面向中小學(xué)創(chuàng)客的電子產(chǎn)品快速開發(fā)APP設(shè)計與實現(xiàn)

徐嘉 李健 曲鴿 于艾彤 徐純森

摘? 要 創(chuàng)客教育不斷發(fā)展，各小學(xué)也創(chuàng)辦了很多創(chuàng)客社團，用以培養(yǎng)創(chuàng)新人才。但由于在小學(xué)階段尚未出現(xiàn)完整而成熟的創(chuàng)客體系，小學(xué)創(chuàng)客社團未能迅速發(fā)展，收效甚微。目前，3D打印技術(shù)作為當(dāng)前最直觀的工具，已經(jīng)逐漸應(yīng)用在教育領(lǐng)域，它能夠鍛煉小學(xué)生的實際操作能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和解決實際問題的能力。因此，將3D打印技術(shù)應(yīng)用于小學(xué)創(chuàng)客社團，具有十分深遠(yuǎn)的意義和影響。

關(guān)鍵詞 3D打印技術(shù);小學(xué)創(chuàng)客社團;創(chuàng)客教育;創(chuàng)新人才

中圖分類號：G623.58? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）07-0040-03

1 前言

進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)客社團已是必然趨勢，國家和社會對小學(xué)的創(chuàng)客社團也提出更高的要求。但是，大部分小學(xué)尚未建立一個完整而成熟的創(chuàng)客體系，阻礙了小學(xué)創(chuàng)客社團的進(jìn)一步發(fā)展。目前，3D打印技術(shù)已在小學(xué)課堂中得到廣泛使用，它可以把創(chuàng)新的想法變?yōu)楝F(xiàn)實。學(xué)生在創(chuàng)作過程中，思維的靈活性和發(fā)散性得到極大提高，培養(yǎng)了創(chuàng)新意識和動手操作能力。在小學(xué)創(chuàng)客社團中廣泛使用3D打印技術(shù)，不僅可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)到前沿技術(shù)，而且可以提升學(xué)生利用技術(shù)解決實際生活中各種問題的能力。

2 相關(guān)概念

3D打印技術(shù)? 3D打印技術(shù)是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)[1]。一般包括四個步驟：軟件建模、三維設(shè)計、打印制作、后期處理[2]。3D打印不僅大大縮短了產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)所需要的時間，而且降低了生產(chǎn)所需要的成本，在一定程度上提高了生產(chǎn)原材料的利用率。

創(chuàng)客教育及創(chuàng)客社團? 創(chuàng)客教育是將創(chuàng)客文化與教育相結(jié)合，以項目學(xué)習(xí)的方式，使用數(shù)字化工具，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科解決問題能力、團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新能力的一種素質(zhì)教育[3]。創(chuàng)客社團指在學(xué)校內(nèi)把具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力并將自己的創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實的人聚在一起組成的小團體。

3 教學(xué)應(yīng)用的理論基礎(chǔ)

杜威的做中學(xué)理論? 美國教育學(xué)家杜威對知與行的關(guān)系進(jìn)行了闡釋，在經(jīng)驗論的基礎(chǔ)上，發(fā)表了“從做中學(xué)”的理論[4]，改變以往書本式的教學(xué)模式，讓學(xué)生在切身動手實踐活動中獲取經(jīng)驗，積極主動地進(jìn)行認(rèn)知活動。

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論? 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者在已有知識和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過情境、協(xié)作、會話，對新鮮的事物進(jìn)行意義建構(gòu)而完成的[5]?？梢酝ㄟ^3D打印來把自己理想的藍(lán)圖變?yōu)楝F(xiàn)實，驗證與設(shè)想是否一致，不斷地進(jìn)行調(diào)整、組合，進(jìn)而得到最終的成果。在操作體驗中，可以提高對知識的理解，增強學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的熱情，進(jìn)而更好地進(jìn)行學(xué)習(xí)。

戴爾的經(jīng)驗之塔理論? 在戴爾的經(jīng)驗之塔中，最底端的經(jīng)驗最為具體，最頂端的經(jīng)驗最為抽象，認(rèn)為學(xué)習(xí)活動是一個由具體到抽象的過程[6]。在教學(xué)過程中，通過3D打印可以彌補底端經(jīng)驗的不足，豐富學(xué)生所做的經(jīng)驗，讓學(xué)生通過動手實踐來獲得有目的的直接經(jīng)驗，通過打印的過程來獲得觀察的經(jīng)驗，最終將抽象的概念轉(zhuǎn)換為切實可感的視覺符號，幫助學(xué)生深刻地理解這些抽象概念。

4 3D打印技術(shù)與小學(xué)創(chuàng)客社團相結(jié)合

隨著我國教育體系的不斷完善，國家對小學(xué)的創(chuàng)客社團提出更高的要求，更加注重學(xué)生的創(chuàng)新意識和動手操作能力。我國高校人才培養(yǎng)綱要人才培養(yǎng)體制改革中也提出創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式是今后教育工作的重點發(fā)展方向，將著力培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才[7]。

隨著創(chuàng)客教育在我國的興起，我國各小學(xué)積極配合建立相應(yīng)的實驗室、創(chuàng)客社團等，但是絕大部分小學(xué)沒有一個完整而成熟的創(chuàng)客體系，不利于以后的長久發(fā)展。

