用3D打印技術(shù) 培養(yǎng)農(nóng)村小學(xué)生創(chuàng)新能力

管端梅

如今創(chuàng)客教育在城區(qū)學(xué)校如火如荼地進(jìn)行，已經(jīng)有很多成果和教學(xué)收獲。在優(yōu)質(zhì)資源共享的大環(huán)境下，我們在學(xué)校開展了3D打印教學(xué)，讓農(nóng)村學(xué)生在新科技新發(fā)展中緊跟社會教育改革潮流；在變革教與學(xué)的模式中體驗新理念、新思想；有效培養(yǎng)學(xué)生的深度體驗，跨學(xué)科思維、創(chuàng)新能力、實踐能力、信息共享、和諧共享的素質(zhì)。

3D根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)學(xué)名為增材制造。打印技術(shù)基于“設(shè)計即生產(chǎn)”的基本原理，運(yùn)用粉末金屬狀或塑料等可黏合材料，通過積層造型法逐層打印材料層創(chuàng)建物體，讓學(xué)生親身體驗從無到有的快速生成的過程，把創(chuàng)意變成實體的構(gòu)建過程。它看似獨(dú)立于課堂，但卻把課程整合和變通；加工信息的多維處理通道，能把日常觸摸和接觸到的實體，轉(zhuǎn)變成電腦里的虛擬建模創(chuàng)意；或者學(xué)生天馬行空的創(chuàng)意思想通過自己的建模堆砌，經(jīng)過3D打印機(jī)的整體打印，得以可視化地呈現(xiàn)，能夠促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力。

創(chuàng)新啟于格物致知。創(chuàng)新思維來自于透徹地分析和領(lǐng)悟書本知識和日常生活經(jīng)歷，是3D課程開設(shè)的內(nèi)在源泉。結(jié)合小學(xué)信息技術(shù)課堂教學(xué)，整合3D打印技術(shù)，培養(yǎng)農(nóng)村小學(xué)學(xué)生的創(chuàng)新思維，是課程開設(shè)的目的。以體驗式學(xué)習(xí)為中心，以信息技術(shù)知識內(nèi)容為基石，以學(xué)生建模能力培養(yǎng)為輔，在真實情境中體驗和探究，是學(xué)以致用的具體體現(xiàn)。身臨其境地主動參與到學(xué)習(xí)活動中去，同時親手操作最直接一手的經(jīng)驗，在課題開展過程中，筆者總結(jié)出如下的影響因素。

一、教師對3D打印技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用的接納程度

目前課程教學(xué)的教師是學(xué)校的信息技術(shù)教師，因為他們對幫助手冊和建模軟件的熟知程度與課程學(xué)習(xí)有很大的聯(lián)系，他們對新技術(shù)抱有很大的熱情，主動接受性比委任性的接納度更積極。身之所往，心之所向。教師致力于有效整合，探究新的教學(xué)模式，提高各種資源的有效利用。通過參與校內(nèi)和校外培訓(xùn)，參與3D打印社區(qū)平臺，與同行交流經(jīng)驗，各學(xué)科之間的知識互通，尋求更廣泛的知識框架，搭建更高效的教學(xué)平臺。

二、必要的軟硬件環(huán)境設(shè)計

隨著3D打印機(jī)的普及，國內(nèi)市場競爭激烈，價格越來越能讓大眾接受，甚至手工diy打印機(jī)的零件。桌面打印機(jī)機(jī)型尺寸合適，周身采用透明門設(shè)計，便于學(xué)生觀察整個打印過程，操作屏幕中文彩色觸摸屏，直觀看到打印的進(jìn)度，容易掌握。建模軟件很多，Sketchup、Maya、CAD、Rhino、Blender、Tinkercad、AutoCAD等等。但是很多軟件并不是一用就能上手的軟件，對教師來說專業(yè)也很有難度，對于小學(xué)生來講更是不容易接受，因此我們需要適合小學(xué)生特點的簡單易操作的建模工具，比如123d design，但是對于學(xué)生來講還是花費(fèi)很多時間。分層學(xué)習(xí)，注重個體差異和學(xué)段知識點的循序漸進(jìn)，分年級重點側(cè)重不一樣，整個學(xué)習(xí)以了解熟悉為重點，對高年級學(xué)生進(jìn)行建模方法和軟件的學(xué)習(xí)。

