兒童教育應(yīng)用3D打印技術(shù)實(shí)踐

摘要：信息技術(shù)飛速發(fā)展，在教育領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文從兒童視角出發(fā)，以智慧教育理念為抓手，通過(guò)對(duì)幼兒園3D打印技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)踐進(jìn)行分析，以期在此基礎(chǔ)上將智慧教育理念在實(shí)踐中不斷落實(shí)與調(diào)整，從而探索兒童3D打印活動(dòng)的實(shí)踐路徑。

關(guān)鍵詞：智慧教育理念；兒童；3D打??；創(chuàng)新；實(shí)踐

2014年，國(guó)務(wù)院推出“3D打印創(chuàng)新教育播種”計(jì)劃，意在為學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造提供良好的氛圍，以培養(yǎng)其“創(chuàng)客”精神和提升其“創(chuàng)客”能力[1]。從國(guó)際到國(guó)內(nèi)，3D 打印技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)成為各界研究的焦點(diǎn)[2]。隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展，近幾年也逐漸開始應(yīng)用于教育領(lǐng)域。智慧教育理念以學(xué)生為中心，關(guān)鍵在于激發(fā)學(xué)生主觀能動(dòng)性，學(xué)生不再一味地被灌輸知識(shí)，而是更加主動(dòng)地學(xué)、更有效地練，從而提升自主學(xué)習(xí)能力和語(yǔ)言綜合應(yīng)用能力。在兒童3D打印活動(dòng)中，教師如何進(jìn)行有效指導(dǎo)，如何提供多元支持？如何在智慧教育理念下實(shí)施3D打印活動(dòng)？這些問(wèn)題都是非常值得研究討論的。本文以兒童為中心，將智慧教育理念運(yùn)用于3D打印活動(dòng)中，并在智慧教育理念的指導(dǎo)下，探索兒童3D打印活動(dòng)的實(shí)踐路徑，以求更加有效地提升活動(dòng)的趣味性、有效性、科學(xué)性。

二、研究相關(guān)述評(píng)

（一）智慧教育

智慧教育的研究主要分為兩個(gè)方面。一方面是依托于大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算基礎(chǔ)之上的智能化教育，注重教育技術(shù)功能性方面，是教育系統(tǒng)的信息化改革和資源的網(wǎng)絡(luò)化支持；另一方面是指培養(yǎng)學(xué)生智慧的教育[3]。祝智庭認(rèn)為：通過(guò)構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，運(yùn)用智慧教學(xué)法，促進(jìn)學(xué)習(xí)者進(jìn)行智慧學(xué)習(xí)，從而提升成才期望，即培養(yǎng)具有高智能和創(chuàng)造力的人，利用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)智慧地參與各種實(shí)踐活動(dòng)并不斷創(chuàng)造智慧和價(jià)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境、生活環(huán)境和工作環(huán)境靈巧機(jī)敏的適應(yīng)、塑造和選擇[4]。

智慧教育理念則是指利用智能化技術(shù)構(gòu)建與學(xué)科融合的智能化環(huán)境，讓師生施展靈巧的教與學(xué)方法，從而培養(yǎng)新世紀(jì)智慧型人才的一種教育理念[5]。智慧教育理念是全面、多元的，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)將智能技術(shù)與教學(xué)活動(dòng)相融合，從而培養(yǎng)幼兒的主觀能動(dòng)性，發(fā)展幼兒的創(chuàng)新能力。與此同時(shí)，以智慧教育理念為抓手，依托信息技術(shù)，能更加有利于激發(fā)幼兒學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)幼兒全面發(fā)展。

（二）3D打印

3D打印是指利用塑料或樹脂等可粘連的原料進(jìn)行層層打印形成物件的增材制造技術(shù)[6]。它是一種新型快速成型技術(shù)，其原理是先將實(shí)體模型分為若干薄層，每次打印材料生成一個(gè)薄層，通過(guò)塑料或粉末狀金屬等可黏合材料，層層疊加生成物體[7]。時(shí)至今日，3D打印技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)了30余年，尤其最近十年3D打印技術(shù)發(fā)展更是進(jìn)入快車道，對(duì)各行各業(yè)都產(chǎn)生了影響。

