3D打印技術(shù)下的STEAM綜合實踐活動教學(xué)探討

姚 凱

(長沙市中小學(xué)素質(zhì)教育實踐基地岳麓營地 湖南長沙 410000)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，3D打印技術(shù)在生產(chǎn)制造、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中均發(fā)揮著重要價值?！蛾P(guān)于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導(dǎo)意見》提出，鼓勵中小學(xué)積極探索STEM教育、創(chuàng)客教育等新型教育模式，以此培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識及信息意識，引導(dǎo)其養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。長期以來，綜合實踐活動都是學(xué)校教育的重要組成部分，在此背景下，高效實施改課程尤為重要。

一、3D打印技術(shù)特點及原理概述

從3D打印技術(shù)的自身特點來看，其與傳統(tǒng)技術(shù)有很大差異，即“逐層疊加”的原則。3D打印技術(shù)的應(yīng)用有助于大規(guī)模及個性化生產(chǎn)的開展，其在成形產(chǎn)品方面呈現(xiàn)均勻化的特點。從技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來看，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有助于提高人們的物質(zhì)生活水平。從3D打印技術(shù)的3D建模來看，主要是通過3D掃描儀獲得三維數(shù)據(jù)，借助數(shù)字化的形式生成三維模型[1]。3D打印技術(shù)是顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)的新興產(chǎn)業(yè)，有些學(xué)校把其作為一項重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，其在教學(xué)中的應(yīng)用，有助于實現(xiàn)新的課程教學(xué)目標(biāo)。

二、3D打印技術(shù)下的STEAM綜合實踐活動教學(xué)

3D打印技術(shù)下的STEAM綜合實踐活動符合新課程的標(biāo)準及要求，在教學(xué)方面有以下優(yōu)勢：一是課程從真實的問題情境入手，融合了藝術(shù)、科學(xué)、工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)學(xué)科的知識，建構(gòu)了綜合性課程；二是課程主題活動劃分為各個單元，且依據(jù)由淺入深的規(guī)則安排內(nèi)容；三是該課程是一種工程理念，其是學(xué)科知識的建構(gòu)過程；四是科學(xué)應(yīng)用3D打印技術(shù)，創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容“實物化”的模式；五是充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢，把數(shù)字教學(xué)平臺和紙質(zhì)教材有效結(jié)合起來，定期更新教學(xué)資源；六是考慮到了教師教學(xué)水平和教學(xué)環(huán)境的差異性，哪怕不能使用數(shù)字化教學(xué)平臺，也能借助紙質(zhì)教材開展教學(xué)活動[2]。

三、3D打印技術(shù)下STEAM綜合實踐活動教學(xué)流程的設(shè)計與實施

綜合實踐活動在制定過程中，應(yīng)做好學(xué)情和學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的分析，還要考慮教師的教學(xué)水平。因為綜合實踐活動是系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)過程，學(xué)生在課堂中學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)是切實可行的。在師資方面，因為綜合實踐活動教師大多為兼職，教學(xué)能力存在差異性，所以在教學(xué)目標(biāo)制定方面，應(yīng)按照教師的自身情況設(shè)計教學(xué)，從而提高課堂教學(xué)實效性。新課程標(biāo)準倡導(dǎo)“自主、探究、合作”等學(xué)習(xí)方式，綜合實踐活動是突出參與、動手實踐的新型學(xué)科，在教學(xué)活動中應(yīng)充分調(diào)動學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)動機。比如，在“國之利器——3D印綜合實踐活動”的教學(xué)活動中，應(yīng)通過學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)感受到中國3D打印技術(shù)的科學(xué)進步，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的熱愛。通過學(xué)習(xí)，了解3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀，開闊學(xué)生的視野，使其了解傳統(tǒng)工藝的制造流程和3D打印的制造流程，對比新舊技術(shù)的特點。根據(jù)綜合實踐活動的課程特點及3D打印技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境，在課程設(shè)計方面，應(yīng)按照“引入主題—探究知識—合作參與—綜合評估—拓展學(xué)習(xí)”的流程實施教學(xué)[3]。另外，在綜合實踐活動課程中，STEAM學(xué)習(xí)中的“A”不僅是“藝術(shù)”，其能拓展為中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化等內(nèi)容，有助于更好地貫徹“立德樹人”的根本任務(wù)，且能提高學(xué)生的人文素養(yǎng)。與此同時，教師在知識探究環(huán)節(jié)通過“問題設(shè)置”，能引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好的問題意識，從而培養(yǎng)其創(chuàng)新實踐能力。再者，教師在合作環(huán)節(jié)應(yīng)突出對學(xué)生動手實踐能力的培養(yǎng)，最大限度提高學(xué)生的參與度，以此提高課堂教學(xué)實效性。

