基于3D打印的STEAM學(xué)習(xí)資源包設(shè)計(jì)開發(fā)

何灃燊++高佳平

摘 要 隨著桌面級(jí)3D打印機(jī)的普及，3D打印這項(xiàng)技術(shù)也逐步走進(jìn)學(xué)校這個(gè)教育領(lǐng)域。STEAM教育打破各學(xué)科之間的界限，讓多學(xué)科教師合作進(jìn)行綜合的教學(xué)，全面培養(yǎng)學(xué)生的各方面能力，在我國一些中小學(xué)通用技術(shù)、信息技術(shù)課中已經(jīng)較為成熟地運(yùn)用STEAM課堂的概念。通過調(diào)查研究，深入分析3D打印在我國基礎(chǔ)教育中應(yīng)用及STEAM教育的現(xiàn)狀，對國內(nèi)外現(xiàn)有的STEAM教育產(chǎn)品進(jìn)行比較和分析，并通過案例及案例實(shí)驗(yàn)的分析，探究基于3D打印的STEAM學(xué)習(xí)資源包的組成及設(shè)計(jì)開發(fā)的要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 3D打?。籗TEAM；學(xué)習(xí)資源包；信息技術(shù)；通用技術(shù)

中圖分類號(hào)：G436 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）14-0031-05

1 3D打印與教育領(lǐng)域

近些年來，隨著桌面級(jí)3D打印機(jī)的普及，3D打印技術(shù)也逐步走進(jìn)學(xué)校，走進(jìn)教育領(lǐng)域。許多研究者越加關(guān)注3D打印在教育中起的作用：《2015年地平線報(bào)告（基礎(chǔ)教育

版）》認(rèn)為，3D打印技術(shù)將在未來2～3年大范圍普及[1]；而在新修訂的全國高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中，“三維設(shè)計(jì)與創(chuàng)意”作為選修模塊之一加入其中。這也印證了3D打印技術(shù)已經(jīng)正式成為教育領(lǐng)域的一分子。

3D打印應(yīng)用到教育領(lǐng)域的優(yōu)勢

1）化抽象為具體。很多抽象的事物對于缺乏認(rèn)知與想象的學(xué)生而言是難以理解的，而3D打印技術(shù)的作用正是將這些事物以可見、可觸的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，幫助學(xué)生理解與掌握。

2）培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)思維與創(chuàng)新能力。學(xué)生在學(xué)習(xí)和使用3D打印技術(shù)時(shí)，需先對建模物體進(jìn)行設(shè)計(jì)；完成初步的設(shè)計(jì)后，再通過3D建模技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)；在建模的過程中，不斷對模型進(jìn)行修改（同樣是設(shè)計(jì)的過程），經(jīng)過不斷的設(shè)計(jì)、修改、實(shí)現(xiàn)的迭代過程，得到最終的作品。根據(jù)戴爾的經(jīng)驗(yàn)之塔理論，被稱之為“設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)”，屬于學(xué)生“做的經(jīng)驗(yàn)”，這種經(jīng)驗(yàn)（或稱思維模式）為培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力打下基礎(chǔ)，并促進(jìn)他們創(chuàng)新能力的進(jìn)一步提高[2]。

3D打印在教學(xué)中應(yīng)用的現(xiàn)狀 筆者根據(jù)大量觀察與了解，認(rèn)為現(xiàn)在我國中小學(xué)里3D技術(shù)的應(yīng)用可以分為三類。

1）3D打印技術(shù)學(xué)習(xí)課程。學(xué)會(huì)如何建模和使用打印機(jī)是3D打印的基礎(chǔ)。許多初高中目前都在開設(shè)相關(guān)興趣課程供學(xué)生學(xué)習(xí)，并由中學(xué)里的計(jì)算機(jī)教師進(jìn)行指導(dǎo)。課程的學(xué)習(xí)以3D建模軟件的學(xué)習(xí)為主，并結(jié)合一些輔助建模的軟件，如123D系列、Mesh Mixer等，從多個(gè)方面教會(huì)學(xué)生設(shè)計(jì)、建造模型。

