面向中小學創客的電子產品快速開發APP設計與實現

徐嘉 李健 曲鴿 于艾彤 徐純森

摘? 要 創客教育不斷發展，各小學也創辦了很多創客社團，用以培養創新人才。但由于在小學階段尚未出現完整而成熟的創客體系，小學創客社團未能迅速發展，收效甚微。目前，3D打印技術作為當前最直觀的工具，已經逐漸應用在教育領域，它能夠鍛煉小學生的實際操作能力，培養創新意識和解決實際問題的能力。因此，將3D打印技術應用于小學創客社團，具有十分深遠的意義和影響。

關鍵詞 3D打印技術;小學創客社團;創客教育;創新人才

中圖分類號：G623.58? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）07-0040-03

1 前言

進一步發展創客社團已是必然趨勢，國家和社會對小學的創客社團也提出更高的要求。但是，大部分小學尚未建立一個完整而成熟的創客體系，阻礙了小學創客社團的進一步發展。目前，3D打印技術已在小學課堂中得到廣泛使用，它可以把創新的想法變為現實。學生在創作過程中，思維的靈活性和發散性得到極大提高，培養了創新意識和動手操作能力。在小學創客社團中廣泛使用3D打印技術，不僅可以讓學生學習到前沿技術，而且可以提升學生利用技術解決實際生活中各種問題的能力。

2 相關概念

3D打印技術? 3D打印技術是一種以數字模型文件為基礎，通過逐層打印的方式來構造物體的技術[1]。一般包括四個步驟：軟件建模、三維設計、打印制作、后期處理[2]。3D打印不僅大大縮短了產品設計和生產所需要的時間，而且降低了生產所需要的成本，在一定程度上提高了生產原材料的利用率。

創客教育及創客社團? 創客教育是將創客文化與教育相結合，以項目學習的方式，使用數字化工具，培養學生跨學科解決問題能力、團隊協作能力和創新能力的一種素質教育[3]。創客社團指在學校內把具有創新精神和創新能力并將自己的創意變為現實的人聚在一起組成的小團體。

3 教學應用的理論基礎

杜威的做中學理論? 美國教育學家杜威對知與行的關系進行了闡釋，在經驗論的基礎上，發表了“從做中學”的理論[4]，改變以往書本式的教學模式，讓學生在切身動手實踐活動中獲取經驗，積極主動地進行認知活動。

建構主義學習理論? 建構主義學習理論認為，學習是學習者在已有知識和經驗的基礎上，通過情境、協作、會話，對新鮮的事物進行意義建構而完成的[5]。可以通過3D打印來把自己理想的藍圖變為現實，驗證與設想是否一致，不斷地進行調整、組合，進而得到最終的成果。在操作體驗中，可以提高對知識的理解，增強學生學習新知識的熱情，進而更好地進行學習。

戴爾的經驗之塔理論? 在戴爾的經驗之塔中，最底端的經驗最為具體，最頂端的經驗最為抽象，認為學習活動是一個由具體到抽象的過程[6]。在教學過程中，通過3D打印可以彌補底端經驗的不足，豐富學生所做的經驗，讓學生通過動手實踐來獲得有目的的直接經驗，通過打印的過程來獲得觀察的經驗，最終將抽象的概念轉換為切實可感的視覺符號，幫助學生深刻地理解這些抽象概念。

4 3D打印技術與小學創客社團相結合

隨著我國教育體系的不斷完善，國家對小學的創客社團提出更高的要求，更加注重學生的創新意識和動手操作能力。我國高校人才培養綱要人才培養體制改革中也提出創新人才培養模式是今后教育工作的重點發展方向，將著力培養拔尖創新人才[7]。

隨著創客教育在我國的興起，我國各小學積極配合建立相應的實驗室、創客社團等，但是絕大部分小學沒有一個完整而成熟的創客體系，不利于以后的長久發展。

當前有代表性的3D打印教育創新應用項目，主要集中在創客空間、創新實驗室和STEAM課程中[8]。一般來說，學校的課時和課程計劃是有限制的，學生所感興趣的事物也是不一樣的，因此可以在課下開展創客社團活動，將喜歡3D打印的學生聚在一起，一起通過3D打印創作喜歡的作品。3D打印技術可以通過軟件建模將自己的設計品實實在在地打印成現實的東西，具有直觀性的特點，將學生不理解的抽象性較強的概念轉化為可視的直觀物體，以更好地理解與掌握。而且在3D打印社團活動中，教師可以在教授3D打印技術的同時，滲透一些科學知識或是其他學科的知識，幫助學生提高跨學科解決實際問題的能力。

