立足計算思維玩轉3D打印

摘 要：計算思維是信息技術課程教學中需要培養的核心素養之一，在3D打印課程中培養學生的計算思維，讓學生完成一個探索、思考和操作實現的完整過程，可以為學生開辟一種全新的思維通道。基于以上理念，通過“建模抽象，形成思維；分解問題，理清思維；抓住重點，關注思維；糾錯歸納，鞏固思維；展示評價，沉淀思維”這五方面將計算思維融入學生知識學習和問題解決過程中，從而達到在小學3D打印教學中培養學生計算思維的目的。

關鍵詞：3D打印；計算思維；策略

“中小學信息技術課程是信息技術教育的基本途徑，應當順應時代特征，承擔起發展學生計算思維的重要任務。”計算思維是什么？計算思維是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統和理解人類的行為。計算思維就像寫作、閱讀、數學一樣，應該成為每個人具有的基本技能，讓我們處理生活中的各種事情得心應手，受益終身。

為了完善信息技術的課程體系，培養學生的計算思維，筆者在學校開展了3D打印課程的教學。3D打印課程的教學中，筆者把知識點滲透到實例中，由一個實例層層遞進知識點，讓學生通過制作實例來學習，體驗一個作品完整的開發過程，知道計算機解決問題的方法，從而發展學生的計算思維。

一、基于計算思維的3D打印課程教學的策略

在基于計算思維的3D打印課程教學中，筆者從以下幾個方面來研究。

（一）建模抽象，形成思維

抽象是指通過降低難度，將一個現實問題轉變成為計算機可以處理的問題。學會抽象可以更容易找到3D打印課程的切入點，更好地理清規則。

1.模擬情境，化抽象為具體

教師根據學習內容，有針對性地設計任務情境，并讓學生模擬情境過程，在情境中感受抽象問題，讓抽象問題具體呈現出來。

例如，在教學“3D挪車電話號碼牌設計”這一課中，生活中家家戶戶幾乎都有自己的汽車，外出停車時免不了會阻擋別人的汽車，這個時候在汽車內留一個挪車電話是非常有必要的。老師出示3D挪車電話號碼牌，一方面讓學生實際接觸這個車牌激發興趣，另一方面讓學生覺得可以給自己家的車制作一個挪車電話號碼牌也是一件非常有意義的事情。

用模擬情境的方式導入增加學生的學習興趣，讓學生體驗抽象與實際的關系，從而把抽象變成具體事物。

2.呈現導圖，化思維為直觀

思維導圖能很好地理清思維中的關系，讓學生一目了然地了解現實生活和計算機世界的聯系，學會把無形的思維過程轉化為直觀有形的導圖。

出示思維導圖，并層層提問，引導學生思考問題的關鍵點。以“圖”的方式來整體提問，將現實生活中的對象與計算機要處理的對象一一對應，化無形為有形。

（二）分解問題，理清思維

計算思維可以將問題分解成我們知道怎樣去解決的問題。經過分解后，這些問題才能夠被解決，從而降低設計難度。

如在制作“個性化花盆”這一課教學中，讓學生知道首先要制作好一個你喜歡的實體，再利用抽象工具來制作花盆。這個實體可以是利用已有的實體進行改造，可以利用先畫平面圖，再進行拉伸，也可以把實體結合在一起，創作有個性的作品。

由此可見，學生通過理清思路，將問題進行分解并一一突破就找到了解決問題的關鍵點。

（三）抓住重點，關注思維

放手讓學生在3D學習中進行學習有時候是很困難的，因為有些內容很難表達清楚，為此可以抓住重點來鞏固思維。

例如，在教學“自制砝碼”這一課中，正方體的尺寸大小長、寬、高在1厘米左右，重點是在上面的這個連接圓柱上，并且這些砝碼是需要連接在一起的，因此這一課的重點是如何讓上面的圓柱能夠和正方體下面的接口緊密地結合在一起，那么圓柱的直徑要比正方體下面的接口要小。

讓學生在討論和不斷擺弄的過程中，抓住學習的重點，拓展思路，發展計算思維，這才是學生學習的目的。通過對比，學生會非常容易理解，并能合理利用。

（四）糾錯歸納，鞏固思維

學生已經初步形成了計算思維能力，但這種思維能力并不成熟和穩定，需要在教師的引導和任務支配下才能完成，因此，學生需要借助學習過程中出現的問題進行糾錯和歸納，深化學生對知識的理解，鞏固學習結果。

例如，在教學“自制砝碼”這一課中，如何讓上面的圓柱能夠和正方體下面的接口緊密地結合在一起，那么圓柱的直徑就要比正方體下面的接口要小，那么要小多少呢？學生通過多次的糾錯，打印實體進行對接，終于發現小1毫米就可以了。

通過糾錯思維，可以很好地解決問題。而學生通過糾錯歸納，不僅能鍛煉自己的計算思維能力，而且可以對知識進行鞏固，為拓展打下基礎。

（五）展示評價，沉淀思維

作品展示是對學生的肯定，也是學生互相學習的一種方式。目的是更好地提高學生的計算思維能力、審美能力和創新能力，激發學生學習3D打印的興趣。

學生展示介紹作品，不僅是展示自己，也是對知識的梳理，學生在分享和交流中不僅可以鍛煉語言表達能力，而且可以理清思路，沉淀思維。

例如，在“制作個性化花盆”中，有學生展示了這樣一個作品。她把花盆和手機支架結合在一起，它既可以養多肉植物，也可以作為手機支架，同時也提醒“手機一族”應注意科學用眼，多看看綠色植物，因此設計了這個創意花盆。通過她的講解，同學們對個性化花盆有了更深的理解，同時也明白了學習是為了更好地生活。