2）以3D打印技術(shù)為技術(shù)支撐的創(chuàng)客課程。以3D打印技術(shù)、Arduino開源硬件、電子技術(shù)、編程等理工科技術(shù)為基礎(chǔ)，將多種技術(shù)融合進(jìn)行創(chuàng)造發(fā)明，比如3D打印的機(jī)器人、四軸飛行器、智能手環(huán)等，以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力與創(chuàng)造力為主。

3）基于3D打印技術(shù)的STEAM課程。引入3D打印技術(shù)作為STEAM教育的支撐，使注重實(shí)踐、注重動(dòng)手、注重過程的STEAM教育如虎添翼。如杭州市的采荷三小開設(shè)的3D 打印社團(tuán)課，采用多學(xué)科融合的主題式教學(xué)方式，將課程教學(xué)分為“海底總動(dòng)員”“玩具制作”和“生活小幫手”三個(gè)主題。教師通過設(shè)置特定的教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生探索問題的解決方法，并讓學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)，制作3D模型，結(jié)合其他軟硬件，最終完成一件能夠解決問題的作品，培養(yǎng)學(xué)生的探究與工程設(shè)計(jì)能力[3]。

3D打印在教學(xué)中存在的問題

1）3D打印技術(shù)（建模、打印機(jī)等）的學(xué)習(xí)在教學(xué)中的比重過大。技術(shù)的應(yīng)用建立在熟練掌握的基礎(chǔ)上，因此，學(xué)生要花較多的時(shí)間來進(jìn)行建模軟件的學(xué)習(xí)。這需要占用大量的課時(shí)，意味著在一些綜合性課程中留給學(xué)生進(jìn)行后期活動(dòng)的時(shí)間非常少，并且將極大地影響教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。如何平衡3D打印的教學(xué)內(nèi)容在綜合性課程中的比重（如使用簡單易懂的建模工具，教師輔助等），是開發(fā)這類課程時(shí)需慎重考慮的。

2）應(yīng)用方式的選擇。據(jù)對3D打印相關(guān)企業(yè)工作人員訪談和對一些中小學(xué)目前3D打印機(jī)使用情況的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)中小學(xué)將3D打印機(jī)用于興趣課程和創(chuàng)客制作，結(jié)合其他科目教學(xué)的應(yīng)用較少，3D打印機(jī)成為學(xué)校教學(xué)工作中可有可無的設(shè)備，甚至鎖在辦公室里閑置（據(jù)《很多學(xué)校3D打印機(jī)在睡大覺 行業(yè)培訓(xùn)迫在眉睫》，http：//news.

163.com/15/0611/08/ARQJC5M500014SEH.html）。

3）課程資源設(shè)計(jì)難度偏大。結(jié)合3D打印的跨學(xué)科課程往往涉及多方面的知識(shí)，教師需要熟悉每個(gè)知識(shí)點(diǎn)，了解它們的特性，才可以將它們聯(lián)結(jié)起來作為一個(gè)完整的課程。在教學(xué)中也要針對教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計(jì)跨學(xué)科的課程材料，還需考慮到課程中培養(yǎng)學(xué)生多方面的能力。

2 基于3D打印的STEAM教育

STEAM教育前身為美國于20世紀(jì)80年代提出的STEM教育，是Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Engi-neering（工程）、Mathematics（數(shù)學(xué)）多學(xué)科融合的教育模式[4-5]。2006年，時(shí)任美國總統(tǒng)的布什公布以“通過發(fā)展科技與創(chuàng)新促進(jìn)美國經(jīng)濟(jì)發(fā)展及提升國家競爭力”為主旨的《美國競爭力計(jì)劃》（American Competitiveness Initiative，ACI），指出21世紀(jì)作為知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，國家教育目標(biāo)之一是培養(yǎng)具有STEM素養(yǎng)的人才[6]。隨后任美國總統(tǒng)的奧巴馬全面推進(jìn)這種教育模式，美國國內(nèi)政府、學(xué)校、社會(huì)團(tuán)體、專業(yè)組織等在各個(gè)層面紛紛開展了切實(shí)有效的工作。隨后在原有的四學(xué)科基礎(chǔ)上加入Arts（人文）學(xué)科，多學(xué)科融合得到STEAM教育。