近年來(lái)，我國(guó)積極推進(jìn)3D打印技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，并逐步受到了越來(lái)越多的關(guān)注。許多省市中小學(xué)、幼兒園開始積極嘗試和開展3D打印活動(dòng)。這些活動(dòng)在幼兒園的開展，潛移默化地激發(fā)了幼兒的創(chuàng)新潛能，培養(yǎng)了創(chuàng)新能力。

三、理論依據(jù)

（一）建構(gòu)主義理論

“情境、協(xié)作、會(huì)話和意義建構(gòu)”是建構(gòu)主義的關(guān)鍵思想，學(xué)生要想在學(xué)習(xí)上有所收獲，就需要依靠特定的學(xué)習(xí)環(huán)境。通過(guò)教師的引導(dǎo)、班級(jí)成員的協(xié)作，借助學(xué)習(xí)資源，再通過(guò)意義建構(gòu)才可以得到[8]。教師在組織開展3D打印活動(dòng)中，應(yīng)成為幼兒的支持者、合作者、引導(dǎo)者。在智慧教育理念下，借助信息技術(shù)為幼兒提供游戲化學(xué)習(xí)環(huán)境，引導(dǎo)幼兒結(jié)合現(xiàn)有的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性，實(shí)現(xiàn)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的建構(gòu)。

（二）多元智能理論

美國(guó)哈佛大學(xué)的霍華德·加德納教授提出了新的智能概念，多元智能理論所倡導(dǎo)的教育理念是：以幫助孩子找到一個(gè)可以盡情施展才能的地方為最有用的教育方法。在智慧教育理念指導(dǎo)下開展兒童3D打印活動(dòng)，可以讓活動(dòng)更有趣味性，通過(guò)引導(dǎo)幼兒自由創(chuàng)作，能夠發(fā)展幼兒的語(yǔ)言智能、空間智能、人際交往智能等，讓幼兒在愉悅體驗(yàn)的同時(shí)身心得以全面發(fā)展。

（三）從做中學(xué)理論

杜威認(rèn)為，教學(xué)過(guò)程實(shí)際上就是實(shí)踐的過(guò)程，要注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。在項(xiàng)目開展的過(guò)程中，學(xué)生遇到問(wèn)題的時(shí)候，需要設(shè)計(jì)解決問(wèn)題的方案并進(jìn)行實(shí)踐，這個(gè)過(guò)程能使學(xué)生豐富自己的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)。在幼兒3D打印自由創(chuàng)作過(guò)程中，引導(dǎo)幼兒在教師創(chuàng)設(shè)的情境中，運(yùn)用自己的已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)解決問(wèn)題，是一種真實(shí)且有意義的“做中學(xué)”，能夠培養(yǎng)幼兒發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，提升幼兒的動(dòng)手能力和創(chuàng)造能力。

