三維融通：3D打印泛在學習路徑研究

陳秋萍

［摘 要］三維融通是指三維學習空間的融通，即思維空間、實踐空間和展示空間之間的融通。教師基于泛在學習理念開展教學，在思維空間與展示空間中研究廣義泛在學習的應用，在實踐空間中以狹義的泛在學習為基礎，引導學生在信息技術支持下進行實踐探索，在三維學習空間中學習3D打印技術，在悟學、探學、展學三條泛在學習路徑中提升應用分析、實踐創造、批判思維能力，最終促進學生數字化學習能力與創新能力的發展。

［關鍵詞］三維融通；3D打印;泛在學習

［中圖分類號］ G43［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1007-9068（2024）15-0080-03

《義務教育課程方案（2022年版）》倡導真實性學習，注重創設真實情境，引入多元化學習資源。隨著3D打印技術在中小學教育中的廣泛應用，其在核心素養培育方面的作用也越來越受到重視。當前，3D打印學習存在許多問題：其一，目標不清，學習機械盲目；其二，成品以模仿為主，缺乏創造性；其三，評價不足，缺乏對過程的反思。

那么，如何使學生明確3D打印的學習目標，提高3D作品的創造性，提升學生發現和解決問題的能力，發展學生的科學核心素養呢？

一、思維空間中的泛在悟學路徑

廣義的泛在學習認為，學習的發生、需求無處不在。悟學路徑解決的是“為什么學”的問題。泛在悟學路徑強調多維度學習，包括創設學習情境、轉化適齡性問題、分析挑戰性任務，需要師生共同收集信息并轉換成問題、加工信息并分析任務。如果忽略情境的創設、技術的應用，學生的學習興趣就會降低。因此，教師要引導學生從不同的維度發現問題，并對問題進行分析。

1.創設學習情境

情境創設能為驅動性問題的產生做鋪墊。由于學生的學習多發生在學校，基于學校創設學習情境更有利于學生發現問題。為了豐富學生的學習生活，學校開發了豐富多彩的拓展課程。教師要從中尋找與3D打印技術相關或是能使用3D打印技術解決某些問題的課程內容，基于學生在課程實踐中的經歷創設學習情境。

學生或親自參與了相關活動，體驗了活動過程；或雖然沒有親身體驗，但通過觀察對活動有了初步了解。教師創設與這些活動相關的情境，能充分激發學生的學習興趣和探究欲望，有利于學生后期充分體會3D實物成品在相關情境中的應用價值。

經過篩選，筆者將3D打印學習的情境來源分為學校項目中心課題、學校勞動實踐課程、學生學習生活實際、三維技術社團活動這四大類。

2.轉化適齡性問題

適齡性問題是學生在學習情境中發現的真實問題，也是驅動學生學習的關鍵問題。它貫穿學生的整個學習過程，需要學生運用3D打印技術的相關知識來回答，具有一定的挑戰性和開放性。

依據3D打印學習的四大情境來源，適齡性問題也可以分為四類，分別是在學校項目中產生的問題、在勞動實踐課程中產生的問題、在學習生活中產生的問題、在三維技術社團活動中產生的問題。這些問題的產生，為學生搭建了技術學習與實際生活之間的橋梁。如教師節時，有的學生看到教師辦公桌上堆放的自制賀卡和花朵，提出了“如何制作一個美觀、方便的收納瓶？”這一問題。

3.分析挑戰性任務

挑戰性任務由師生共同提出，旨在解決適齡性問題，依據學習過程可分為若干子任務。為了解決適齡性問題，學生廣泛搜集并加工信息，分析挑戰性任務。在3D課堂上，每一個學習任務，如制作花瓶、塑料碗、模型、筆筒等都與學生的學習生活相聯系，能夠激發學生學習的內驅力。

對挑戰性任務的分析分為信息加工和結構分析兩大類。信息包括視頻、文字、訪談記錄、實驗數據等。學生通過訪談、查閱資料、觀看視頻、小組交流、頭腦風暴等搜集信息，篩選其中的有用信息，并通過問題鏈、提示詞、表單和思維導圖等建立信息之間的聯系。這樣分析挑戰性任務，能有效發展學生的思維能力和數字素養。