我國的《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》在戰(zhàn)略主題中明確提出：堅(jiān)持能力為重；優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)，豐富社會(huì)實(shí)踐，強(qiáng)化能力培養(yǎng)；著力提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，教育學(xué)生學(xué)會(huì)知識(shí)技能，學(xué)會(huì)動(dòng)手動(dòng)腦，學(xué)會(huì)生存生活，學(xué)會(huì)做事做人，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)，開創(chuàng)美好未來。STEAM教育打破各學(xué)科之間的界限，讓多學(xué)科教師合作進(jìn)行整體教學(xué)，全面培養(yǎng)學(xué)生各方面的能力，在我國一些中小學(xué)的通用技術(shù)、信息技術(shù)課中已經(jīng)引入STEAM課堂的概念。國內(nèi)的一些開發(fā)廠商也相繼推出STEM、STEAM實(shí)驗(yàn)套件、科普玩具等產(chǎn)品。endprint

丹麥的樂高集團(tuán)早在1986年就與麻省理工學(xué)院合作，研發(fā)機(jī)器人和相關(guān)課程，隨后推出一批涉及科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)、設(shè)計(jì)、社會(huì)學(xué)等學(xué)科的學(xué)習(xí)工具和學(xué)習(xí)方案，也是目前市場上較完整的STEAM學(xué)習(xí)套件。但受限于樂高積木本身的結(jié)構(gòu)、材料的特性，學(xué)生利用顆粒方塊創(chuàng)作的成品與現(xiàn)實(shí)生活中的物品存在很明顯的差距。香港的METAS則與主流的STEAM教學(xué)方式不同，以電子積木套件為基礎(chǔ)，希望通過簡單拼裝到Scratch編程的應(yīng)用來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

STEAM的學(xué)習(xí)產(chǎn)品與3D打印結(jié)合，既為STEAM教育中學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)作提供了技術(shù)支持，提供了更自由的創(chuàng)作方式，又加速了3D打印教育應(yīng)用服務(wù)支持體系的成長，為3D打印的教育應(yīng)用提供了能充分體現(xiàn)3D打印技術(shù)優(yōu)勢和獨(dú)特性的支持資源[7]。將新的技術(shù)與原有的正在發(fā)展的創(chuàng)新教育模式結(jié)合，為技術(shù)找到新的應(yīng)用方式，為創(chuàng)新教育引進(jìn)強(qiáng)大的技術(shù)工具。

3 基于3D打印的STEAM學(xué)習(xí)資源包組成

教學(xué)資源包的組成 學(xué)習(xí)資源是為教學(xué)的有效開展提供的素材等各種可被利用的條件，通常包括教材、案例、影視、圖片、課件等，也包括教師資源、教具、基礎(chǔ)設(shè)施等（據(jù)百度百科）。教學(xué)資源包通過一個(gè)包（package）的形式，向教師和學(xué)習(xí)者提供支持教學(xué)的各種資源。

如圖1所示，一般的教學(xué)資源包分為教師用的教材，包括文字的、多媒體的或教師提供的內(nèi)容、教學(xué)活動(dòng)指南（教師手冊）、問題情境、案例研究、資源列表等；學(xué)生用學(xué)材，包括學(xué)生活動(dòng)指南、學(xué)生練習(xí)、評估。

STEAM教育產(chǎn)品 國內(nèi)外教具、玩具、電子廠商已經(jīng)推出各式各樣的STEM＼STEAM實(shí)驗(yàn)套件或科普、教育游戲和玩具。如美國的Little bits，提供模塊化電子積木系統(tǒng)（表1），各種顏色的電子模塊通過防錯(cuò)的磁性吸合方式可以搭建出各種電子模型。通過積木化的方式，降低了動(dòng)手制作的能力要求，卻提高了學(xué)生創(chuàng)造發(fā)揮的可能性。

