技術(shù)是驅(qū)動教育創(chuàng)新的引擎

徐德亮

3D打印技術(shù)能為教育帶來什么？以往教學(xué)中，孩子們有什么想法，只能說，或者用紙畫，但是現(xiàn)在設(shè)計出來的圖形都能通過3D打印技術(shù)打印成實物，能夠大大調(diào)動孩子們的創(chuàng)新積極性和動手能力。3D打印進(jìn)校園使得學(xué)生在創(chuàng)新能力和動手實踐能力上得到培養(yǎng)，使學(xué)生的創(chuàng)意、想象變?yōu)楝F(xiàn)實，變課堂上的被動記憶為課內(nèi)外的主動探索，從而實現(xiàn)學(xué)校培養(yǎng)方式的變革。3D打印技術(shù)引導(dǎo)學(xué)生觀察生活，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決實際問題的能力，成為創(chuàng)新的一代。

3D打印技術(shù)是智慧課堂多媒體技術(shù)的延伸。目前在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的應(yīng)用還是一個嶄新的領(lǐng)域。教師應(yīng)在平時關(guān)注教育的發(fā)展和新技術(shù)的研究興趣引導(dǎo)，要讓學(xué)生在求知欲望和創(chuàng)造熱情最旺盛的時候，站在科技發(fā)展的前沿，立意超前，起點要高，追求新發(fā)展。一方面，致力于3D打印技術(shù)與教學(xué)融合的探索與實踐，其中包括學(xué)生創(chuàng)新意識和實踐能力的培養(yǎng)，發(fā)展學(xué)生立體空間思維；另一方面，課程教學(xué)分析結(jié)合課程實踐經(jīng)驗、簡易建模軟件的學(xué)習(xí)，在培養(yǎng)孩子創(chuàng)造力上不可小覷。

探究學(xué)習(xí)為課堂增添活力，讓學(xué)生腦洞大開

3D打印技術(shù)應(yīng)用于教育，為教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”提供了新思想，是智慧與科技相融合最佳路徑。對孩子們來說，只有他們感興趣的東西他們才會關(guān)注。比如在數(shù)學(xué)課堂上，教師可以利用3D打印機輕松簡單地構(gòu)建立體幾何體并打印出實體，將數(shù)學(xué)定理的推理演示過程更加直接地呈現(xiàn)給學(xué)生。促進(jìn)學(xué)生從形象的實物、過程演示及推理中理解并掌握數(shù)學(xué)抽象概念和知識，提升學(xué)生的立體空間感。例如，七年級數(shù)學(xué)上冊《幾何圖形》，以往教師通過畫圖形、看視頻等方法讓學(xué)生完成對概念的理解和相互轉(zhuǎn)化，效果往往不理想。3D打印技術(shù)可以將抽象復(fù)雜的立體圖形實物化、教具化，分發(fā)到各組學(xué)生當(dāng)中，學(xué)生置身于有趣的學(xué)習(xí)氛圍中，通過3D打印實體的接觸，讓枯燥的課程變得生動起來，它是一種同時擁有視覺和觸覺的學(xué)習(xí)方式，具有很強的誘惑力。

引領(lǐng)課堂教學(xué)重要趨勢，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性

英國著名教師戴夫懷特說過：如果你能抓住學(xué)生的想象力，你就抓住了他們的注意力。3D打印是小學(xué)生能看懂、能設(shè)計、能實踐的技術(shù)，教師們更是有信心開展更多的學(xué)科課程教學(xué)嘗試。

1. 美術(shù)學(xué)科

利用建模軟件如“草圖大師”“3D”等進(jìn)行建模設(shè)計，掌握基本的方法就可以帶孩子們上課了。好奇心和求知欲讓課堂學(xué)習(xí)變得生動、有趣，孩子們的心靈與視野更加開闊。3D打印是電腦繪畫的延伸，例如，在小學(xué)五年級美術(shù)教學(xué)《元宵節(jié)里掛彩燈》一課中，這樣的美術(shù)課和常規(guī)的筆紙上課不同，教師不是在一個平面上畫燈籠，而是輔導(dǎo)學(xué)生在軟件中制作燈籠模型。學(xué)生通過操作軟件，用3D打印機打印出來模型，再用顏料上色。這樣課堂的趣味性加大了，同時學(xué)生的動手動腦能力也得到了鍛煉，學(xué)生的審美與視野更開闊。

