3D打印技术应用于中小学课堂教学的困难及对策研究

    王玉帅 徐天瑜

    

    摘要：本文梳理了3D打印技术应用于中小学课堂教学的优势，分析了目前中小学3D打印课堂教学中遇到的困难，并结合课程开发及教学实践，针对遇到的困难提出了相应的解决策略，以期为探索3D打印技术在中小学课堂教学中的应用提供参考。

    关键词：中小学;3D打印;课堂教学;困难及对策

    中图分类号：G434? 文献标识码：A? 论文编号：1674-2117（2019）21-0092-03

    ● 引言

    目前，虽然3D打印技术已经在多个领域有了实际的应用，但在基础教育领域，对3D打印技术的教学应用研究还相对较少。虽然一大批学校已经购置了3D打印装备，但实际上，无论是对3D打印技术的了解还是对3D打印课程的研发及教学实践都未成体系。因此，笔者对目前3D打印技术教学落地到中小学课堂所遇到的困难进行了梳理，并根据自身实践提出了相应的解决策略，希望为基础教育课堂引入3D打印技术教学提供一定的参考。

    ● 3D打印应用于中小学课堂的目标指向

    1.探索新的教学方式，丰富课堂形式

    借助3D打印技术，教师可以为学生创设一个触摸真实情境的学习空间，在这个学习空间里，学生们能够真正实现从“敢想”到“能做”的突破。学生不再只学习抽象的学科知识，也不再仅仅使自己学习过程中产生的想法停留在“设想”的阶段。在学习内容上，教师可以为学生提供一个完整的探究性学习方案，也可以是某一个知识点或问题的探究，还可以仅仅是一个创意模型的物化。在课堂形式上，由于3D打印技术可提供的是一个学习空间，因此，在这个空间里，教师的主导地位进一步被削弱，学生的主体地位得到增强。

    2.提高学习积极性，培养核心素养

    3D打印技术最大的特点是可“物化”，基础教育阶段的学生往往愿意更加直观地去接触知识，因此，应用3D打印将知识呈现给学生能更加吸引学生的学习兴趣，同时，通过自己的设计，借助3D打印机的帮助，将自己的想法或对某一个知识的理解打印出来并展示说明给自己的同伴，会极大地满足学生的获得感和成就感，这不仅会促进学生更加积极主动地参与到学习中，而且会激励他们主动参与到创新设计中。

    ● 中小学3D打印教学现状及成因分析

    1.缺乏统一的课程标准指导

    目前，设备的购入激发了学校教师的热情，为了满足学生的学习欲，各学校教师也尝试开设3D打印社团及兴趣班课程。但通过深入了解与分析就会发现，当前开设的3D打印课程更偏重于“说明书”性质，而不是从课程开发的角度出发。由于没有统一的课程标准，教师们无法深入地进行课程目标的研究。没有明确的课程目标定位，学生在学习的过程中就会遇到知识难以理解的情况，对3D打印课程的学习产生枯燥乏味的认知，最终影响其学习积极性。

    2.缺乏专职教师，现任教师专业背景偏弱

    现阶段开设3D打印课程的学校，其师资队伍大都来源于信息技术学科或者科学学科的兼职教师。由于缺乏专业的培训背景，教师只能采用“边学边教”的方式开展教学，专业技术能力的不足成为限制教学效果的一个关键因素。

    3.课程内容不成体系，教学模式单一

    由于课程标准的缺失，3D打印课程内容的开发有很大的随意性，教师根据自己的认知研发课程，所教授的内容往往缺乏系统性，无法形成体系。课程内容的不足、专业教师队伍的缺失导致目前很多学校的3D打印教学模式单一，仍旧停留在“学习软件”“学会建模”的层面，学生的建模水平也许有了很大的提升，但是其创新能力、问题解决能力以及跨学科能力都没有达到应有的训练水平。