四、展望與建議

（一）突出生活和實踐

《綱要》指出，綜合實踐活動應(yīng)從學(xué)生的生活實踐入手，引導(dǎo)其在生活情境中發(fā)現(xiàn)問題，所以在課程設(shè)置方面應(yīng)選擇貼合學(xué)生的實物，加強與學(xué)生之間的交流。與此同時，3D打印技術(shù)下STEAM綜合實踐活動課程是一門突出實踐的課程，應(yīng)把“做”貫穿到整個教學(xué)環(huán)節(jié)，指引學(xué)生更好地發(fā)現(xiàn)問題，并借助所學(xué)知識解決問題，從而提高其問題分析及解決能力[4]。

（二）突出教學(xué)過程

教師在實施綜合實踐教學(xué)活動時，不僅要培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力，還應(yīng)注重課程本身的價值。在教學(xué)活動中，教師除了應(yīng)設(shè)置具體的知識目標(biāo)，應(yīng)盡量實現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)活動的深度融合。綜合實踐活動課程主要是從學(xué)生的生活實踐入手，借助探究、體驗、合作等方式，突出對學(xué)生綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)。STEAM教育和綜合實踐活動課程有相通之處，均強調(diào)跨學(xué)科學(xué)習(xí)，突出知識間的綜合應(yīng)用，并重視“以學(xué)生為主體”的學(xué)習(xí)方式。鑒于此，學(xué)校應(yīng)從綜合實踐活動課程入手，全面實施STEAM教育。

（三）突出學(xué)科整合

在綜合實踐教學(xué)活動中，教師應(yīng)積極借鑒STEAM的教學(xué)理念，突出學(xué)科之間的深度融合。學(xué)科之間的融合并不是工程、藝術(shù)、科學(xué)、數(shù)學(xué)及技術(shù)等方面知識的簡單相加，而是按照解決問題的內(nèi)在需求，從不同學(xué)科中提取自身所需的知識，促進完整知識體系的建構(gòu)。綜合實踐活動注重學(xué)生的探究過程，深化學(xué)生的參與實踐，突出對其問題解決能力的培養(yǎng)。而應(yīng)用3D打印技術(shù)能實現(xiàn)虛擬世界和實體世界間的有機切合，有針對性地培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力，把學(xué)生的創(chuàng)意變成現(xiàn)實，從而實現(xiàn)綜合實踐活動課程的優(yōu)化[5]。

（四）突出系統(tǒng)評價

不管在哪種教學(xué)情境下，教學(xué)評價在教學(xué)活動中的價值都尤為重要。綜合實踐課程與傳統(tǒng)課程不同，它的過程即學(xué)習(xí)。所以，應(yīng)用傳統(tǒng)的課程評價方式已經(jīng)很難系統(tǒng)地評價教學(xué)效果，教師應(yīng)有針對性地設(shè)計評價體系。首先，評價不僅在于學(xué)生是否掌握學(xué)科知識，還應(yīng)評估學(xué)生的實踐能力；其次，應(yīng)在評價體系內(nèi)納入課程、改進、思考、操作等內(nèi)容，綜合應(yīng)用自評、測試、互評、他評等方式，創(chuàng)建完整的評價機制，以評促學(xué)。

（五）突出教師培養(yǎng)

從目前的情況來看，STEAM課程和綜合實踐課程在師資方面的培養(yǎng)機制有待完善。雖然STEAM課程在國內(nèi)已經(jīng)普及，但技術(shù)老師在專業(yè)知識方面有偏向性，其綜合教學(xué)素養(yǎng)仍待提高。綜合實踐課程的發(fā)展離不開專業(yè)教師的培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)科綜合能力較強、人文素養(yǎng)較高的專職教師是其發(fā)展的必然方向，但短期內(nèi)很難實現(xiàn)這一目標(biāo)。此外，學(xué)校應(yīng)不斷完善自身課程體系、教師培訓(xùn)體系，同時借助學(xué)科合作等方式積累教學(xué)經(jīng)驗，從而提高教師的專業(yè)化素養(yǎng)。

綜上所述，3D打印技術(shù)下STEAM綜合實踐活動的實施，能讓學(xué)生更好地認識到STEAM活動中的建構(gòu)、合作、創(chuàng)造等都能借助3D打印技術(shù)來完成。3D打印技術(shù)可以把學(xué)生的創(chuàng)意打印出來，能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維及創(chuàng)造力，有助于調(diào)動學(xué)生參與創(chuàng)意實踐的內(nèi)在動機，引導(dǎo)其更好地參與到活動探究過程中，從而保證活動的實效性。以3D打印技術(shù)為載體，開展STEAM教育活動，把技術(shù)、數(shù)學(xué)、科學(xué)、工程和藝術(shù)等各個領(lǐng)域知識有機結(jié)合起來，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，從而更好地培養(yǎng)其問題解決及分析能力，促進學(xué)生全面發(fā)展。