四、智慧教育理念下兒童3D打印活動(dòng)實(shí)踐路徑

隨著冬奧會(huì)的舉辦，經(jīng)常在班上能聽到幼兒在討論自己擁有的“冰墩墩”，借此機(jī)會(huì)筆者開展了“冰墩墩”為主題的活動(dòng)。2022年北京冬奧會(huì)，以世界熟知的中國(guó)國(guó)寶大熊貓為原型的“冰墩墩”是本次冬奧會(huì)的吉祥物，外形友好、溫暖、可愛，深受國(guó)內(nèi)外的喜愛。例：“冰墩墩”被一搶而空，孩子們想DIY屬于自己的“冰墩墩”。結(jié)合冬奧會(huì)的開展，本研究以“3D打印冰墩墩”為例，嘗試探索3D打印活動(dòng)開展的活動(dòng)路徑。這不僅是一次動(dòng)手動(dòng)腦的手工制作過(guò)程，更能讓幼兒在潛移默化中了解冬奧會(huì)，感受奧運(yùn)精神，增強(qiáng)民族自豪感和歸屬感。同時(shí)，能讓幼兒熱愛科學(xué)，喜歡探究，對(duì)自己感興趣的事情充滿好奇。廣州市人民政府機(jī)關(guān)幼兒園以信息技術(shù)為特色課程之一，近幾年，幼兒園在政策引領(lǐng)及專家團(tuán)隊(duì)的指導(dǎo)下，全面推進(jìn)信息技術(shù)應(yīng)用能力提升2.0工程。本次活動(dòng)將以信息技術(shù)為抓手，以微能力點(diǎn)C4支持學(xué)習(xí)創(chuàng)造性學(xué)習(xí)與表達(dá)為指引，以兒童視角為中心，用行動(dòng)研究的方式，探索智慧教育理念下兒童3D打印活動(dòng)應(yīng)用與的實(shí)踐路徑。

（一）行動(dòng)研究一——可視“墩墩”初體驗(yàn)

本次活動(dòng)中，圍繞“四化兩創(chuàng)造”進(jìn)行3D打印冰墩墩活動(dòng)的初步展開。首先，在活動(dòng)前通過(guò)微信班群布置小任務(wù)，邀請(qǐng)家長(zhǎng)和幼兒在網(wǎng)上查閱冰墩墩的相關(guān)資料與圖片。嘗試用不同材料，不同形式進(jìn)行創(chuàng)作，并將完成的作品拍照，或錄制制作過(guò)程的視頻上傳班群。同時(shí)創(chuàng)設(shè)機(jī)會(huì)，引導(dǎo)幼兒多樣化自己學(xué)習(xí)與思考的結(jié)果，達(dá)到資源、成果的共享化。然后利用午餐前后或放學(xué)前談話時(shí)間邀請(qǐng)幼兒分享自己的創(chuàng)作過(guò)程，錄制微視頻發(fā)放班群，引導(dǎo)幼兒和家長(zhǎng)對(duì)所有作品進(jìn)行評(píng)價(jià)和投票，以此增強(qiáng)學(xué)生真實(shí)化體驗(yàn)。其次，在活動(dòng)中邀請(qǐng)幼兒欣賞親自創(chuàng)作的冰墩墩，并展示各種形態(tài)冰墩墩?qǐng)D片。很多小朋友在活動(dòng)前積極參與查閱資料，加上對(duì)多種形式作品的欣賞，已對(duì)冰墩墩有些許了解?；顒?dòng)中冰墩墩?qǐng)D片的引入，更是吸引了幼兒的興趣。此外，結(jié)合視頻《冰墩墩是如何設(shè)計(jì)出來(lái)的》，將幼兒自己已經(jīng)了解到的冰墩墩小知識(shí)與視頻中的內(nèi)容相融合，充分調(diào)動(dòng)幼兒多感官參與，讓幼兒更好地理解奧運(yùn)會(huì)吉祥物冰墩墩是如何設(shè)計(jì)出來(lái)的。以此豐富幼兒經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展幼兒創(chuàng)造性思維，激發(fā)創(chuàng)造潛能。最后，向幼兒介紹本次活動(dòng)需要的基本材料，3D打印筆，墊板，耗材等，并重點(diǎn)說(shuō)明3D筆正確操作流程及注意事項(xiàng)，輔助幼兒利用3D打印筆進(jìn)行自由創(chuàng)作。3D打印既可以是平面的，也可以是立體的。在本次活動(dòng)中，由于幼兒直接接觸3D打印活動(dòng)較少，教師根據(jù)幼兒能力不同分層指導(dǎo)，能力較強(qiáng)的幼兒可以直接繪制打印冰墩墩；能力偏弱的幼兒可借助冰墩墩的圖片底板輔助打印。活動(dòng)結(jié)束后，教師對(duì)本次活動(dòng)反思發(fā)現(xiàn)，大部分幼兒并沒有將冰墩墩的特色凸顯出來(lái)，只是進(jìn)行了冰墩墩基本形狀的打印。

