3D打印技術(shù)應(yīng)用于中小學(xué)課堂教學(xué)的困難及對策研究

王玉帥 徐天瑜

摘要：本文梳理了3D打印技術(shù)應(yīng)用于中小學(xué)課堂教學(xué)的優(yōu)勢，分析了目前中小學(xué)3D打印課堂教學(xué)中遇到的困難，并結(jié)合課程開發(fā)及教學(xué)實踐，針對遇到的困難提出了相應(yīng)的解決策略，以期為探索3D打印技術(shù)在中小學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：中小學(xué);3D打印;課堂教學(xué);困難及對策

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2019）21-0092-03

● 引言

目前，雖然3D打印技術(shù)已經(jīng)在多個領(lǐng)域有了實際的應(yīng)用，但在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，對3D打印技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用研究還相對較少。雖然一大批學(xué)校已經(jīng)購置了3D打印裝備，但實際上，無論是對3D打印技術(shù)的了解還是對3D打印課程的研發(fā)及教學(xué)實踐都未成體系。因此，筆者對目前3D打印技術(shù)教學(xué)落地到中小學(xué)課堂所遇到的困難進行了梳理，并根據(jù)自身實踐提出了相應(yīng)的解決策略，希望為基礎(chǔ)教育課堂引入3D打印技術(shù)教學(xué)提供一定的參考。

● 3D打印應(yīng)用于中小學(xué)課堂的目標指向

1.探索新的教學(xué)方式，豐富課堂形式

借助3D打印技術(shù)，教師可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個觸摸真實情境的學(xué)習空間，在這個學(xué)習空間里，學(xué)生們能夠真正實現(xiàn)從“敢想”到“能做”的突破。學(xué)生不再只學(xué)習抽象的學(xué)科知識，也不再僅僅使自己學(xué)習過程中產(chǎn)生的想法停留在“設(shè)想”的階段。在學(xué)習內(nèi)容上，教師可以為學(xué)生提供一個完整的探究性學(xué)習方案，也可以是某一個知識點或問題的探究，還可以僅僅是一個創(chuàng)意模型的物化。在課堂形式上，由于3D打印技術(shù)可提供的是一個學(xué)習空間，因此，在這個空間里，教師的主導(dǎo)地位進一步被削弱，學(xué)生的主體地位得到增強。

2.提高學(xué)習積極性，培養(yǎng)核心素養(yǎng)

3D打印技術(shù)最大的特點是可“物化”，基礎(chǔ)教育階段的學(xué)生往往愿意更加直觀地去接觸知識，因此，應(yīng)用3D打印將知識呈現(xiàn)給學(xué)生能更加吸引學(xué)生的學(xué)習興趣，同時，通過自己的設(shè)計，借助3D打印機的幫助，將自己的想法或?qū)δ骋粋€知識的理解打印出來并展示說明給自己的同伴，會極大地滿足學(xué)生的獲得感和成就感，這不僅會促進學(xué)生更加積極主動地參與到學(xué)習中，而且會激勵他們主動參與到創(chuàng)新設(shè)計中。

● 中小學(xué)3D打印教學(xué)現(xiàn)狀及成因分析

1.缺乏統(tǒng)一的課程標準指導(dǎo)

目前，設(shè)備的購入激發(fā)了學(xué)校教師的熱情，為了滿足學(xué)生的學(xué)習欲，各學(xué)校教師也嘗試開設(shè)3D打印社團及興趣班課程。但通過深入了解與分析就會發(fā)現(xiàn)，當前開設(shè)的3D打印課程更偏重于“說明書”性質(zhì)，而不是從課程開發(fā)的角度出發(fā)。由于沒有統(tǒng)一的課程標準，教師們無法深入地進行課程目標的研究。沒有明確的課程目標定位，學(xué)生在學(xué)習的過程中就會遇到知識難以理解的情況，對3D打印課程的學(xué)習產(chǎn)生枯燥乏味的認知，最終影響其學(xué)習積極性。

2.缺乏專職教師，現(xiàn)任教師專業(yè)背景偏弱

現(xiàn)階段開設(shè)3D打印課程的學(xué)校，其師資隊伍大都來源于信息技術(shù)學(xué)科或者科學(xué)學(xué)科的兼職教師。由于缺乏專業(yè)的培訓(xùn)背景，教師只能采用“邊學(xué)邊教”的方式開展教學(xué)，專業(yè)技術(shù)能力的不足成為限制教學(xué)效果的一個關(guān)鍵因素。

3.課程內(nèi)容不成體系，教學(xué)模式單一

由于課程標準的缺失，3D打印課程內(nèi)容的開發(fā)有很大的隨意性，教師根據(jù)自己的認知研發(fā)課程，所教授的內(nèi)容往往缺乏系統(tǒng)性，無法形成體系。課程內(nèi)容的不足、專業(yè)教師隊伍的缺失導(dǎo)致目前很多學(xué)校的3D打印教學(xué)模式單一，仍舊停留在“學(xué)習軟件”“學(xué)會建模”的層面，學(xué)生的建模水平也許有了很大的提升，但是其創(chuàng)新能力、問題解決能力以及跨學(xué)科能力都沒有達到應(yīng)有的訓(xùn)練水平。

