3D 創客教育在校本課題《童趣AI》中的探索與實踐

盛 芳

（蘇州市平江新城實驗小學，江蘇 蘇州 215000）

對于小學信息技術教學來說，做好3D 打印創客教育必須注重信息技術課程與創客思維的融合，基于實踐的基礎上不斷豐富3D 教學模式，提升課堂教學效率，不斷優化和完善教學內容，從而滿足新時期小學信息技術教學的全面需要。借助3D 打印立體化教程實現創客教育，旨在創建主題式教學模式的課堂教學新秩序，為學生構建生動、形象的知識模塊，加深學生對信息技術的理解和運用，從而培養他們的動手能力、空間想象能力。

一、3D 打印技術的概況

3D 打印技術作為快速成型技術方案，以數字模型作為技術前提，將粉末金屬、塑料作為主要原材料，利用逐層打印，完成目標的構建。針對這種技術原理，目前主要采用熔融沉積成型技術方案，在較短的時間內快速形成目標對象，整個成本支出體量較小，生產周期相對較短，具有無毒害、安全性高的特性，適用于小學信息技術的課堂教學環境。

二、創客教育

雖然目前沒有明確創客教育的基本定義，但是一般情況下，創客教育被認為是創客文化與教育的結合產物，它將動手實踐能力和對基本知識的學習進行了融合，很大程度上激發了學生的學習興趣，利用信息技術這種先進的工具激活了學生的自主探究能力和創造力，鼓勵學生在分享與交流中進行團隊合作。不僅使得學生逐漸形成了團隊意識，其解決實際問題的能力與水平也得到提高。創客教育作為一種新興的教育形式，它注重信息技術課程與創客思維的融合，對小學生綜合素質的培養有著積極意義，為學生將來的全面發展打下了堅實的基礎。

三、3D 打印技術在小學創客教育中的應用要點

（一）設置具備3D 打印技術的創客空間

若想將3D 打印技術在小學創客教育中加以應用，第一步便要建立硬件設施齊備的創客空間。所謂創客空間是給學生和教師提供的教學活動場所，在這樣的空間中，學生可以進行自主探究，并通過親手實踐的形式獲取學習經驗，還可以在此與教師和同學進行交流和溝通。學校在設置空間時，首先要制定出明確的教學目標，根據學校校本課程開發的實際需要設置符合條件的創客空間。一般情況需要有最基本的3D 打印機設備、電腦、建模軟件、操作工具和打印材料等，并布設課桌椅和基本的多媒體教學平臺。

（二）做好創客教育教師的基本培訓

為了實現3D 打印技術在創客教育課堂中的實施，相關教學人員的技術水平是不容忽視的實施條件。若要開展相關課程，僅憑校內的信息技術教師是遠遠不夠的，因為該課程的教師還需要具備數控知識和材料學知識，因此要做好教師的專業化培訓。培訓內容分為三個部分：第一，要讓教師掌握3D 打印教學的基礎知識，同時教師還要具備維護3D 打印機的基本技能。第二，教師需要具備設計能力，并不斷強化知識與技能的相互融合。第三，教師要將設計能力升級為開發能力。唯有如此，才能成為符合要求的3D 打印創客教育教師。

（三）創客教育應與生活實際相結合

小學生的創客教育內容應充分地與生活相結合，要讓小學生在一種游戲化和生活化的創客課程中進行動手操作。只有小學生對創客課程產生了興趣，他們才會積極地參與到動手實踐的活動中。教師應該有意識地挖掘學生的興趣點，并做到與生活實際相結合。例如，學生們喜歡游玩，那么教師就可以將其作為一個課程項目，并開發該項目。在課堂上，利用學生感興趣的旅游景點作為創客課程的內容，解放學生的思想與天性，讓他們不斷地思考該如何動手將網絡虛擬的圖片和模型利用3D 打印技術打印出來，以此激發學生的創新意識。