可見，展示評價可以激發學生對3D打印課程學習創作的興趣，并且對學生的計算思維提出了更高的要求：在創作作品的過程中，學生對設計的數據要進行深入的分析和靈活的運用。

二、基于計算思維的3D打印課程教學的成效

通過基于計算思維的小學3D打印課程的實踐與研究，不論是教師的教學，還是學生在3D打印課程的學習中，都有了或多或少的成效。

很多時候，教師非常希望通過拓展性課程，讓每一位孩子都得到成長，基于計算思維的小學3D打印課程的教學，很好地解決了教師在3D打印教學中遇到的問題，改進教師的教學方法，提升課堂教學效率。抓住了計算思維這條線，拓展了教師的研究平臺，提高了教師教育科研能力，帶動并促進教師個人教學風格的形成，引領教師的專業化發展。

關注學生的學習，發展學生立體空間思維，激發學生充分發揮想象力、創造力，培養學生的計算思維。很多時候，學生是不知道怎么去做，或者說怎么做才能做得更好，通過教師一系列的學習安排和引導，他們對計算思維的理解有了一定的提高，并且知道了計算思維與生活是息息相關的，可以運用計算思維幫助我們更好地生活。

學生知道了計算思維不僅是計算那么簡單，學習計算思維是為了更好地處理生活中碰到的問題。在學習過程中，筆者讓每位學生選擇自己最滿意的作品，然后把它打印出來，分享給自己的家人和朋友，學生很有成就感，覺得這可是自己親手設計出來的作品，非同一般。

三、基于計算思維的3D打印課程教學的反思

3D打印課程是信息技術課程的拓展，在不斷的摸索學習過程中，既給了學生新的體驗，也讓筆者看出了在教學過程中環節也有設計不當的地方，下面從以下幾點談談教學的反思。

（一）打好基礎，必不可少

接觸3D打印也已經有兩年的時間，通過不斷實踐練習，掌握了3D課程的教學。特別是三維軟件的設計物品，每個工具的功能都已經知道，但是對于工具的靈活運用還是不夠的，通過這次做的幾個作品可以看出，工具的靈活運用能力還有待提高，在平時的教學中，也不能單獨通過一個作品學習工具的作用，要把工具的作用擴展開，引導孩子靈活運用，這樣孩子在設計新作品的時候，操作起來就靈活有余了。

（二）開闊視野，迫在眉睫

在教學中，確實也借鑒了不少其他的作品，讓學生在課下之余可以通過網絡平臺來開闊自己的視野，多和擁有一樣興趣愛好的朋友交流成長，這是一件很快樂的事情，不要把自己，把課程教學鎖定在課堂，鎖定在單單的幾個作品之上，要注意走出去，多學習，多交流，在這個過程中一定會有很多收獲。

在教學前，筆者經常將幾個3D打印的實物呈現在學生面前時，看到的是他們一個個好奇的小眼神，使他們有信心去學習接下來的知識，一定程度上激發了學生的學習興趣，成就了學習動機，但是在一定程度上也束縛了他們的創新思維。

（三）培養思維，由點帶面

計算機解決問題的過程和人類解決問題的過程最大的區別在于，人類有大量的包含個人禁言在內的隱形知識，而計算機解決問題時，要求有清晰的問題定義和描述，通過對問題的層層抽象，將學生的隱形知識顯性化，思維過程可視化，不斷對計算機思維能力進行強化和訓練，思維能力才能得到提升。

（四）獎勵評價，勢在必行

獎勵是特殊的評價，這對學生學習動機更具有不一般的鼓勵作用，恰當使用獎勵，讓獎勵被看做是提供有關成功或自我效能感的信息時，提高內部動機。筆者認為課堂中可以打印一些3D小徽章，對表現優秀的學生進行表揚和獎勵，這在很大程度上可以培養優秀學生的成就動機，對表現一般的學生的成就動機的培養和激發也有一定的提高和改善。

（五）思維評價，因勢利導

通過學生自創的或者程序作品草圖設計來評價學生對于抽象、有條件限制的邏輯、算法思維以及其他用來解決問題的計算思維概念的理解和使用，闡述了學生在學習算法、信息技術等概念時的基本路徑，通過現實生活中的問題以及一些熱點問題來反映學生的計算思維能力。

當前關于計算思維教育的評價，主要是通過對學生學習的過程進行分析，但是計算思維評價不是單一的考查，需要綜合多種評價工具進行計算思維系統性評價。

學生計算思維的培養是一項需要長期堅持的工作，特別要關注問題解決方案的形成過程。我們要將計算思維融入學生知識學習和問題解決的過程，不斷地改善3D打印課程教學策略，提高學生學習的熱情和積極性，讓學生在自主、協作、交流、分享的過程中促進思維的發展，進而讓“計算思維”在教學中落地生根，讓每一位學生學會創造性地思考，從而達到更好地培養學生計算思維的目的。

參考文獻：

[1]趙輝.讓“計算思維”在Scratch實例教學中落地生根[J].中國信息技術教育，2016（10）.

[2]周瑩.3D打印技術提升計算機建模教學的探究[J].當代教育實踐與教學研究，2017（5）.

作者簡介：嚴明崗（1981—），男，漢族，蕭山，本科，二級教師，研究方向：Arduino機器人和3D打印課程的實踐研究。