2. 語文學(xué)科

基于對3D打印技術(shù)功能特性與語文學(xué)科教學(xué)目標(biāo)、特點及難點的關(guān)聯(lián)與分析，我發(fā)現(xiàn)3D打印技術(shù)可以通過演示和協(xié)同構(gòu)建兩種方式幫助突破學(xué)科教學(xué)難點，促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)。例如，在教學(xué)小學(xué)四年級語文《長城》一課時，以往的教學(xué)主要靠圖片的解釋來導(dǎo)入課堂，或利用相關(guān)視頻幫助學(xué)生理解長城的結(jié)構(gòu)和功能。有了3D打印機，就能利用建模軟件在電腦上把一段長城設(shè)計并打印出來。教師還可以帶學(xué)生利用丙烯或油畫顏料將打印成型的“長城”涂上顏色，學(xué)生通過參與該環(huán)節(jié)加深了對長城構(gòu)造的直觀認(rèn)識。

3. 科學(xué)學(xué)科

小學(xué)科學(xué)學(xué)科可根據(jù)課堂設(shè)計，將電腦中虛擬的立體圖形打印成實物。比如《地球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)》等天文知識，通過3D打印機打印出太陽、地球、月球、星星模型，并模擬實驗研究變化。不同課堂上，創(chuàng)意來源孩子們的奇思妙想3D打印機嘴里吐出恐龍、化石、機器人“大白”等不同造型。這樣帶有創(chuàng)想的青少年從小就開始追夢，孩子們領(lǐng)略到3D打印的科技魅力。

4. 生物、化學(xué)等學(xué)科

在生物課上，教師可以打印出細(xì)胞、器官、生物樣本，比單一圖片或視頻更直觀。化學(xué)課上打印出分子模型，有利于學(xué)生理解化學(xué)反應(yīng)過程。歷史、地理、物理等課程涉及的一些還原歷史的文物、器具、模型，都可以打印出來，讓學(xué)生比較直觀地了解。動手做和動腦思考才是重要途徑，學(xué)生以完成模型構(gòu)建為目標(biāo)，主動學(xué)習(xí)相關(guān)知識技能，從設(shè)計原型、展示參與多個環(huán)節(jié)融入學(xué)習(xí)活動中，創(chuàng)作分享調(diào)動孩子的學(xué)習(xí)主動性。利用3D打印技術(shù)，教師可以設(shè)計出更多學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動，采用游戲、競賽等能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的手段，促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)與探究。

技術(shù)融入教師教育 未來課堂與技術(shù)在一起

再完美的課程設(shè)計也需要教師去落實。從“傳授者”到“學(xué)習(xí)者”，教師的角色也正在發(fā)生改變。3D打印技術(shù)人才稀缺在教育培訓(xùn)領(lǐng)域進(jìn)一步凸顯。3D打印機是一種教具，用于開拓青少年思維，而不是玩具。如何讓3D打印技術(shù)真正進(jìn)課堂并落地？在我看來，學(xué)校應(yīng)把教師數(shù)字化素養(yǎng)作為必要的職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，教師不僅是學(xué)生學(xué)習(xí)的促進(jìn)者和幫助者，也是新型科學(xué)技術(shù)的吸收者。

1. 軟件基礎(chǔ)

盡量選擇容易上手的建模軟件，比如免費的Sketchhup（草圖大師）。有一定基礎(chǔ)后，建議嘗試用中文版3D或MAYA建模軟件，在設(shè)計出復(fù)雜的和精度上更理想的模型。該類文件在打印輸出時導(dǎo)出.stl格式，然后在導(dǎo)入第二層軟件進(jìn)行切片聯(lián)機打印，通常3D打印機支撐生成.G格式。