【案例1】為學校“巧手培綠種植園”制作“蔬菜名牌”

創設學習情境：種植園中，同學們之前播種的蔬菜種子紛紛長出了幼苗。有些班級在泥土里插上了名牌，有些則沒有插。

轉化適齡性問題：由于蔬菜還是幼苗，沒有結出果實，大多數同學都叫不出名字。我們能不能利用所學3D打印技術，幫助同學們辨識這些蔬菜？

分析挑戰性任務：問題提出后，教師讓學生以小組為單位，采用討論、表單記錄等方式，總結出“蔬菜名牌”要具備清晰、便于放置、不易損壞、吸引人等要素，并形成指向明確的挑戰性任務——如何設計并制作一款清晰、便于放置、不易損壞、吸引人的“蔬菜名牌”？

二、實踐空間中的泛在探學路徑

狹義的泛在學習是指以計算機為核心的信息技術支持下的學習，以學習者為中心，以學習任務為焦點，使學習者在技術加強的學習環境下，進行知識的建構。探學路徑解決的是“怎么學”的問題。教師可以通過“設計方案—實踐操作—交流迭代—解決問題”四個步驟為學生構建實踐創造的探學路徑（見表1），切入學生的“最近發展區”，搭建學習支架，引導學生在實踐中解決問題。

1.基于目標，設計方案

基于解決問題的目標，學生綜合運用已學知識，完成挑戰性任務的方案設計，根據要求明確3D產品的基本要素，如大小、顏色、圖案等，最終完成草圖的繪制，必要時增加產品使用說明、功能介紹等。在設計方案時，教師要引導學生借助學習表單進行獨立思考，并適時開展小組討論，以幫助學生發散思維，在確保可行性的基礎上形成多種解決方案。需要注意的是，方案既是學生思維的呈現，又是學生創造的開端，還是后續軟件建模的基礎，因此，方案設計要充分尊重學生的個性特點。

2.搭建支架，實踐操作

首先，建模之前，教師可以借助學具，使學生對3D虛擬模型的形成過程有一個形象化的了解，促使學生在制作過程中產生更多的創意。其次，教師通過問題大發現、頭腦風暴等方式，幫助學生形成問題清單，如借助自查表，幫助學生厘清已經掌握的操作和需要學習的操作。然后，教師引導學生開展小組合作，梳理出本次任務需要掌握的技能。最后，建模時，教師適當提供微視頻、學習資料等，使學生通過自主探究或小組合作探究，完成初步建模。

3.合作互助，交流迭代

交流迭代即先交流再迭代，是指學生對照產品量規，對虛擬產品進行的自我修改，也包括小組、個體階段性展示和評價之后進行的作品修改。通過重新對照評價量規中對產品的具體要求，以及展示和組內討論，學生取長補短，吸收其他作品的優點，并修改自己的作品。在交流過程中，教師可以提供簡單的發言支架，幫助學生厘清自己作品的特點，使學生能夠更加全面、細致地進行介紹；同時，教師還要包容學生的有效失敗，并幫助學生從失敗中總結經驗。

4.打印成品，解決問題

打印一個3D作品需要花費較多的時間。因此，只有符合產品量規，學生在3D One軟件中建立的模型才能被打印出來。此外，對于相似度較高的作品，在不影響美觀、使用的基礎上，應選擇耗材少的作品進行打印。在自評和互評的基礎上，學生將符合要求的作品打印出來，進行實際應用，并對作品的使用效果進行調查，實現了虛擬和現實之間的連接。這既是應用3D作品解決實際生活中的問題的體現，也是學生后期展示評價的有力證明。

【案例2】3D創意花盆的設計與制作

設計方案：在小組討論的基礎上，提煉出3D創意花盆應該具備的三大要素（見下表），并根據要求完成草圖繪制，明確花盆的具體樣式。

[要求 具體內容 美觀 外觀、大小、顏色合適 功能 符合花盆的實用功能 創意 形狀、圖案有創意 ]