Little bits Smart Home kit套件內(nèi)容如下。

1）BITS MODULES：1*USB Power，1*sound trigger，1*MP3 Player，1*threshold，1*light sensor，1*bright led，1*IR Transmitter，1*number，1*button，1*split，1*temperature sensor，1*servo，1*synth speaker，1*

cloudBit?。

2）ACCESSORIES：1*screwdriver，1*Servo Accesso-ries，1*USB Power Adapter+Cable，6*Shoes，2*mounting boards，1*AC Switch。

又如丹麥的樂高（Lego），作為國際知名的玩具品牌，1980年成立樂高教育，為全世界的教師和學(xué)生提供內(nèi)容豐富、具有挑戰(zhàn)性、趣味性和可操作性的學(xué)習(xí)工具和教學(xué)解決方案。樂高與美國麻省理工學(xué)院（MIT）合作開發(fā)并于2013年發(fā)布第三代機(jī)器人LEGO MINDSTORMS EV3，其教育版內(nèi)容包括：EV3 Brick*1，Large Motor*2，Medium Motor*

1，Touch Sensor*2，Color Sensor*1，Ultrasonic Sensor*

1，Rechargeable DC Battery*1，LEGO Bricks 541pcs；EV3

PROGRAMMER APP（iOS/Android），EV3 programming soft-

ware（PC/Mac），Robot Commander App，Building instruc-

tions，User guide（PC/MAC），EV3 Mindstorms Firmware download（PC/MAC），Advanced Users-Developer Kits（PC/MAC）。

近年來國內(nèi)的一些廠商也開始推出STEAM學(xué)習(xí)的產(chǎn)品，如添翼模型STEM教育科普玩具，提供整套的學(xué)習(xí)套件：

1）電子元件，包括驅(qū)動(dòng)馬達(dá)齒輪箱、7號(hào)開關(guān)電池盒；

2）作業(yè)器材，包括強(qiáng)力雙面膠、90 mm光軸、橡膠軸套、M2.5螺栓螺套、LED七彩燈珠、雙頭杜邦連接線；

3）全套機(jī)器人肢體部件拼裝指南。

通過對這些已有產(chǎn)品的分析，會(huì)發(fā)現(xiàn)這些產(chǎn)品可以說都是比較成熟的商品，但如果將它們投入課堂教學(xué)，會(huì)有一定的缺陷。幾乎現(xiàn)有的所有產(chǎn)品都是以“客戶能夠使用”的原則來設(shè)計(jì)指南或說明，缺乏教學(xué)情境，也沒有供教師使用的資源。另外，各自也有一些產(chǎn)品特點(diǎn)導(dǎo)致的限制。例如：樂高的機(jī)器人套件，其開發(fā)環(huán)境非開源，且硬件只能與樂高積木拼接；Little bits本身只是模塊組，創(chuàng)造一個(gè)作品還需其他很多資源的支持；至于國產(chǎn)的添翼模型STEM教育科普玩具，則更像一個(gè)個(gè)獨(dú)立、專屬的模型，幾乎不能進(jìn)行開放性的創(chuàng)作。

在創(chuàng)客教育中，一般教學(xué)資源包的學(xué)材和教材之外，還包括支持學(xué)生創(chuàng)作的“創(chuàng)材”。而源自美國創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)（Maker Movement）的STEAM教育，旨在從小培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手、創(chuàng)新、綜合運(yùn)用科學(xué)知識(shí)的能力[4]，在設(shè)計(jì)開發(fā)STEAM學(xué)習(xí)的資源時(shí)，除了要包含完整支持學(xué)生學(xué)習(xí)、教師教授的資源外，還要提供豐富全面的創(chuàng)作材料。而且出于成本的考慮，這些創(chuàng)作材料的理想狀態(tài)應(yīng)是可替代、復(fù)用的材料。而市場上現(xiàn)有的STEAM學(xué)習(xí)產(chǎn)品，大多是針對某個(gè)主題學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，采用的部件由開發(fā)商設(shè)計(jì)，不可替代和不可復(fù)用（見圖2）。

