指向學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的初中3D打印教學實踐與思考

孫苗 江蘇省南京市金陵中學仙林分校中學部

● 案例背景

創(chuàng)客教育是培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力的重要途徑。3D打印課程作為創(chuàng)客教育不可或缺的一部分，已被越來越多的學校納入中小學課程。但是，在3D打印教學過程中教師常常會遇到這樣的困惑：如果給學生提供明確的樣例和操作步驟，全班學生的作品會千篇一律；如果完全讓學生自由設計，則課堂效率不高，并且很難呈現(xiàn)出色的作品。那么，3D打印課程如何開展，才能讓學生在掌握新知的基礎上生成創(chuàng)意作品，從而培養(yǎng)創(chuàng)新能力？筆者通過對3D打印課程進行三輪教學設計與調整，完成了課程的迭代更新，以此來培養(yǎng)學生的問題解決能力與創(chuàng)新能力。下面，筆者以《制作創(chuàng)意花瓶》課程為例進行說明（教學過程中使用123D design軟件）。

● 實踐舉措

1.教師更關注技術本身，學生簡單模仿

（1）過程描述

在《制作創(chuàng)意花瓶》課程的第一輪教學過程中（如表1），教師給學生提供了詳細的操作幫助文檔，并在課中進行了操作演示，大部分學生能夠在一節(jié)課內完成花瓶的建模。但是，這樣的教學設計出現(xiàn)了兩個問題：一是在學生失去新鮮感之后，后續(xù)的學習興趣有下降的趨勢，課堂氣氛不夠活躍；二是學生呈現(xiàn)出的最終作品大同小異，只有顏色和大小等的變化，創(chuàng)新能力沒有明顯提高。在這種狀況下，教師容易陷入為教技術而教技術的困境，教學成就感不高。

表1

（2）評價反思

①教學案例要結合生活實際。在學習3D建模制作創(chuàng)意花瓶之前，可以讓學生舉例談一談生活中花瓶的種類和用途，讓學生自己設計一款花瓶等，將課堂交給學生，讓學生發(fā)現(xiàn)和感受3D打印在生活中的應用。

②教學過程應注重引導和思考。創(chuàng)客類課程旨在將學生的創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實，讓學生有實質性的作品產出。本課用了大量時間講授和演示花瓶作品的操作步驟，學生沒有經歷思考和再加工的過程。因此，學生最終呈現(xiàn)出的作品也就千篇一律，大部分是對教師教學案例的簡單模仿。本課在引入環(huán)節(jié)可以引導學生思考作品的組成和設計思路；在新授環(huán)節(jié)可以引導學生思考更多可行的解決辦法；在總結提升環(huán)節(jié)，可以引導學生討論總結本課的要點，以及從中得到的啟發(fā)。

③教學內容需關注前后知識的聯(lián)系。在制作瓶身部分，瓶身可以用繪制草圖放樣建模，也可以使用基本體建模、繪制草圖旋轉建模、繪制草圖掃掠建模等多種建模方式。在掏空花瓶部分，可以使用抽殼工具掏空瓶身，也可以使用相減工具掏空瓶身。因此，教學過程中需將多種前后連貫相通的知識整合和遷移，幫助學生建立完整的知識結構。

2.教師更關注技術的整合和遷移，學生模仿后再創(chuàng)新

（1）過程描述

教師從日常實例入手，分析總結了幾種常見的建模方法，希望學生在此基礎上建立知識框架，更好地進行作品的創(chuàng)新設計（如表2）。在按照這個思路實施之后，部分學生能夠設計出有一定創(chuàng)新性的作品，部分學生仍然簡單模仿教師演示的某個實例。通過觀察，這個教學思路同樣存在一些問題。首先，學生在掌握了一種建模方法制作作品之后，對其他建模方法的興趣明顯降低，教學效果不太明顯。其次，這種試圖整合知識、建立知識框架的過程實際還是教師主導的教學行為，學生經歷的體驗過程并不是很清晰，也就不能引起共鳴。最后，因為學生制作的作品并沒有一個問題情境，所以生成的一些外觀特異的作品失去了功能和價值，很難深層次地培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

