“STEAM+3D打印”教學模式下的案例研究

沈怡桑

STEAM融合了科學（Science），技術（Technology），工程（Engineering），藝術（Art），數學（Mathematics）。STEAM 教育的理念可以概括為： 以數學為基礎，通過工程和藝術解讀科學和技術。STEAM 教育支持學生以學科整合的方式認識世界，以綜合創新的形式改造世界，培養他們解決問題的創新能力。STEAM 教育主要以基于項目的學習、問題的學習為主要教學（ 學習）方式，引導學生通過合作與實踐，完成主題項目和解決生活中遇到的難題。

3D打印是近年來備受關注的一種快速成型技術，通過計算機建模生成數字模型，在通過軟件對其進行逐層切片，通過塑料、粉末狀金屬等黏合性材料逐層打印，不斷疊加從而創建出三維實物。

在STEAM教育理念下開展3D打印課程，探索利用3D打印的技術優勢，在STEAM的引領下，培養學生的創新探索的工匠精神。

一、“STEAM+3D打印”模式下的理念與技術的融合

（一）3D打印為STEAM教育理念提供了課程與技術支持

3D打印作為一門課程來講，它的教學資源是相當豐富的，且3D打印技術可以和任何學科進行結合，如物聯網、機器人、科學等學科，在3D打印的課程學習下，問題解決、合作學習的能力更是得到了一定程度的發展。

STEAM是跨學科的教育理念，在這樣的理念下必然需要強大的技術為它搭建一個易于實現的平臺。這個平臺不僅能夠實現虛擬操作，同時也可以在現實中實現，而3D打印技術則恰恰符合了虛實結合的特點，為創新設計提供了可能，為實現STEAM教育理念提供了可能。

（二）STEAM教育理念下的3D打印技術更具有創新意識

STEAM教育更注重學生的項目式學習過程，而非學習的結果，以培養學生解決問題培養學生的創新意識為目標。從本質上來說，學生在項目式學習過程中，我們是可以允許他們犯錯誤的，他們可以嘗試以不同的想法、不同的思路進行探究；在此過程中，教師始終以學生為中心，除了指導學生該如何做之外，還要一步步引導學生如何去解決實際問題；學生可以在實踐中進行交流，他們會獲取不同的觀點進一步探究及改進。各學科知識的交叉學習，不同個體間的思維碰撞，學生的創新意識在浸潤式的學習研討氛圍中得到進一步提升，在3D打印技術中學生的創新理念也會進一步得到體現。

（三）STEAM教育理念與3D打印兩者相輔相成，相互促進

一個是思維意識層面，一個是技術層面，技術為思維意識提供了實現的可能性同時也開拓了學習者更廣的眼界，而思維意識能夠使技術往更優化、更創新的方面發展。兩者互相促進的過程實質就是學習者學習需求與學習動力的產生，學習者的創新、批判性思維也得以提升。在“STEAM+3D打印”這一教育模式的科學有效融合下，能夠培養出一批具有創新精神的全面發展型人才。

二、基于STEAM教育理念下3D打印課程實施

（一）有效的課堂導入是成功的一半

學生對于感興趣的事物就會產生更高的學習動機，急于想要掌握知識，解決問題，在這樣的情況下，學生更會自發的提高學習效率。對于項目式學習，更應有明確的目標，從課堂導入環節激發學生解決問題的欲望。

在《制作3D印章》一課中，教師在課堂一開始就出示印章，問：“在哪里見過它？”由此讓學生通過回憶自發地去認識印章的用途。隨后通過視頻及教師講解拓展了印章的作用與演變，讓學生更了解我國傳統文化的博大精深。對比傳統印章的制作流程的煩瑣，出示本節課將通過3D打印技術制作印章。3D打印技術本身具備了強大的魅力，加上它的快速成型、個性設計的特點吸引了學生學習設計3D印章的欲望。

（二）合理的課堂時間安排給予學生更多的學習機會

STEAM教育理念下更是以學生為主的學習，給學生更多的實踐學習的時間。

《制作3D印章》一課中，各小組將計算機的數字模型切片處理后導入到打印機打印的過程中，會空出一部分時間，在打印機打印期間除了讓學生觀察3D打印機的打印過程來直觀了解3D打印機的工作原理，更是充分利用多媒體教室的優勢，利用網絡引導學生有針對性地上網查找資料，拓展學生的知識面。在課堂小結時，還有學生提出了對“4D”概念的疑問，可見學生在課堂上并不是被動式學習，學生的個體內部處于不斷上升探索中。

（三）注重學生解決問題過程中的學習體驗

項目是學習的基礎，讓學生找到學習的需求，更注重學生動手的學習體驗；讓學生在“做”中“學”；不僅獲得自己的創造成果，也收獲了創造的過程。

本課在學生設計印章中有兩個環節限制了學生的創意。環節一：學生自主學習軟件中如何在網格面中放入基本實體及如何改變基本實體的大小，而后各小組根據教師提供的學案都制作了規定尺寸的六面體。其實對于印章的主體部分，除六面體外，對于學生來說一定可以創造出更多的樣式。環節二：印章上字的特點為反過來的，在印章上刻字的過程中，教師引導學生先在印章底部放上“正字”，隨后通過往反方向拉伸的方式在印章正面凸出反字。這樣做出來的印章稱之為陽文，對于印章而言，其實還有陰文。印章上的文字制作方式也并非只有一種。在教師有局限性的引導下，學生沒有了自主探索，限制了學生在思維創新上的提升。

給學生更多時間找出制作印章的主體，了解陰文及陽文的區別，小組探索制作印章上文字的方法，學生會在制作印章的大問題下，一步步分解為各個小問題，在解決小問題的過程中，學生進一步有了學習需求與目標，相信在此過程中，學生的學習體驗是不斷提升，也提高了解決問題的能力。在STEAM教育理念下教師應該始終堅持以學生為主，注重學生的學習體驗；學生在體驗過程中允許犯錯；同時教師自身要具備多學科領域知識，改變傳統的課堂一味追求成果的思想，以學習過程中學生的思維實踐能力、解決實際問題的能力為核心進行有效的引導。

將3D打印與STEAM教育理念相結合，改變了我國傳統意義上的教學模式，以跨學科為特點，以培養學生學習過程中的創造能力、解決現實問題能力為目的。作為教育者，在這種教學模式下將不斷探索實踐，為未來培養更具核心競爭力的人才。

【作者單位：常熟國際學校 江蘇】