基于创客教育的小学3D打印课程开发与设计研究

    白俊如

    

    

    摘 ?要 中小学3D打印教材匮乏且无法满足学生的需求。以华兴小学课程开发为例，从学生的实际需求出发，用访谈调查法对师生需求进行了解，同时进行3D打印课程开发与设计，以满足学生的需求和解决3D打印教材匮乏的问题。

    关键词 创客教育;课程开发;3D打印;教材;校本课程

    中图分类号：G623.58 ? ?文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2019）11-0054-04

    1 前言

    当前已经进入创客教育时代，创客教育通过为学生提供体验的平台，实现培养创新型人才的新型教育方法。目前，许多中小学面临3D打印教材匮乏，3D打印师资队伍难以满足需求，3D打印课程无法满足学生需求等问题。基于此，笔者决定对3D打印课程进行开发与设计，既解决教材匮乏问题，又提高教师的教学水平，满足学生系统化学习的需求。

    2 相关概念概述

    创客教育 ?创客教育是一种以学生兴趣为依托，用项目学习的方式，使用数字化工具，倡导造物，培养跨学科解决问题能力、团队协作能力和创新能力的创客文化与教育相结合的素质教育[1]。

    3D打印技术 ?3D打印技术是一种把平面转换成立体，把二维转换成的三维的新兴技术，能提高学生的空间想象和设计能力，应用于很多领域，如工业、生活、交通、工程等。

    3 3D打印课程开发评估：以华兴小学为例

    学生需求分析 ?学校的生源主要来自华兴小区周边，学生对周边环境比较熟悉，对家乡感情深厚，但对其又缺乏全面系统的了解。小学高年级学生的心理特点：对周围新鲜的事物充满好奇心，富有想象力和创造力;已经有了一定的基础知识，但思维发展以具象思维为主，抽象逻辑思维较差，对问题的批判性不强;获得新知识常要借助具象事物;好玩，自我控制力不强。总之，充分利用学生“好奇、好动、好玩”的心理特点，极大地激起学生学习的内因与动因，是开发校本课程的基本出发点。

    学校课程资源的分析 ?石家庄市华兴小学建于1999年9月，占地面积7000平方米。学校现有在编教师50人，其中中学高级教师一人，小学高级教师18人，一级教师25人;大专以上学历有44人。学校有教学班24个，在校学生1300人，但全校只有一位信息技术教师教授3D課程。学校配备七台3D打印机供学生使用，却只有课堂时间使用，其他时间处于闲置状态，没有让学生真正用起来，开设3D打印课程也是教师的愿望以及一些家长的诉求。学校领导的重视，教师、家长的期待，为小学3D打印校本课程的开发提供了有力支持。

    社区课程资源评估 ?悠久的历史，灿烂的文化，光荣的历程，新兴的现代城市，形成石家庄独有的城市文化。翻开石家庄的近代历史，就是一部抵御列强侵略、争取解放的历史。石家庄孕育了特有的地域文化，既有丰富的传统文化，又有现代意识的城市文化和民俗古朴的乡村文化。在当前的城市建设中，迫切需要深入挖掘、提炼城市人文精神，提升城市文化品位，彰显城市个性魅力。随着铁路的不断发展，石家庄有“火车拉来的城市”之称，它的传统文化也是丰富多彩的，如舞龙灯、狮子舞、井陉拉花、霸王鞭等传统艺术。

    4 3D打印课程学生需求分析

    为了解学生对3D打印课程的了解现状和需求分析，采取访谈的方式进行调查，共采访二十几位学生，并对访谈结果进行分析整理。

    对3D打印课程的了解现状 ?目前学生对3D打印技术非常感兴趣，因为它具有非常神奇的魅力，吸引着人们去探讨;学生对石家庄文化了解得很全面，有饮食方面的，有戏剧文化方面的，等等。其中他们说的一个火车文化对笔者触动很大，他们喜欢用图文的形式学习教材上的知识，喜欢打印一些卡通人物或多肉植物等，对计算机的掌握情况比较好，有些奇特的想法让人意想不到。

    对3D打印课程的设计建议 ?学生反映：课程的内容要体现趣味性，课程任务设计最好是以小组合作的方式完成，这样能提高团结协作意识，培养信息技术能力。他们希望教材的风格科幻一些，对评价设计希望可以进行多元化的评价，这样可以借鉴各组的优缺点对知识进行完善。对校本课程的主要建议是开发他们喜欢的、适应社会潮流的、趣味十足的教材。

    5 3D打印课程设计

    课程目标设计

    1）课程目标的设计依据是学生的身心发展特点。学生的发展需求是课程开发的起点与归宿，因此要深入了解学生的身心发展特点。校本课程主要是为了弥补国家课程的不足，因此，课程目标的设计既要把握学生的共性需求，又要关注不同学生的兴趣所在（即体现个性化需求）。开设学生能够学习并喜爱的课程是学校开设校本课程的初衷，是当今社会发展的需要。设计校本课程目标时既要考虑当地的综合条件，又要紧跟社会发展的趋势，符合社会发展需求，真正培养出适应社会发展的新型人才。

    不是为单纯利用设备开设课程而开发，而是学科知识发展的要求。学科是知识最主要的支柱，课程的开设是为了有效传递其他途径难以获得的知识。3D打印技术是小学信息技术课程实践操作部分，是理论课程的补充。但作为一门校本课程进行开发，绝不单单是为了某一门学科的发展，而是为了学生综合素质的提高。因此，在设计目标时要考虑多门学科的发展，实现重实践、超学科的发展。