實踐操作：運用3D One軟件建模。填寫學習自查表，明確哪些操作已經掌握、哪些操作需要學習。通過自查，學生得出“浮雕命令”和“減運算方法”是新內容，并通過微視頻、學習資料自主探究，嘗試初步建模。

交流迭代：先小組討論遇到的問題，再向全班介紹分享。教師針對重難點進行點撥指導，引導學生取長補短，完成作品的迭代更新。

解決問題：展示評價之后，教師引導學生挑選部分優秀作品進行打印，并投入使用。

三、展示空間中的泛在展學路徑

展學路徑解決的是學習評價的問題。針對學生在學習過程中形成的研究報告、虛擬作品和實物成品等，教師搭建課內外展示平臺，通過匯報、展覽、義賣等不同方式，引導學生體會3D打印技術的應用價值，拓寬學生的“認知化疆域”。展示的對象是學生的實踐成果。展學路徑的開拓有助于學生重新審視自己的學習過程，并在批判性評價的過程中發展思維能力。

1.研究報告發布

將學生在學習過程中形成的所有圖表組合起來，就形成了一份研究報告，其中包括作品的評價量規、設計圖、自評表、互評表、團隊合作評價表、作品介紹發言稿、問題清單等。報告發布指向課內的過程性評價，采用組內和組間交流相結合的方式。組內交流由小組長負責，組織組員針對研究報告進行討論；組間交流指全班性的介紹發布，由教師組織。過程性評價有助于學生反思學習過程，梳理知識內容，思考學習方法，為其后續學習奠基。自評表包括對本次學習任務中知識難點的掌握和實踐程度，團隊合作評價表則包括組內和組間的互助競爭評價。所有評價均采用量化標準，方便學生操作。

2.虛擬作品展示

虛擬作品是指根據設計草圖，利用3D One軟件制作的虛擬作品。由每個小組展示介紹本組作品，包括設計緣由、面臨困難、創意點，等等。教師可以為學生提供介紹的文字支架，幫助學生提煉主要內容。

雖然虛擬作品不是最終的學習成果，但是由于3D打印學習的特殊性，筆者認為，在實物成品產出之前，對虛擬作品進行評價也非常重要。學生根據評價量規，對虛擬作品進行評價修改、迭代更新。這樣，在實物成品產出之后，就可以將虛擬作品和實物成品進行比較，從而了解3D打印技術的限制條件，形成從不同角度思考問題的思維方式。

3.實物成品發布

實物成品發布多采用課內外相結合的方式進行。課內，教師引導學生先借助發言稿和實物成品詳細介紹自己的作品，再利用評價量規進行評價；課外，教師為學生提供面向全校的展示舞臺，將學生制作的3D實物成品介紹給全校。在這個過程中，學生介紹作品亮點、說明制作過程、聽取“用戶”反饋等，有效提升了自身的綜合素養，而三維學習的育人作用也得以持續發揮。

能將自己在3D課堂中設計并打印出來的作品帶出課堂，并在全校進行展示、介紹，學生倍感興奮。教師根據學校的實際情況，把握全校性活動的契機，如“愛心義賣”活動期間，讓學生挑選部分3D實物成品參加義賣活動；“植樹掛牌”活動期間，讓學生利用3D打印技術制作植物名牌并懸掛。借助這些活動，學生將在3D課堂中制作的實物成品展示出來，體會到3D作品的實用性，了解了3D打印技術的優劣，為后續學習中產生更多想法和創意打下了基礎。

只有將技術學習與學生需求相結合，注重技術的生活應用，才能發揮技術的最大功用。筆者通過探索泛在學習路徑，在3D打印技術的教學過程中創設三維融通空間，使學生在思維空間中進行多維度學習，在真實情境中進行應用分析；在實踐空間中從“最近發展區”開始實踐創造；在展示空間中嘗試批判評價，拓寬“認知化疆域”。通過泛在學習，最終實現了學生數字化學習能力與創新能力的提高。

［ 參 考 文 獻 ］

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[5] 劉曉鈺，楊濱源.加快推進數字技術賦能教育現代化建設[N].科學導報，2023-11-24（B4）.

（責編 蔡宇璇）