基于3D打印的STEAM學(xué)習(xí)資源包 STEAM教育的學(xué)習(xí)方式多為探究式學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的內(nèi)容也不是固定的知識(shí)點(diǎn)，而是拓展到了學(xué)生在探究過程中接觸到的所有內(nèi)容。所以沒有任何一個(gè)STEAM學(xué)習(xí)資源包能涵蓋主題學(xué)習(xí)中“所有的”知識(shí)，一個(gè)好的STEAM學(xué)習(xí)資源包為教師和學(xué)生提供的應(yīng)是完成學(xué)習(xí)所需的“基礎(chǔ)知識(shí)”，以及獲得更多相關(guān)知識(shí)的方向和方法（見圖3）。endprint

基于3D打印的STEAM教育，其本質(zhì)還是STEAM教育，3D打印技術(shù)是作為工具技術(shù)引入的。需要注意的是，一項(xiàng)新技術(shù)的引入，在教學(xué)時(shí)對學(xué)生和教師都提出新的要求，包括理解新的技術(shù)和應(yīng)用新的技術(shù)。但不應(yīng)“功高蓋主”，對新技術(shù)的學(xué)習(xí)和掌握應(yīng)該是輔助對原來課程的學(xué)習(xí)，而不應(yīng)在課程中占據(jù)過多的比例，把原來的STEAM主題變成對3D打印技術(shù)的學(xué)習(xí)。因此，在引入3D打印的STEAM學(xué)習(xí)資源包中，3D打印技術(shù)的學(xué)習(xí)材料（包括簡單的原理、適用的建模軟件和演示等）是必不可少的，但需針對原來STEAM教育的主題進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如：選擇既滿足主題學(xué)習(xí)中3D打印建模精度，學(xué)生和教師又能很快掌握并靈活應(yīng)用的3D建模軟件；提供豐富的主題相關(guān)的3D打印模型文件，供教師和學(xué)生從認(rèn)識(shí)、參照開始，逐步掌握主題相關(guān)的3D打印建模技巧。

除了3D打印的相關(guān)資源的引入，基于3D打印的STEAM學(xué)習(xí)資源包中的其他成分也應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化。在平衡原有資源和3D打印制品的成本、效果之后，一些原有的資源可以被3D打印的制品替代，其他的資源也應(yīng)和3D打印技術(shù)配合，更好地達(dá)到STEAM教育的目的。

4 基于3D打印的STEAM學(xué)習(xí)資源包案例

為了對基于3D打印的STEAM學(xué)習(xí)資源包的成分進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)查，筆者設(shè)計(jì)并制作“船”主題的3D打印STEAM學(xué)習(xí)資源包。該主題學(xué)習(xí)活動(dòng)流程為：主題引入→觀看航海史紀(jì)錄片→學(xué)生探究學(xué)習(xí)感興趣的船→從曹沖稱象的故事引入排水量和浮力關(guān)系的探究實(shí)驗(yàn)→引入船模制作→通過3D打印制作船體→設(shè)計(jì)船模的動(dòng)力系統(tǒng)→探究學(xué)習(xí)輪船防銹并應(yīng)用到船模上。

資源包內(nèi)容

1）“船”主題的3D打印STEAM學(xué)習(xí)資源包清單。

①學(xué)生學(xué)習(xí)材料：教學(xué)演示視頻紀(jì)錄片《世紀(jì)航路》，學(xué)生問卷《航海史的梳理》，學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告《浮力與排水量》，防銹措施的探究報(bào)告。

②教師教學(xué)材料：教學(xué)活動(dòng)指南，資源包清單，可參考《航海與船?！方贪福瑔柧碓u價(jià)表，多媒體課件，包括3D打印建模教程（視頻+PPT）、電子部件組裝教程（PPT）、探究浮力與排水量關(guān)系實(shí)驗(yàn)演示視頻、主題教學(xué)Prezi課件。

