提煉3D理念，在課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神

錢澤儀 胡朗

摘 要：隨著中小學(xué)創(chuàng)客教育的開展和深入，開發(fā)學(xué)生創(chuàng)造潛力的課程形式也越來越多樣化——計(jì)算機(jī)編程、機(jī)器人、無人機(jī)、人工智能等，3D打印教育也逐步成為許多中小學(xué)的選擇之一;但在實(shí)際教學(xué)過程中，往往會(huì)因?yàn)椤?D打印”這個(gè)詞而受限于僅僅學(xué)習(xí)硬件操作，只是通過信息技術(shù)教師打印一些教學(xué)模型。絕大多數(shù)教師對(duì)3D、3D打印、3D教育的真正意義不甚了解，沒能真正發(fā)揮3D理念在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力和創(chuàng)新精神方面的育人功能，無法更好地在課堂教學(xué)中落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：3D打印;3D理念;核心素養(yǎng);創(chuàng)新精神

3D打印技術(shù)被譽(yù)為引領(lǐng)第三次工業(yè)革命的新技術(shù)，不但會(huì)引領(lǐng)科技行業(yè)走向一個(gè)新的方向，同時(shí)也會(huì)為學(xué)校教育帶來新的發(fā)展契機(jī)，提供改變傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的思路。3D不僅僅是一項(xiàng)打印技術(shù)，我們要提煉其操作過程中的育人理念，并將其融入學(xué)科課堂教學(xué)中，科學(xué)合理地將3D打印、3D設(shè)計(jì)和學(xué)科課程整合，以促進(jìn)學(xué)習(xí)效果的最優(yōu)化，更好地培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力，落實(shí)立德樹人的根本任務(wù)。

一、3D技術(shù)

3D是英文“3Dimensions”的簡稱，即有長、寬、高三個(gè)維度，相對(duì)于只有長和寬的平面（2D）而言，3D就是立體的空間，主要指基于電腦、互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化的立體技術(shù)，也就是三維數(shù)字化，它包括了3D軟件技術(shù)和3D硬件技術(shù)。

3D打印技術(shù)是一種新型的快速成型技術(shù)，無需機(jī)械加工或模具，直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的物體。由于人們對(duì)世界的感知都是三維立體的，具有豐富的色彩、光澤、表面、材質(zhì)等外觀，因此3D打印技術(shù)迅猛發(fā)展，廣泛應(yīng)用于軍事、教育、生產(chǎn)、娛樂、醫(yī)學(xué)、航空等眾多領(lǐng)域，成為第三次工業(yè)革命最具標(biāo)志性的生產(chǎn)工具。

3D設(shè)計(jì)是新一代數(shù)字化、虛擬化、智能化設(shè)計(jì)平臺(tái)的基礎(chǔ)，它是建立在平面二維設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，讓設(shè)計(jì)目標(biāo)更立體化、更形象化的一種新興設(shè)計(jì)方法。

基于電腦和互聯(lián)網(wǎng)的三維數(shù)字化技術(shù)，終于使人們對(duì)現(xiàn)實(shí)三維世界的認(rèn)識(shí)重新回歸到原始的直觀立體的境界，無論在虛擬的網(wǎng)絡(luò)上還是在現(xiàn)實(shí)的生活中，到處都能見到電腦制作的數(shù)字化的3D模型、動(dòng)畫與仿真，如今正廣泛地運(yùn)用于生產(chǎn)生活實(shí)際，如：3D電影、3D印刷、3D引擎、3D鼠標(biāo)、3D系統(tǒng)等。

二、3D課程開發(fā)

3D設(shè)計(jì)（即三維設(shè)計(jì)）、3D打印技術(shù)日趨成熟，讓越來越多熱衷于將創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的青少年踏上了“創(chuàng)客”之路，因此，中小學(xué)課堂教學(xué)模式也在發(fā)生改變，3D打印在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注，但很多教師過多地關(guān)注3D打印機(jī)本身功能和作用，而忽視了對(duì)其本質(zhì)內(nèi)涵——打印內(nèi)容創(chuàng)建過程即3D設(shè)計(jì)的關(guān)注，忽略了3D設(shè)計(jì)創(chuàng)意、3D數(shù)據(jù)模型這一前端重要領(lǐng)域，沒能在教學(xué)中真正發(fā)揮其功能和作用。