（四）做好創客教育課堂的具體實施

創客空間的設置只需要提供相應的資金支持和硬件支持，相對比較容易，而課堂的持續實施與運營卻比較困難。因創客教育是多種學科的結合產物，其綜合性非常強，不僅需要重新對課程進行統一編排與設計，對教師個人能力的要求也非常高。教師首先要熟悉課程，同時要制定相應的教學計劃，讓學生能夠在時間充裕的前提條件下進行動手實踐。此外，教師還要注意課程與其他學科的融合，充分體現出創客課程的綜合性特點。比如與信息技術的融合，學習“網絡資源共享”時，可以讓學生利用3D 打印技術將自己喜愛的卡通形象設計并打印出來隨后上傳至網絡，通過資源共享，學生們可以利用3D 打印機進行打印，然后對所有學生的作品進行評獎，針對表現優異的學生要予以獎勵。又如與基礎學科的融合，語文內容，可以利用3D 打印技術打印人物形象，使之更生動、立體；數學內容，可以利用3D 打印技術打印立體圖形，讓數學模型更直觀、清晰。如此一來，不僅可以幫助學生理解學科知識，還豐富了小學生在學習過程中的實踐體驗，能夠提升教學效率。

（五）利用創客課程制作教具

當小學生們初步掌握了3D 打印技術后，教師便能夠引導小學生進行自主探究，利用所學知識自主制作各學科的教具。因小學階段學生們接觸到的教具都比較簡單，那么此時，教師只需要稍加引導，便足以令學生們自主地制作教具。一般來說，在數學學科中會運用到較多的教具，那么學生們就能夠利用3D 打印技術進行設計制作，做出一些數學圖形模具或者按比例縮小的生活模型。如此一來，在幫助學生加深理解數學知識的同時，也能夠鍛煉他們的動手能力。

四、3D 打印技術在本校應用的基本現狀

（一）開展3D 打印課程的硬件環境

在2016 年，每周四筆者所在學校利用開展信息技術興趣班的時間，設置了3D 打印教育課程這一具有拓展性的課程研究與實踐。以課程教學需求，筆者所在學校設置3D 教育課程打印實驗室，在打印室內安裝了4臺相關打印機。在打印機使用過程中，按照以學生為本的原則，設置了相應的課程實驗，為學生營造出良好的課程實踐機制。

（二）師生的3D 打印知識水平分析

3D 打印作為新型課程，教師以及學生對于相關理論、技術的認識不夠深刻。教學過程中，為了消除認識誤區，教師可定期與相關技術團隊進行合作教學，向學生講解3D 打印技術的原理、操作技巧，通過理論教學與實踐訓練相結合，激發起學生的學習探索熱情。學生們紛紛躍躍欲試，利用3D 打印技術快速打印教具、學習模型，很是實用。

五、創意“3D 打印”課程開發

從建構主義、多元智力等理論出發，在教學過程中，突出了創意要素，結合學生的基本情況成立了“3D 打印創意工作室”，工作室在活動過程中采取主題式教學模式，設立相應的主題，形成了藝術類、生活類和環保類三個主題設計。引導學生體驗不同的課程主體，使得學生更好地感受到3D 打印技術的魅力，實現了想象力與實物的聯通。

（一）藝術類設計主題

藝術擺件中的新年桌面擺件、木制鐵質工藝品、古箏沉香盒、琉璃水晶藝術擺件、扇子等；非遺傳承中的燈飾、3D 打印皮影、剪紙、快板、環保炭雕等。

案例1：荷花扇

謎語：天熱人人愛，天冷人人怪，春天不出世，秋天沒有賣。通過多媒體視頻資料，引導學生了解有關扇子的文化、種類及欣賞價值?！叭绾沃谱饕话褎撘馍茸樱ㄈ鐖D1 所示）呢？”學生進行3D 建模設計，加上后期的美工、裝飾，作品非常有美觀性。