③3D打印資源：3D建模軟件ProE，3D打印機(jī)，ABS打印材料，展示用3D打印船模型Demo，船模型文件（.stl格式）。

④其他創(chuàng)作材料：四通道遙控器*1（接收器、遙控器），5號(hào)電池盒*2，馬達(dá)*2，螺旋槳*2，6 cm鐵軸*2，（10齒輪、28冠齒）*4，白色三通*4，塑料框架*1，多孔鐵片*2，開關(guān)*1，墊片、螺絲、電線若干，各色油漆筆、油性筆等。

⑤工具：螺絲刀（一套），尖嘴鉗，250 ml量筒*2，試管*1，帶刻度移液管*1。

2）多學(xué)科融合的主題各維度學(xué)習(xí)目標(biāo)。

S（科學(xué)）：掌握輪船的發(fā)展，浮力與排水量的關(guān)系，3D打印技術(shù)的原理和應(yīng)用，金屬防銹的原理，作用力與反作用力，能量轉(zhuǎn)換定律。

T（技術(shù)）：3D建模，金屬防銹的措施。

E（工程）：3D打印船模組裝航行，工程設(shè)計(jì)的模式，電路的組裝，機(jī)械傳動(dòng)（齒數(shù)與轉(zhuǎn)速）。

A（人文）：世界航海史與中國航海史，船的種類與結(jié)構(gòu)，船體造型設(shè)計(jì)，船體上色。

M（數(shù)學(xué)）：掌握立體圖形的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、會(huì)看三視圖，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和處理，模型零件的尺寸與組裝比例計(jì)算。

資源包在主題STEAM教學(xué)中的作用 以“船”為主題的STEAM課程，不單單是為了讓學(xué)生做個(gè)船模，更重要的是多學(xué)科知識(shí)的貫穿融合。

1）教師教材。

①資源包引入教學(xué)情境。船主題的引入時(shí)，一句“長風(fēng)破浪會(huì)有時(shí)，直掛云帆濟(jì)滄?！币饘W(xué)生對造船遠(yuǎn)航的積極性。將詩歌與實(shí)踐結(jié)合，是對學(xué)生情意態(tài)度、審美、文化素養(yǎng)的綜合培養(yǎng)。引入3D打印進(jìn)行船模制作時(shí)，將3D打印機(jī)與漫畫中的超現(xiàn)實(shí)工具進(jìn)行類比，激發(fā)學(xué)生對3D打印技術(shù)的興趣。

②資源包中提供了完整的教學(xué)指南。教學(xué)指南對于整個(gè)主題教學(xué)活動(dòng)的流程及重要細(xì)節(jié)都有詳細(xì)的說明。某些擔(dān)任單一學(xué)科的教師，即使其他相關(guān)學(xué)科的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)比較薄弱，也可以根據(jù)教學(xué)指南的指導(dǎo)，有序、合理地開展主題教學(xué)活動(dòng)。

除了教學(xué)指南，資源包中提供了豐富的多媒體資源，包括《世紀(jì)航路》紀(jì)錄片、3D打印的相關(guān)課件、實(shí)驗(yàn)演示視頻、主題教學(xué)的課件等，為主題教學(xué)提供了豐富的支撐。形式豐富的多媒體資源不但提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，而且拓展了學(xué)生的眼界見識(shí)。學(xué)生甚至可以在動(dòng)手制作的過程中將其中的知識(shí)應(yīng)用進(jìn)去，活學(xué)活用，提高了學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力。

資源包中實(shí)體3D模型Demo的展示，讓學(xué)生有了直觀的、觀察的認(rèn)識(shí)。根據(jù)戴爾的經(jīng)驗(yàn)之塔理論，這是屬于直接、具象的經(jīng)驗(yàn)。教師可以通過展示船模型，向?qū)W生講解其中的一些細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)知識(shí)，給學(xué)生留下深刻的、具體的記憶。

③資源包里提供問卷、評估量表，能讓教師在活動(dòng)過程中對學(xué)生的活動(dòng)和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評估（形成性評價(jià)），及在主題教學(xué)后對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行評價(jià)（總結(jié)性評價(jià)），以便教師對主題教學(xué)的教學(xué)過程及結(jié)果進(jìn)行評價(jià)和總結(jié)。