4.缺乏課程評價

一門發(fā)展成熟的學(xué)科，評價是重要的部分，課程標準中也會涉及評價標準。在常規(guī)學(xué)科中，教學(xué)一般分為過程性評價和總結(jié)性評價。現(xiàn)階段的3D打印課程評價一般是在教師教授一個模型制作步驟，學(xué)生按照步驟完成后，教師針對學(xué)生模型完成情況給出一個總結(jié)性評價。因受授課方式的限制而忽視了過程性評價，但對于這樣一門以培養(yǎng)學(xué)生思維和問題解決能力的學(xué)科來說，過程性評價尤其重要。

● 中小學(xué)3D打印教學(xué)發(fā)展對策分析

雖然3D打印課程在中小學(xué)推進遇到了諸多困難，但其自身的優(yōu)勢及發(fā)展前景是樂觀的，對學(xué)生的發(fā)展也有著不可替代的促進作用，因此，對于遇到的困境，我們可以轉(zhuǎn)換思路，從多個方面去克服，使3D打印技術(shù)真正實現(xiàn)服務(wù)于學(xué)生成長的目的。

1.因地制宜制訂區(qū)域性課程標準

隨著基礎(chǔ)教育改革的深入，校本課程已經(jīng)成為基礎(chǔ)教育改革的重要部分，是推行素質(zhì)教育改革的重要途徑。3D打印區(qū)域性課程就可以開發(fā)為具有地方特色的校本課程。地方教研室可以整合各類教師資源，在系統(tǒng)分析教師和學(xué)生的基礎(chǔ)上，針對3D打印課程的課程目標、課程工具軟件、教學(xué)教學(xué)模式等制訂一個統(tǒng)一的標準，有了統(tǒng)一的標準指導(dǎo)，學(xué)科組教師就可以在統(tǒng)一的標準下組織教研活動，展開教學(xué)。

3D打印的區(qū)域性課程標準應(yīng)以國家課程改革綱要為指導(dǎo)，融合跨學(xué)科知識，具備跨學(xué)科學(xué)習、合作學(xué)習、項目化學(xué)習等特點，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力、實際問題解決能力為目標，結(jié)合當?shù)亟虒W(xué)實踐來制訂。

2.通過課程融合方式進行教師隊伍建設(shè)

由于3D打印技術(shù)屬于新興技術(shù)，高校針對3D打印人才的培養(yǎng)本就不多，從事教育行業(yè)的則更少。但無論是信息技術(shù)教師，還是科學(xué)教師，都具備掌握3D打印建模及教學(xué)的基礎(chǔ)，因此，可以采取跨學(xué)科教師集體教研、共同研發(fā)課程等方式來提升師資隊伍授課水平。

信息技術(shù)教師擅長運用軟件進行建模，而科學(xué)、人文等學(xué)科的教師更多地傾向于啟發(fā)學(xué)生跨學(xué)科思考問題，提出想法，同時也有利用3D打印輔助教學(xué)的需求。因此，要想培訓(xùn)師資隊伍，有效實施3D打印課程教學(xué)，只有將多學(xué)科教師集合起來，以項目組的形式進行課程集備研發(fā)，并具有側(cè)重點地進行課程實施，才能達到預(yù)期的效果。例如，科學(xué)教師和信息技術(shù)教師合作研發(fā)3D打印風力發(fā)電項目課程，既融合能量轉(zhuǎn)換、力學(xué)等專業(yè)的學(xué)科知識，又結(jié)合了3D模型設(shè)計等技術(shù)知識。在課程實施的過程中，信息技術(shù)教師通過科學(xué)部分知識的講解，開拓了自己的跨學(xué)科思維，不再將思路局限于軟件和建模，而更多地將自己的思維發(fā)散到與其他學(xué)科實際問題的整合上;科學(xué)教師通過利用軟件進行建模，提升了自己的軟件操作熟練度，為以后的更加復(fù)雜的模型講解打好了基礎(chǔ)。

3.多樣化的課程效果評價

與課程內(nèi)容多樣化相對應(yīng)的是多樣化的效果評價標準，因此，對教和學(xué)的效果不再是簡單的好與壞的評價，針對學(xué)生學(xué)習的可視化效果，可以根據(jù)授課內(nèi)容，采取評價量規(guī)的形式，將所評價內(nèi)容以可視化的方式進行描述，并在課程實施之前就給到學(xué)生，學(xué)生在進行項目任務(wù)的過程中，可以參照給出的評價標準來規(guī)范自己的行為，上表是一個教學(xué)實施項目《3D打印風力小車》的部分評價量規(guī)。

評價量規(guī)并不是完整的評價標準，3D打印課程教學(xué)最終的目標指向是學(xué)生的核心素養(yǎng)的提升。而針對核心素養(yǎng)的關(guān)鍵點的評價，則需要教師在課程設(shè)置時，就定好標準。同時，在學(xué)生進行學(xué)習的過程中，時刻關(guān)注學(xué)生的思維、行為，做好記錄，在整個學(xué)習項目結(jié)束時，給出總評。

● 結(jié)束語

目前階段，3D打印技術(shù)在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的研究和應(yīng)用還有待深入開展，一線教師應(yīng)積極學(xué)習，借助3D打印技術(shù)開展教與學(xué)的探索，充分發(fā)揮3D打印技術(shù)在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的積極作用。

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作者簡介：王玉帥（1991.1—），男，漢族，山東省青島市人，中小學(xué)二級教師，教育碩士，教學(xué)方向為3D建模及打印。

基金項目：本論文基于2019年度山東省基礎(chǔ)教育科學(xué)規(guī)劃課題（科技教育專項課題）立項課題“中小學(xué)3D打印課程設(shè)計和教學(xué)實踐研究”（項目編號SDJG13519K07）。