圖1 荷花扇

（二）環保類設計主題

智能分類垃圾桶、智能花盆、智能水壺、植物研究、智能馬桶蓋、PM2.5 機器人、智能充電器等。

案例2：智能分類垃圾桶

從播放一段垃圾分類的視頻短片開始，嘗試設計一個智能分類垃圾桶（如圖2 所示），利用電腦的123D Design 軟件完成3D 建模。這類新型垃圾桶，可以根據垃圾的不同材質進行垃圾種類的初步篩選、對應投放。同時垃圾桶使用太陽能電池，這種能源體系既可以減少使用成本，又提升了使用的綠色化水平，減少了對環境的污染以及破壞。

圖2 智能分類垃圾桶

（三）生活類設計主題：益智型玩具

案例3：創意肥皂盒

課堂以“生活中的肥皂盒是什么樣的”這一問題引入，學生通過觀察傳統肥皂盒的外形，明白其功能和特點。接著教師拋出問題：“如何設計一個創意肥皂盒”？激發學生思考，得出創意金點子。當學生在建模時碰到困難時，教師給予指導，學生們打印出個性化的肥皂盒作品。作品完成后，由美術教師指導上色，學生將其作為禮物贈送給家長。這種主題活動，既增長了學生自身的見識水平，又開拓了學生的視野，豐富他們的創造力。

六、3D 打印課程實施后的成效

（一）激發學習興趣，提升信息素養

3D 打印課程在開展的過程中，始終對于學生有著較強的吸引力，學生在學習環節表現出高度的學習熱情。從不了解到獨立完成創意作品，整個課程過程中，學生發現問題、分析問題、處理問題的能力得到強化提升，促進了學生綜合素質的全面增強。

（二）為學生的想象力、創造力插上騰飛的翅膀

加州理工大學多林·尼爾森教授認為：基于設計的學習模式中，教師挑戰學生創建實物反映主題、概念和標準，有了這些實物，學生在互動中促進信息的回憶和重用。3D 課程的設計，不僅提升了學生對于理論知識的理解能力，還為學生創造了接觸空間模型的路徑。學生在小學合作教學的過程中，可以持續地強化自身的能力，厚植創造思維能力。學生兩個作品，“創意肥皂盒”（如圖3所示）“環保地球”（如圖4所示）。

圖3 創意肥皂盒

圖4 環保地球

（三）加強對三維圖形的理解，培養圖形感知能力

3D 打印環節，學生根據教師公布的學習任務，將平面圖形轉化為三維圖形，真正感受到三維立體圖形的基本特點。這種抽象到具象的過程，可以全面強化學生的圖形感受能力。

七、本校3D 創客教育的未來發展方向

（一）培養跨學科知識的綜合應用，實現多元化學習

3D 打印技術作為整合性課程，以實踐教學作為基礎上，將不同的學習主題融入3D 課程之中，可以提供良好的學習氛圍，讓學生在課程教學中根據自身的特點和進度靈活地調整狀態。同時，培養了學生良好的學習習慣，積極進行知識的探索。3D 打印課程是一門綜合性的可以啟發學生跨學科思維能力的教學活動。

（二）搭建創新能力培養網絡學習資源平臺

3D 打印課程體系設置環節，需要構建完善的資源平臺。資源平臺的形成，充分尊重學生的主動性，學生可以根據自身的興趣、愛好，開展個性化學習。同時做好教師資源庫建設，積極進行專家型教師隊伍構建，逐步提升教師的專業技術能力，為3D 課程教學活動的開展奠定堅實基礎。

（三）創設模擬情境，促進創新能力的培養

學習環節，教師需要做好相關情景的模擬，幫助學生更好地體會技術研發、推廣的相關場景，依托這種方式實現學生成就感的提升，使學生更好地感受到生活實踐，定向增強學生對于問題的分析能力。

3D 打印技術與信息課程教學的結合，是提升教學質量的基礎與前提。在3D 打印技術的支持下，將虛擬的模型轉化為實物。在這種情況下，教師利用3D 創客課程為學生的學習營造出良好的氛圍。3D 打印技術作為技術媒介，學生可以將設計思路轉化為實物。在課程中，教師可以通過布置相關課程任務實現從學中做、做中學，引導學生形成正確的思維與認知。