（二）行動(dòng)研究二——智能技術(shù)助創(chuàng)作

通過(guò)對(duì)第一輪活動(dòng)的分析、反思，發(fā)現(xiàn)幼兒對(duì)冰墩墩的認(rèn)知各不相同，導(dǎo)致呈現(xiàn)的作品難以突出特色。為此，教師進(jìn)一步調(diào)整方案，將智能技術(shù)與3D打印活動(dòng)更好地融合起來(lái)，以激發(fā)幼兒創(chuàng)造力和想象力，幫助幼兒更好地理解冰墩墩的突出特征。在智慧教育理念下，創(chuàng)設(shè)智慧教育環(huán)境，能給予幼兒多元支持，將幼兒的學(xué)習(xí)過(guò)程與結(jié)果可視化、共享化。先以軟件希沃白板5.0為例，引導(dǎo)幼兒了解并認(rèn)識(shí)思維導(dǎo)圖，使幼兒直觀感受，更深入、細(xì)致地觀察，共同繪制“冰墩墩”思維導(dǎo)圖。在這個(gè)過(guò)程中，幼兒將觀察到的冰墩墩組成部分、特征及顏色等，做成可視化思維導(dǎo)圖，能幫助幼兒以多種形式外化自己的思考。相比第一輪，本次活動(dòng)幼兒能夠更加順利地打印，冰墩墩的形態(tài)也更加形象。幼兒根據(jù)已有的圖形模板進(jìn)行打印，或是根據(jù)自己的喜好，自主設(shè)計(jì)創(chuàng)作冰墩墩。同時(shí)，教師引導(dǎo)一些能力較強(qiáng)的幼兒直接在墊板上繪制冰墩墩，能力中等的幼兒則借助一定的輔助材料先將冰墩墩的輪廓繪制好，再將輔助材料撤離，而能力偏弱的幼兒則可以借助圖片繼續(xù)繪制平面的冰墩墩。通過(guò)教師對(duì)不同層次幼兒的進(jìn)行個(gè)別化指導(dǎo)，每位幼兒都能在原有基礎(chǔ)上獲得了提高，并體驗(yàn)到成功的快樂(lè)?；顒?dòng)后利用平板電腦及時(shí)拍攝上傳幼兒作品，創(chuàng)造機(jī)會(huì)，給予幼兒交流的平臺(tái)，讓每個(gè)幼兒都有表現(xiàn)自己的機(jī)會(huì)，分享交流自己的作品和創(chuàng)作過(guò)程。培養(yǎng)幼兒自信心的同時(shí)，引導(dǎo)幼兒互相欣賞評(píng)價(jià)作品，并進(jìn)行投票。

（三）行動(dòng)研究三——多元支持促探究

通過(guò)之前兩輪的實(shí)踐，幼兒自主想象、設(shè)計(jì)，并將其制作出來(lái)，這個(gè)從無(wú)到有的過(guò)程，一定程度上提升了幼兒的想象力、創(chuàng)造力和動(dòng)手能力，也讓幼兒在活動(dòng)中 “會(huì)學(xué)、會(huì)玩、會(huì)制作”，有效地促進(jìn)了幼兒各方面能力的提高。但是，幼兒獨(dú)立、自主創(chuàng)作依然是最需要關(guān)注的部分。本次活動(dòng)將結(jié)合“四化兩創(chuàng)造”，重點(diǎn)介紹如何將幼兒最關(guān)注的問(wèn)題——冰墩墩從平面到立體的轉(zhuǎn)變，變成具體可操作的實(shí)踐過(guò)程。