三、學(xué)生對3D打印技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣和感知度

通過對本校農(nóng)村小學(xué)三到六年級的學(xué)生進(jìn)行3D打印學(xué)習(xí)前期、中期、后期的在線網(wǎng)絡(luò)問卷調(diào)查跟蹤記錄全程，前期發(fā)布有效問卷488份，收到的有效問卷460份，沒有學(xué)生聽說過3D打印機(jī)，更不知道這是什么機(jī)器。在課程開設(shè)的中期以及后期已經(jīng)發(fā)生實質(zhì)性的變化。根據(jù)小學(xué)生有效教學(xué)理論評估標(biāo)準(zhǔn)所進(jìn)行的調(diào)查結(jié)果如圖所示。

數(shù)據(jù)分析表明，學(xué)生一開始對3D打印是陌生的，而且沒有什么興趣，不知道這到底是什么，看著是一冷冰冰的機(jī)器，不知道是什么功能；隨著中期和后期的課程設(shè)置，學(xué)生看到實際作品的呈現(xiàn)，看到那些玩具、教學(xué)道具、創(chuàng)意點子變成實體作品、立體作品。課程開設(shè)的目的是對學(xué)生創(chuàng)新精神與實踐能力的培養(yǎng)，既要符合小學(xué)的教育規(guī)律，也要體現(xiàn)時代特征。計算思維、空間思維、設(shè)計思維和創(chuàng)新思維的發(fā)展，從而形成虛擬世界、實體世界以及學(xué)生內(nèi)心世界的聯(lián)通，激發(fā)孩子們的創(chuàng)造力和想象力。

先是通過深入淺出的方式進(jìn)行原理性知識的教育，介紹3D打印技術(shù)，以及建模軟件的學(xué)習(xí)，熟悉界面模塊、功能，用鼠標(biāo)進(jìn)行視圖操作，用基本命令進(jìn)行模型的創(chuàng)建；接著學(xué)習(xí)切片軟件，修飾模型，讓打印機(jī)能夠把修飾好的模型打印出來。找到網(wǎng)絡(luò)上好的三維創(chuàng)意社區(qū)論壇，鼓勵學(xué)生欣賞別人的作品；篩選好的知識框架內(nèi)容，完善自己授課內(nèi)容，不拘泥課程約束，把3D打印技術(shù)與創(chuàng)客教育融合，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國工匠精神。

根據(jù)農(nóng)村小學(xué)教學(xué)特點和差異，在初始階段的研究成果，先實踐，不涉及復(fù)雜的工作理論知識，直接在切片軟件中寫入學(xué)生姓名修飾模型，類似于在word軟件中打字，插入藝術(shù)字，打印屬于每個學(xué)生的入門作品標(biāo)簽，以趣味故事穿插其中，鼓勵學(xué)生的成就感。后期高年級學(xué)生對建模思想和建模軟件有初步的接觸，學(xué)會“切割”、“渲染”、“基礎(chǔ)實體”、“縮放”等命令操作，鼓勵學(xué)生制作其他學(xué)科需要的教具和生活用品。結(jié)合信息技術(shù)教材的自帶畫圖軟件，構(gòu)造簡單的圖形，使用建模軟件，切片打印，最終與課程教學(xué)融合共生。

建構(gòu)主義作為創(chuàng)客教育的指導(dǎo)思想，從做中學(xué)，專注于問題解決、數(shù)字化和實物制造的學(xué)習(xí)理論。具身創(chuàng)客理論認(rèn)為，認(rèn)知是身體和環(huán)境相互作用的結(jié)果，在實際的物理空間內(nèi)有自己身體的直接參與。3D打印技術(shù)作為創(chuàng)客教育的“三劍客”之一，要求學(xué)生以創(chuàng)意、設(shè)計、制造、自主意愿、活力、熱情和能力為自己，同時為人類創(chuàng)造一種更美好的生活。這與教育的目的不謀而合，利用信息化手段擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)教育資源全面覆蓋，縮小城鎮(zhèn)和農(nóng)村及貧困地區(qū)的教育差距和數(shù)字鴻溝，讓學(xué)生共享教育福利。

【作者單位：海安縣大公鎮(zhèn)中心小學(xué) 江蘇】