    2）课程定位。在3D打印的具体教学上，学校应结合各年龄阶段学生的实际情况。根据皮亚杰认知发展阶段论，小学阶段3D打印教学应当侧重培养学生的想象力与感性认识，应使用自由、轻松的教学方式以提高学生的兴趣，教授简单的建模方法使学生产生成就感，目的是激发学生的想象力和兴趣、培养其思维能力。

    3）课程的总体目标。了解3D打印设计原理及相应的各种3D打印方式及其应用，学会用3D打印去解决生活中的一些问题，培养设计和创新能力。通过几个典型案例，学生获得的不仅仅是操作技能，更是创新设计思维，激发创造性。

    3D打印课程内容设计

    1）3D打印基础知识。3D打印校本课程必定要涵盖3D打印的相关基础知识，向学生介绍其打印原理、发展现状、应用领域以及未来发展趋势等，让学生对3D打印有一个宏观的认识。

    2）建模软件操作知识。3D打印校本课程的开发与实践重点在于教会学生如何建模，不仅仅是简单的打印操作。教师要教会学生熟练掌握建模软件的基本操作，帮助学生将想法变成现实，能够将所学知识运用到实际生活中。最终，拓展他们的想象空间，获得创新思维，作出有创意的设计。

    3）具体学科知识。在3D打印校本课程中，结合具体学科，与学科教师交流探讨，选出可与3D打印相融合且有融合价值的知识点，如数学学科中的立体几何问题、语文学科中疑难字词、美术学科中的简单绘画作品等。

    4）地域文化知识。华兴小学地处河北省石家庄市，有独特的井陉拉花、常山战鼓等民俗文化，而且这座城市是因路而兴，建城史上与铁路有着不解之缘。这一系列的元素都可以融合到当地校本课程开发过程中去。

    3D打印课程的内容框架设计 ?在确定了校本课程主要内容的基础上，需对课程内容进行科学合理的组织安排，一般课程内容组织需要满足两方面的要求：

    1）“两个结合”，即学科性内容与非学科性内容相结合，以及间接经验与直接经验相结合;

    2）“两个统一”，即知识逻辑与心理逻辑的统一，以及课程内容的直线性与螺旋性的统一。

    在遵循小学生身心发展规律的基础上，将整体内容按照软件操作难度由简到繁进行组织，在循序渐进学习软件操作的同时，渗透学科知识以及地域文化，每次新授课对旧知识进行复习巩固。校本课程开设的第一阶段共设计16个学时，为期一学期，每周五下午2—3点社团时间进行，具体课程安排由学校商议后决定（初识3D打印—认识图形—组合图形—打印作品—制作工艺品—与具体学科相结合—优秀成果展示评价）。图1所示为课程框架设计。

    课程评价的设计

    1）评价理念。

    ①注重评价主体的多元性，学校领导、教师、学生、家长都是评价的主体;

    ②注重评价方式的多样化;

    ③注重评价内容的多元化，如学生作品展览、学生过程性评价、学生综合评价等。

    2）评价量表。表1所示对学生评价的设计。

    6 对3D打印课程设计的检测

    教师访谈内容梳理

    【班主任】我觉得学校能够大胆尝试开设3D打印校本课程挺好的，学生学点儿新的东西对他们是有帮助的，尤其是在现在这样发展迅速的社会，不学习就会被淘汰。我很支持学生学习3D打印，只是学校现在条件有限，只能是個别学生去学习。我们班上是三个男生、三个女生，我发现男生更加喜欢这个课程，我也问过他们觉得课程有没有意思，男生觉得很神奇，表示挺喜欢学;女生告诉我，她觉得挺难的。至于内容设计，我觉得设计得挺好，适合三、四年级的孩子们学习，可以继续对3D打印校本课程推进设计，如果开发和设计好的话，我们会在下学期采用。

    学生访谈内容梳理 ?华兴小学五年级学生（男、女生共20人），年龄在11岁左右。以下为访谈内容梳理。

    【学生】我们生活中接触过正方体、长方体、圆柱体，棱柱很少接触;在美术课上经常照书上或者个人想法画卡通人物或各种场景（学校、商店等周边环境及事物）等;手工课上完成过很多作品，如制作泡泡机、剪纸、废品制作、花篮、椅子，有的同学还做出了太阳能吹风机等作品。我们比较倾向于学习充满科技和神秘色彩的内容。打印成品的兴趣偏好：饼干等食品和一些漫画游戏中的卡通人物（女）、手枪等武器、钥匙之类的生活用品。样张比较新颖，我们挺喜欢的，期望着这门课程的教材早日出版开发出来。

    7 结语

    随着创客教育概念的提出，国家对新技术投入逐渐加大，3D打印等新技术会得到更加广泛的关注，从而推动其在教育中的普及。在创客教育背景下的中小学3D打印教育普及和深入过程中会不断产生新的问题，这就需要不断更新观念、不断完善，只有这样才能使3D打印教育呈现良性循环的趋势发展，这也贯穿了创客教育的核心理念。相信在国家政策的支持下，在教育研究者以及一线教师的共同努力下，基于创客教育的3D打印课程会给教学带来巨大的变化。

    参考文献

    [1]王佑镁，郭静，宛平，等.设计思维：促进STEM教育与创客教育的深度融合[J].电化教育研究，2019，40（3）：34-41.

    [2]刘慧敏.面向创客教育的STEM课程开发现状调查研究[D].浙江：宁波大学，2018.

    [3]臧珊珊.面向创客教育的小学3D打印立体化教材的设计与开发研究[D].深圳：深圳大学，2017.