3D打印分為平面打印和立體打印，立體打印對(duì)于幼兒來(lái)說(shuō)可能有一定的難度。于是我們邀請(qǐng)幼兒將自己家里不同形式的冰墩墩作品帶回幼兒園與小朋友分享，通過(guò)真實(shí)化、可視化實(shí)物豐富幼兒感知體驗(yàn)，讓幼兒初步具有“物”的概念。其次，借助VR技術(shù)，讓幼兒全面觀察立體冰墩墩的形態(tài)。幼兒結(jié)合自己的想法，嘗試?yán)貌煌牧陷o助3D打印。通過(guò)“計(jì)劃——工作——回顧”循環(huán)，幼兒選擇利用橢圓形物體和輕黏土做冰墩墩的身體，將輕黏土與3D打印相融合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了平面到立體的轉(zhuǎn)變，極大地激發(fā)了幼兒的興趣和創(chuàng)造潛能，并真實(shí)感受到了平面與立體之間的空間關(guān)系。教師在活動(dòng)中及時(shí)捕捉幼兒精彩瞬間，將此作為幼兒活動(dòng)結(jié)束后反思回顧的重點(diǎn)，將真實(shí)化、可視化的學(xué)習(xí)過(guò)程與結(jié)果共享，以支持幼兒在活動(dòng)后的多樣化學(xué)習(xí)與表達(dá)。

綜上，通過(guò)三輪活動(dòng)不斷反思改進(jìn)，本研究初步完成了智慧教育理念下兒童3D打印技術(shù)的探索路徑，并逐漸得以完善。伴隨著智慧教育理念的發(fā)展，社會(huì)對(duì)促進(jìn)幼兒全面發(fā)展的重視程度逐漸提高，對(duì)教師的要求也在不斷地提高。在智慧教育理念下開展兒童3D打印活動(dòng)相比傳統(tǒng)教學(xué)來(lái)說(shuō)，一方面教師的教學(xué)過(guò)程更加輕松愉悅，教學(xué)手段更加豐富，教學(xué)能力得以提升；另一方面可以給予幼兒更多發(fā)揮的空間和更多元的支持，豐富幼兒的想象力和創(chuàng)造力，讓幼兒在3D打印過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)美、感受美，進(jìn)而用自己的方式表現(xiàn)美和創(chuàng)造美。

該路徑的特色主要體現(xiàn)在：首先，路徑的探索是在智慧教育理念的指引下，結(jié)合建構(gòu)主義理論、多元智能理論、從做中學(xué)理論等理論進(jìn)行分析探究，以理論指導(dǎo)三輪實(shí)踐活動(dòng)的組織開展。其次，路徑的探索中以問(wèn)題式學(xué)習(xí)為主，將智慧教育理念與兒童3D打印活動(dòng)相融合，激發(fā)幼兒興趣，引導(dǎo)幼兒更加主動(dòng)地學(xué)與做。

五、智慧教育理念下兒童3D打印實(shí)踐反思

（一）創(chuàng)設(shè)環(huán)境，打造創(chuàng)作空間

創(chuàng)設(shè)環(huán)境是開展兒童3D打印活動(dòng)的重要環(huán)節(jié)。活動(dòng)前教師需做好物質(zhì)環(huán)境和心理環(huán)境的創(chuàng)設(shè)。首先，物質(zhì)環(huán)境。物質(zhì)環(huán)境包括材料準(zhǔn)備和環(huán)境布置。在3D打印材料的選擇上，在幼兒園的大力支持下購(gòu)買了創(chuàng)客小型3D激光打印機(jī)，以及幼兒自己可以參與操作的3D打印筆、耗材、墊板等。環(huán)境布置方面，不需要過(guò)多的物質(zhì)裝飾，只需要在打造創(chuàng)作空間中強(qiáng)調(diào)幼兒的參與和互動(dòng)。其次，心理環(huán)境。兒童3D打印過(guò)程是一個(gè)幼兒主導(dǎo)、教師引導(dǎo)的過(guò)程，教師要充分發(fā)揮自身的引導(dǎo)作用，根據(jù)幼兒可以接受的方式向幼兒示范展示，充分激發(fā)幼兒對(duì)3D打印活動(dòng)的興趣。