5 3D打印應用實例：地球的圈層結構

學習者分析（小學五年級下學期）? 從認知發展的角度來看，他們的有意注意、有意記憶逐步變為主導地位，想象力與創造力得到飛速提升，動手操作能力得到進一步的提高;對于具體的概念容易接受和掌握，但是抽象思維能力不足，很難接受特別抽象的概念。由于之前學習過3D打印技術的基本原理與建模，學生能夠掌握簡單的建模操作，具備將自己想象的藍圖變為現實的能力。

教學目標

1）知識與技能：能夠說出地球的圈層結構;能夠描述出地球各圈層的輪廓;能夠在引導與幫助下，建模并打印出作品——“地球”。

2）過程與方法：小組成員先通過自己獨立思考，在合作完成地球建模與打印過程中掌握3D打印過程的一般方法。

3）情感、態度及價值觀：小組合作、探討3D建模并打印出實物，提高動手實踐、合作學習的能力，培養創新思維和積極探索科學精神;完成3D打印作品后，學生的自我滿足感和對地理、科學的熱愛之情大大提高。

教學內容? 地球的各圈層結構及其特點;通過3D打印技術創作出自己獨一無二的“地球”作品。

教學過程（3課時）? 具體的教學過程如表1所示。

環境設計? 包含3D建模軟件、3D打印機、PPT、創客社團工作室。

教學評價? 根據學生完成的情況進行改正與修改教學過程，教學評價表如表2所示。

輔助教學資料? 提前給學生發有關3D建造地球模型的建模過程微課，幫助學生回憶起之前學習過的知識與技能;上課之前給學生發放學案（有關地球各圈層結構及特點的知識點）、評價量表、學習檔案袋、彩色打印機。

6 結語

把3D打印技術應用于小學創客社團中，一方面體現出創客教育在小學的應用;另一方面，可以通過3D打印技術軟件建模，讓學生將自己設計的作品實實在在地打印成現實的東西，具有直觀性的特點，將學生不理解的、抽象性較強的概念轉化為可視的直觀物體，以更好地理解與掌握。在課程開始，教師可以通過明確問題、展示樣品來激發學生的熱情，加強學生學習的動力，讓所有學生都能參與到做的活動中來。在3D打印環境中，學生的動手能力、協作能力、創新意識和問題意識都能夠得到一定程度的提升。這樣寓教于樂，將原本枯燥的課程轉變為學生愿意積極去參與的活動，學生不再是被動地接受知識，而是主動地去參與，獲得最大的體驗。學校只有擁有一個完整而成熟的創客教育實踐體系，才能更好地培養學生的創新能力，為他們成長為創新型人才打好基礎。■

參考文獻

[1]童宇陽.3D打印技術在中小學教學中的應用研究[J].現代教育技術，2013（12）：16-19.

[2]李金峰，鄒軍華，胡鑫.3D打印技術在地理教學中的應用：以地球框架模型為例[J].軟件導刊：教育技術，2016（5）：89-91.

[3]潘璐，馮丹，戴思冬.基于3D打印技術的小學創客教育之初探[M]//國家教師科研專項基金研究成果（十三）.2017.

[4]左園園.基于3D打印培養小學生創造性思維的教學設計研究[D].濟南：山東師范大學，2017.

[5]張佳琦.3D打印技術在地理教學中的應用研究[D].上海：華東師范大學，2015.

[6]王萍.3D打印及其教育應用初探[J].中國遠程教育，2013（15）：83-87.

[7]何娟娟.關于計算機“3D打印”技術在數學教學應用中的思考[J].宿州教育學院學報，2014（4）：183-184.

[8]孫江山，吳永和，任友群.3D打印教育創新：創客空間、創新實驗室和STEAM[J].現代遠程教育研究，2015（4）：96-103.