2）學(xué)生學(xué)材。

①資源包中提供了學(xué)生任務(wù)指南，幫助學(xué)生了解整個(gè)主題課程活動(dòng)方向，明確了他們在教學(xué)中需完成的基本任務(wù)。避免新的學(xué)習(xí)模式的引入對學(xué)生學(xué)習(xí)造成困擾。

②資源包中還包含開放的網(wǎng)絡(luò)資源指南。學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，可以繼續(xù)在網(wǎng)上根據(jù)指南的導(dǎo)引，學(xué)習(xí)船的文化、歷史、結(jié)構(gòu)等知識(shí)，為探究式學(xué)習(xí)提供完善的支持。

另外在教學(xué)生3D建模這一節(jié)中，由于船的構(gòu)造與其他模型相比較為復(fù)雜，建模步驟數(shù)較多，學(xué)生在學(xué)習(xí)初期很難記住整個(gè)過程。資源包中的教學(xué)視頻在這一階段就起到重要的輔助作用，學(xué)生可以觀看教學(xué)視頻，對建模過程進(jìn)行回顧，有利于教學(xué)進(jìn)度的正常推進(jìn)。

3）3D打印資源。如表1所示，在建模軟件的選擇上，筆者在比較、分析了大量建模軟件后，選擇ProE這款建模軟件作為資源包中3D建模的主要工具。endprint

在3D模型選擇與教程制作上，筆者也針對主題教學(xué)進(jìn)行優(yōu)化，力求以最少的學(xué)習(xí)時(shí)間，達(dá)到更佳的學(xué)習(xí)效果。

在船的模型的選擇上，筆者偏重于選擇那些學(xué)生熟悉的、比較典型的船造型，如帆船、明輪船、游艇、空氣動(dòng)力船等。

在3D建模教學(xué)中，筆者盡量選擇那些簡單卻可以快速成型的特征功能，減少建模步驟數(shù)，減小學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。

4）其他創(chuàng)作材料。在電子器件的選擇上，筆者選了模塊化、無裝飾外殼、可替代及復(fù)用的電子器件。

①模塊化。模塊化的動(dòng)力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)，減少學(xué)生在連接電子部件時(shí)遇到的阻力，將更多的精力投入根據(jù)不同造型的船模的特點(diǎn)進(jìn)行的船模動(dòng)力設(shè)計(jì)中。

②無裝飾。所有電子器件都無裝飾外殼，學(xué)生需通過3D打印裝飾部件或利用其他材料對船模進(jìn)行美化裝飾。在動(dòng)手的過程中，學(xué)生要兼顧船的美觀和功能，以此加深對美學(xué)和科學(xué)的理解。

③可替代及復(fù)用。在創(chuàng)作材料中，包含了大量可被3D打印部件替代的結(jié)構(gòu)部件。在主題學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生設(shè)計(jì)的船模是多樣的，部件的形式、尺寸均需學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。在迭代設(shè)計(jì)過程中，可替代和復(fù)用的材料大大降低了材料的成本。

5 總結(jié)

STEAM教育打破各學(xué)科之間的界限，全面培養(yǎng)學(xué)生各方面的能力?；?D打印的STEAM學(xué)習(xí)資源包，引入創(chuàng)客這一模式，學(xué)生在使用該資源包時(shí)，需進(jìn)行個(gè)人設(shè)計(jì)、制造、創(chuàng)新。建立做中學(xué)、學(xué)中做的模式，提升學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、合作能力、問題解決能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力[8-9]。

作為教學(xué)資源，在資源的組成上需要結(jié)合STEAM教育的特點(diǎn)，為教師的教授和學(xué)生的學(xué)習(xí)提供豐富的支撐資源。融入3D打印技術(shù)時(shí)，需從教師和學(xué)生的實(shí)際使用出發(fā)，使3D打印技術(shù)真正成為有效的教學(xué)工具，而非增加教師的工作壓力和學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。

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