其次，對(duì)于幼兒來(lái)說(shuō)3D打印是一種新的操作體驗(yàn)，在激發(fā)幼兒興趣的同時(shí)能夠充分調(diào)動(dòng)幼兒的想象力，激發(fā)幼兒的創(chuàng)造潛能。幼兒利用普通的畫筆畫出來(lái)的畫都是平面的，但是3D打印不僅是可以平面打印，還可以實(shí)現(xiàn)從平面到立體的轉(zhuǎn)變，能夠讓幼兒更加直觀地感受。其次在日常建構(gòu)區(qū)的搭建活動(dòng)中，幼兒的作品不能被完整保存下來(lái)，只能以照片形式進(jìn)行保存展示。但是3D打印正好可以將幼兒搭建出的物體，進(jìn)行完整地保存。因此，教師在創(chuàng)作空間時(shí)要為幼兒搭建展示平臺(tái)，將幼兒日常的作品進(jìn)行展示。同時(shí)，利用信息技術(shù)將幼兒創(chuàng)作的過(guò)程進(jìn)行即時(shí)拍攝記錄，制作成二維碼投放在區(qū)域，并引導(dǎo)幼兒實(shí)時(shí)進(jìn)行互動(dòng)，不斷豐富幼兒的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)。

（二）轉(zhuǎn)變觀念，理論指導(dǎo)實(shí)踐

在兒童3D打印活動(dòng)中從確定主題，到平面打印，再到材料輔助立體打印，這是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。目前，對(duì)于在智慧教育理念大環(huán)境下開展兒童3D打印活動(dòng)的研究較少。在幼兒園，教師們能夠充分意識(shí)到開展3D打印活動(dòng)對(duì)于幼兒的重要性，但是對(duì)于智慧教育理念下如何有效引導(dǎo)幼兒，如何組織開展，如何多元評(píng)價(jià)還有些欠缺。教師首先要轉(zhuǎn)變觀念，除了在實(shí)踐操作中嘗試探索，還要有更加豐富的相關(guān)理論知識(shí)支撐。只有理論知識(shí)更扎實(shí)了，在理論的指導(dǎo)下，才可以更加理解智慧教育理念在兒童3D打印活動(dòng)中的意義和價(jià)值。才能更好地在智慧教育理念指導(dǎo)下，進(jìn)一步有效指導(dǎo)3D活動(dòng)的組織開展。

（三）提供平臺(tái)，豐富活動(dòng)主題

兒童3D打印的主題是開展活動(dòng)最重要的部分，主題的引發(fā)、開展、延伸，這些環(huán)節(jié)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，且完全是教師根據(jù)幼兒的興趣進(jìn)行的，幼兒將自己好奇的問(wèn)題，感興趣的事物在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行分享交流，最終確定主題。教師可以通過(guò)線上、線下相結(jié)合的方式將幼兒的創(chuàng)作進(jìn)行即時(shí)反饋，請(qǐng)幼兒把3D打印的樂(lè)趣帶到家里與家長(zhǎng)一起分享，豐富幼兒經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)讓家長(zhǎng)感受3D打印的魅力。其次，邀請(qǐng)家長(zhǎng)一起加入，和幼兒以小組形式進(jìn)行，這能更加豐富主題，促進(jìn)幼兒與家長(zhǎng)之家的親子互動(dòng)和情感溝通。

六、結(jié)束語(yǔ)

總之，智慧教育理念下兒童3D打印技術(shù)的應(yīng)用，要始終以智慧教育理念為抓手，融合多種教育資源，形成教育合力，才能進(jìn)一步促進(jìn)智慧教育的縱深發(fā)展。

作者單位：吳亞琴 廣州市人民政府機(jī)關(guān)幼兒園

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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