當(dāng)前有代表性的3D打印教育創(chuàng)新應(yīng)用項目，主要集中在創(chuàng)客空間、創(chuàng)新實驗室和STEAM課程中[8]。一般來說，學(xué)校的課時和課程計劃是有限制的，學(xué)生所感興趣的事物也是不一樣的，因此可以在課下開展創(chuàng)客社團活動，將喜歡3D打印的學(xué)生聚在一起，一起通過3D打印創(chuàng)作喜歡的作品。3D打印技術(shù)可以通過軟件建模將自己的設(shè)計品實實在在地打印成現(xiàn)實的東西，具有直觀性的特點，將學(xué)生不理解的抽象性較強的概念轉(zhuǎn)化為可視的直觀物體，以更好地理解與掌握。而且在3D打印社團活動中，教師可以在教授3D打印技術(shù)的同時，滲透一些科學(xué)知識或是其他學(xué)科的知識，幫助學(xué)生提高跨學(xué)科解決實際問題的能力。

5 3D打印應(yīng)用實例：地球的圈層結(jié)構(gòu)

學(xué)習(xí)者分析（小學(xué)五年級下學(xué)期）? 從認(rèn)知發(fā)展的角度來看，他們的有意注意、有意記憶逐步變?yōu)橹鲗?dǎo)地位，想象力與創(chuàng)造力得到飛速提升，動手操作能力得到進(jìn)一步的提高;對于具體的概念容易接受和掌握，但是抽象思維能力不足，很難接受特別抽象的概念。由于之前學(xué)習(xí)過3D打印技術(shù)的基本原理與建模，學(xué)生能夠掌握簡單的建模操作，具備將自己想象的藍(lán)圖變?yōu)楝F(xiàn)實的能力。

教學(xué)目標(biāo)

1）知識與技能：能夠說出地球的圈層結(jié)構(gòu);能夠描述出地球各圈層的輪廓;能夠在引導(dǎo)與幫助下，建模并打印出作品——“地球”。

2）過程與方法：小組成員先通過自己獨立思考，在合作完成地球建模與打印過程中掌握3D打印過程的一般方法。

3）情感、態(tài)度及價值觀：小組合作、探討3D建模并打印出實物，提高動手實踐、合作學(xué)習(xí)的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和積極探索科學(xué)精神;完成3D打印作品后，學(xué)生的自我滿足感和對地理、科學(xué)的熱愛之情大大提高。

教學(xué)內(nèi)容? 地球的各圈層結(jié)構(gòu)及其特點;通過3D打印技術(shù)創(chuàng)作出自己獨一無二的“地球”作品。

教學(xué)過程（3課時）? 具體的教學(xué)過程如表1所示。

環(huán)境設(shè)計? 包含3D建模軟件、3D打印機、PPT、創(chuàng)客社團工作室。

教學(xué)評價? 根據(jù)學(xué)生完成的情況進(jìn)行改正與修改教學(xué)過程，教學(xué)評價表如表2所示。

輔助教學(xué)資料? 提前給學(xué)生發(fā)有關(guān)3D建造地球模型的建模過程微課，幫助學(xué)生回憶起之前學(xué)習(xí)過的知識與技能;上課之前給學(xué)生發(fā)放學(xué)案（有關(guān)地球各圈層結(jié)構(gòu)及特點的知識點）、評價量表、學(xué)習(xí)檔案袋、彩色打印機。

6 結(jié)語

把3D打印技術(shù)應(yīng)用于小學(xué)創(chuàng)客社團中，一方面體現(xiàn)出創(chuàng)客教育在小學(xué)的應(yīng)用;另一方面，可以通過3D打印技術(shù)軟件建模，讓學(xué)生將自己設(shè)計的作品實實在在地打印成現(xiàn)實的東西，具有直觀性的特點，將學(xué)生不理解的、抽象性較強的概念轉(zhuǎn)化為可視的直觀物體，以更好地理解與掌握。在課程開始，教師可以通過明確問題、展示樣品來激發(fā)學(xué)生的熱情，加強學(xué)生學(xué)習(xí)的動力，讓所有學(xué)生都能參與到做的活動中來。在3D打印環(huán)境中，學(xué)生的動手能力、協(xié)作能力、創(chuàng)新意識和問題意識都能夠得到一定程度的提升。這樣寓教于樂，將原本枯燥的課程轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生愿意積極去參與的活動，學(xué)生不再是被動地接受知識，而是主動地去參與，獲得最大的體驗。學(xué)校只有擁有一個完整而成熟的創(chuàng)客教育實踐體系，才能更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，為他們成長為創(chuàng)新型人才打好基礎(chǔ)。■

參考文獻(xiàn)

[1]童宇陽.3D打印技術(shù)在中小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2013（12）：16-19.

[2]李金峰，鄒軍華，胡鑫.3D打印技術(shù)在地理教學(xué)中的應(yīng)用：以地球框架模型為例[J].軟件導(dǎo)刊：教育技術(shù)，2016（5）：89-91.

[3]潘璐，馮丹，戴思冬.基于3D打印技術(shù)的小學(xué)創(chuàng)客教育之初探[M]//國家教師科研專項基金研究成果（十三）.2017.

[4]左園園.基于3D打印培養(yǎng)小學(xué)生創(chuàng)造性思維的教學(xué)設(shè)計研究[D].濟南：山東師范大學(xué)，2017.

[5]張佳琦.3D打印技術(shù)在地理教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].上海：華東師范大學(xué)，2015.

[6]王萍.3D打印及其教育應(yīng)用初探[J].中國遠(yuǎn)程教育，2013（15）：83-87.

[7]何娟娟.關(guān)于計算機“3D打印”技術(shù)在數(shù)學(xué)教學(xué)應(yīng)用中的思考[J].宿州教育學(xué)院學(xué)報，2014（4）：183-184.

[8]孫江山，吳永和，任友群.3D打印教育創(chuàng)新：創(chuàng)客空間、創(chuàng)新實驗室和STEAM[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2015（4）：96-103.