發(fā)孩子們的潛能，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中潛移默化地提高動(dòng)手能力和思考能力。

3D打印創(chuàng)客教育通常包括如下形式：

（1）興趣班。

興趣班是3D打印在學(xué)校開(kāi)展創(chuàng)客教育初期的主要形式。每個(gè)班級(jí)挑選數(shù)個(gè)學(xué)生組合成興趣小團(tuán)隊(duì)，由學(xué)校老師或者校外的公司機(jī)構(gòu)提供技術(shù)支持協(xié)助學(xué)校開(kāi)展課程。

（2）校本課程。

教師通過(guò)課程的開(kāi)展，總結(jié)成果及經(jīng)驗(yàn)完成學(xué)校的校本課程，打造校本特色的3D打印課程。

（3）教、科研項(xiàng)目。

教、科研項(xiàng)目的方式使得3D打印課程的開(kāi)展更有拓展性。例如學(xué)校以船作為項(xiàng)目題目，學(xué)生學(xué)習(xí)船的工作原理，以及如何優(yōu)化船體、增加動(dòng)力機(jī)構(gòu)，然后自己設(shè)計(jì)船體造型、打印模型和試驗(yàn)航行，通過(guò)不斷地試驗(yàn)以及改善，學(xué)生可以把課題內(nèi)容掌握得非常牢固。并且學(xué)生會(huì)不斷去思索、嘗試各種各樣的方式，極大地提高了學(xué)生的想象力和動(dòng)手能力。

5　結(jié)語(yǔ)

以3DOne軟件為教學(xué)的3D打印創(chuàng)客課程，給了STEAM教育一種新的方式，不管是從國(guó)家的支持，還是從提高學(xué)生的創(chuàng)新能力來(lái)說(shuō)，3D打印都將作為一個(gè)重要的手段會(huì)得到極大的發(fā)展。通過(guò)與學(xué)科結(jié)合的方式，并借助于各地的3D打印比賽，3D打印教育將會(huì)有更好的發(fā)展。

姚毅鋒（1979-），男，小學(xué)高級(jí)教師，本科，任職于深圳市鹽田區(qū)梅沙小學(xué)，從事小學(xué)科學(xué)及創(chuàng)客教育教學(xué)工作。吳道吉（1982-），男，本科，任職于中望龍騰軟件股份有限公司，從事中小學(xué)3D打印創(chuàng)新課程教育工作。