表2

（2）評價反思

①學習目標應全面具體，關注素養(yǎng)的提升。本課程的學習目標局限于3D建模軟件的綜合應用，學習內容偏重技術，對學生的規(guī)劃設計能力、合作學習能力、展示交流能力以及人文素養(yǎng)的提升等關注度不夠。

②學習活動應基于問題情境，讓創(chuàng)新思維落地生根。本課學習活動以軟件的技術要點為線索，學生的創(chuàng)新思維沒有具體的著力點，不利于培養(yǎng)深層次的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。在課程改進方面，可以讓學生在問題情境中解決問題，采用項目學習的方式激發(fā)學生的創(chuàng)意，并設置科學的評價手段反饋學生的學習過程和學習結果。

3.教師在項目教學中設置問題情境，學生合作完成創(chuàng)意

（1）過程描述

本次課程設計總結了前兩次課程的經驗和不足，采用項目活動的方式開展教學實踐，讓學生在問題情境中合作完成創(chuàng)意設計，最后進行全班展示交流（如下頁表3）。

表3

（2）評價反思

本次項目活動讓學生探索了3D打印不同的建模方法，并基于此自主選擇主題，小組合作完成創(chuàng)意作品。同時，本次活動也增加了打印實踐操作課時。用3D打印技術解決生活中的實際問題，有效增加了學生學習的挑戰(zhàn)性，從而提高了學生學習的積極性和主動性。當然，通過對項目活動的設計及實施，也發(fā)現(xiàn)了許多需要注意的問題，尤其是小組成員對活動的管理、活動的評價及活動效果的檢驗等是創(chuàng)客項目活動設計及實施的關鍵部分。同時，活動中對教師的組織管理能力的要求也更為嚴格。

● 實踐反思

1.創(chuàng)設真實情境，解決實際問題

建構主義認為學習是學習者基于原有的知識經驗生成意義、建構理解的過程，而這一過程常常是在社會文化互動中完成的。對于實踐性較強的課程，更應該注重學生知識和技能的主動建構。所以，在課堂教學中，教師應該創(chuàng)設真實的生活情境，鼓勵學生在綜合的項目情境中解決實際問題，從而培養(yǎng)學生的學習興趣，提高學習的積極性和主動性。

2.激發(fā)學習動能，提高學習興趣

3D打印的項目活動基于真實情境，并且其活動內容具有綜合性，因此，教師要基于學生已有經驗和興趣專長，打破學科界限，為學生留出充足的自由活動的空間。通過本案例可以看出，小組成員如果缺乏主動意識，只在課堂中教師有限的指導下進行學習，幾乎達不到項目活動的目的。“用3D打印設計容器解決身邊的實際問題”項目具有較高的開放性，因而更需要學生進行課后的自主探究學習，否則，既不能達到項目活動的學習目標，也不能實現(xiàn)學生的培養(yǎng)目標。

3.注重交流互動，培養(yǎng)創(chuàng)意思維

在創(chuàng)客類課程教學中，教師應給學生提供充分的時空自由以培養(yǎng)創(chuàng)意思維，鼓勵學生在交流互動中造物，解決日常生活和學習中的具體問題。首先，在項目規(guī)劃設計階段，思維導圖、“頭腦風暴”等方法有利于學生開拓思路，完善創(chuàng)意。其次，在項目實施階段，學生分組完成創(chuàng)意制作，在協(xié)作交流的過程中取長補短，實現(xiàn)創(chuàng)意。最后，在作品展示交流階段，師生、生生之間的互動，組與組之間的思維碰撞，都將激發(fā)新的創(chuàng)意。

● 結語

本文對初中3D打印課程進行了三輪教學設計與調整，通過初中創(chuàng)客類課程的教學實踐，探索了在創(chuàng)客教學中提升學生創(chuàng)新能力的途徑和方法。筆者一直致力于普及性地開展包括3D打印課程在內的創(chuàng)客課程，探索和完善課程的設計與實施，以期能夠更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力。