2. 自適應(yīng)學(xué)習(xí)技術(shù)

如今以教師為主體的單一灌輸方式已經(jīng)不適應(yīng)我國基礎(chǔ)教育領(lǐng)域新一輪課程改革推行與實施的需要，現(xiàn)在亟需從“以學(xué)科為中心”向“以學(xué)習(xí)者為中心”轉(zhuǎn)變。學(xué)校推出“3D打印實驗班”，選出有計算機和設(shè)計特長的教師，通過集中培訓(xùn)、脫產(chǎn)研修等形式，讓他們盡快勝任項目輔導(dǎo)和培訓(xùn)，并成為該項目的“帶頭人”。通過學(xué)科滲透和開展創(chuàng)新課程等活動推行，如小組合作學(xué)習(xí)、探討式教學(xué)、互動式教學(xué)，帶動一批教師成長。

3. 借助網(wǎng)絡(luò)平臺建立模型資源庫

基于設(shè)計的課堂活動，可以在學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容的同時開展技術(shù)學(xué)習(xí)，通過設(shè)計、項目探究、創(chuàng)造、分享等手段，充分運用網(wǎng)絡(luò)免費的教學(xué)平臺參與學(xué)習(xí)。很多網(wǎng)絡(luò)提供模型資源免費下載，可直接用于切片打印，這有助于入門打印操作學(xué)習(xí)。教育工作者同時要尊重每位學(xué)生的需求，尤其是在他們最有創(chuàng)造力的時候，讓他們?nèi)嵺`、經(jīng)歷、思考。

構(gòu)建跨領(lǐng)域鏈接，讓學(xué)生持續(xù)學(xué)習(xí)

為幫助中小學(xué)盡快引入科技教育領(lǐng)域的新知識，真正做到目標(biāo)實現(xiàn)與解決方案的融合，這就需要我們將實際生活中的實例引入課堂，進(jìn)行打印課程的實驗性應(yīng)用。3D打印機之所以能夠打印出各種立體作品，首先還得看設(shè)計，軟硬件都要給力。教學(xué)生一些軟件的操作知識，從最初的設(shè)計建模，到裝料、操作打印，直至后面的打印成型、上色，可以考慮讓學(xué)生臨摹一些東西，逐漸形成老師引導(dǎo)輔助工作，設(shè)計完全出自孩子之手，然后小組內(nèi)展示交流。學(xué)生可以通過自己的創(chuàng)意，組成社團(tuán)、實訓(xùn)隊，涉足這一高科技領(lǐng)域。

美國麻省理工學(xué)院土木與環(huán)境工程系副教授Pedro Reis說，無論是個人獨立還是全體合作，3D打印技術(shù)在開啟人類創(chuàng)造力上的優(yōu)勢是不可小覷的。在教學(xué)中為了彌補模仿訓(xùn)練不足，教師除采用學(xué)生感興趣的方法，還要方便學(xué)生遷移應(yīng)用，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。基于對3D打印技術(shù)本身特性的把握，我發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可以作為動力激發(fā)工具和支持創(chuàng)新設(shè)計的技術(shù)工具，應(yīng)用到課堂教學(xué)活動中，培養(yǎng)跨學(xué)科的知識綜合應(yīng)用能力。師生們對加快創(chuàng)新能力的培養(yǎng)顯得十分迫切。隨著3D打印技術(shù)迅速發(fā)展和大規(guī)模進(jìn)入中小學(xué)課堂，中小學(xué)3D新科技時代將全面開啟。3D打印技術(shù)與教育的結(jié)合，關(guān)系著科技創(chuàng)新以及綜合性教育。希望3D打印技術(shù)引入課堂能給學(xué)生帶來創(chuàng)造的成就感，架起孩子們現(xiàn)在和未來的橋梁。

（作者單位：黑龍江克山教育局信息中心）

參考文獻(xiàn)

李青，王青.3D打印：一種新興的學(xué)習(xí)技術(shù)[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2013.

信息化2013地平線報告（高等教育版）[J].北京廣播電視大學(xué)學(xué)報，2013（2）：7-29.