3D打印不僅僅是信息學(xué)科或興趣活動(dòng)課程，其可以融入學(xué)校教育的所有課堂中，美術(shù)課、手工課不僅僅只是畫畫、剪紙之類的簡單課程;語文、政治、歷史等文科課堂中涉及的人文、地理、歷史、軍事等也可以通過3D打印讓更多的內(nèi)容還原為現(xiàn)實(shí)模型，讓學(xué)生更直觀地接受和理解;理科課堂中幾何模型，微觀世界的分子、原子、質(zhì)子、電子、細(xì)胞的結(jié)構(gòu)等也能更直觀地呈現(xiàn)給學(xué)生，便于在課堂教學(xué)中突破難點(diǎn)，提高課堂效率。因此，把3D打印技術(shù)運(yùn)用到課堂教學(xué)中，不僅能讓學(xué)生親手操作3D打印機(jī)，更能讓他們學(xué)會(huì)如何把自己腦中的創(chuàng)意變?yōu)閷?shí)體，并在其過程中鍛煉創(chuàng)新能力和動(dòng)手實(shí)踐能力。

在學(xué)校運(yùn)用3D打印的過程中，我們重點(diǎn)要解決打印什么、怎么打印、如何運(yùn)用打印結(jié)果的實(shí)際問題，就必須針對(duì)學(xué)生實(shí)際開發(fā)相應(yīng)的3D課程，如：3D設(shè)計(jì)、3D打印技術(shù)、3D軟件、3D創(chuàng)意、3D與學(xué)科課程的聯(lián)系等，并且要符合中學(xué)生接受的年齡特征，具有趣味性強(qiáng)、易操作性等特點(diǎn)，才能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和參與的動(dòng)力，真正把3D運(yùn)用于學(xué)校教育教學(xué)中。

三、提煉3D理念

3D打印不僅僅是針對(duì)3D技術(shù)和3D模型的應(yīng)用，我們更應(yīng)該提煉3D課程的核心理念，并結(jié)合當(dāng)前培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)、落實(shí)立德樹人的根本任務(wù)，把3D理念與各學(xué)科的課堂教學(xué)相結(jié)合，致力于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，提高中小學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

（一）實(shí)踐理念

人們對(duì)世界的感知是三維的，認(rèn)識(shí)來源于實(shí)踐的需求，知識(shí)的認(rèn)知和接受只有在實(shí)踐中才能更好地完成;實(shí)踐的發(fā)展為人們提供了日益完備的認(rèn)識(shí)工具，并鍛煉和提高了人們的認(rèn)識(shí)能力。所以課堂教學(xué)中的書本知識(shí)只有和實(shí)踐相結(jié)合，回歸事物的本質(zhì)，才能抓住學(xué)生興趣、啟迪學(xué)生智慧、提高課堂效率，才能真正完成認(rèn)知的目的——運(yùn)用知識(shí)改造世界。

（二）創(chuàng)新理念

《中共中央國務(wù)院關(guān)于深化教育改革全面推進(jìn)素質(zhì)教育的決定》指出：培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力是素質(zhì)教育的重點(diǎn)，也是實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育改革的突破口，是提高教育教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。而3D課程，可以充分發(fā)揮學(xué)生的想象力，通過不斷地完善論證，充分利用身邊資源將創(chuàng)新作品通過打印轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)物展現(xiàn)出來，學(xué)生在享受創(chuàng)新過程的同時(shí)，養(yǎng)成合作探究的習(xí)慣、科學(xué)探究的精神、自我學(xué)習(xí)的方式;學(xué)校從培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神入手，以提高創(chuàng)新能力為核心，帶動(dòng)學(xué)生整體素質(zhì)的自主構(gòu)建和協(xié)調(diào)發(fā)展。

（三）建模理念

3D教育在把創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的過程中，最終作品是實(shí)物模型，把抽象的創(chuàng)意、微觀粒子、未知世界等通過3D技術(shù)轉(zhuǎn)換成直觀的模型，增強(qiáng)學(xué)生的理解能力和對(duì)知識(shí)的接受能力，同時(shí)在建模的過程中建立起自我查詢知識(shí)的新型的學(xué)習(xí)通道，驗(yàn)證學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)想，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能，養(yǎng)成把復(fù)雜問題通過信息化手段簡單化地解決問題的思維習(xí)慣，課堂中教師要引導(dǎo)學(xué)生從生活中發(fā)現(xiàn)問題、探究問題、通過設(shè)計(jì)模型解決問題的科學(xué)探究方法。

四、3D理念與創(chuàng)新思維的培養(yǎng)

在創(chuàng)客文化席卷全球的今天，3D打印與3D設(shè)計(jì)（三維設(shè)計(jì)）融合現(xiàn)代信息技術(shù)手段，是創(chuàng)新教育中的一種重要形式，也是最根本的基礎(chǔ)教育，開拓了創(chuàng)新課堂的新模式，給學(xué)校教育教學(xué)工作帶來了深刻的影響。