    4.缺乏课程评价

    一门发展成熟的学科，评价是重要的部分，课程标准中也会涉及评价标准。在常规学科中，教学一般分为过程性评价和总结性评价。现阶段的3D打印课程评价一般是在教师教授一个模型制作步骤，学生按照步骤完成后，教师针对学生模型完成情况给出一个总结性评价。因受授课方式的限制而忽视了过程性评价，但对于这样一门以培养学生思维和问题解决能力的学科来说，过程性评价尤其重要。

    ● 中小学3D打印教学发展对策分析

    虽然3D打印课程在中小学推进遇到了诸多困难，但其自身的优势及发展前景是乐观的，对学生的发展也有着不可替代的促进作用，因此，对于遇到的困境，我们可以转换思路，从多个方面去克服，使3D打印技术真正实现服务于学生成长的目的。

    1.因地制宜制订区域性课程标准

    随着基础教育改革的深入，校本课程已经成为基础教育改革的重要部分，是推行素质教育改革的重要途径。3D打印区域性课程就可以开发为具有地方特色的校本课程。地方教研室可以整合各类教师资源，在系统分析教师和学生的基础上，针对3D打印课程的课程目标、课程工具软件、教学教学模式等制订一个统一的标准，有了统一的标准指导，学科组教师就可以在统一的标准下组织教研活动，展开教学。

    3D打印的区域性课程标准应以国家课程改革纲要为指导，融合跨学科知识，具备跨学科学习、合作学习、项目化学习等特点，以培养学生的创造性思维能力、实际问题解决能力为目标，结合当地教学实践来制订。

    2.通过课程融合方式进行教师队伍建设

    由于3D打印技术属于新兴技术，高校针对3D打印人才的培養本就不多，从事教育行业的则更少。但无论是信息技术教师，还是科学教师，都具备掌握3D打印建模及教学的基础，因此，可以采取跨学科教师集体教研、共同研发课程等方式来提升师资队伍授课水平。

    信息技术教师擅长运用软件进行建模，而科学、人文等学科的教师更多地倾向于启发学生跨学科思考问题，提出想法，同时也有利用3D打印辅助教学的需求。因此，要想培训师资队伍，有效实施3D打印课程教学，只有将多学科教师集合起来，以项目组的形式进行课程集备研发，并具有侧重点地进行课程实施，才能达到预期的效果。例如，科学教师和信息技术教师合作研发3D打印风力发电项目课程，既融合能量转换、力学等专业的学科知识，又结合了3D模型设计等技术知识。在课程实施的过程中，信息技术教师通过科学部分知识的讲解，开拓了自己的跨学科思维，不再将思路局限于软件和建模，而更多地将自己的思维发散到与其他学科实际问题的整合上;科学教师通过利用软件进行建模，提升了自己的软件操作熟练度，为以后的更加复杂的模型讲解打好了基础。

    3.多样化的课程效果评价

    与课程内容多样化相对应的是多样化的效果评价标准，因此，对教和学的效果不再是简单的好与坏的评价，针对学生学习的可视化效果，可以根据授课内容，采取评价量规的形式，将所评价内容以可视化的方式进行描述，并在课程实施之前就给到学生，学生在进行项目任务的过程中，可以参照给出的评价标准来规范自己的行为，上表是一个教学实施项目《3D打印风力小车》的部分评价量规。

    评价量规并不是完整的评价标准，3D打印课程教学最终的目标指向是学生的核心素养的提升。而针对核心素养的关键点的评价，则需要教师在课程设置时，就定好标准。同时，在学生进行学习的过程中，时刻关注学生的思维、行为，做好记录，在整个学习项目结束时，给出总评。

    ● 结束语

    目前阶段，3D打印技术在基础教育领域的研究和应用还有待深入开展，一线教师应积极学习，借助3D打印技术开展教与学的探索，充分发挥3D打印技术在基础教育领域的积极作用。

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    作者简介：王玉帅（1991.1—），男，汉族，山东省青岛市人，中小学二级教师，教育硕士，教学方向为3D建模及打印。

    基金项目：本论文基于2019年度山东省基础教育科学规划课题（科技教育专项课题）立项课题“中小学3D打印课程设计和教学实践研究”（项目编号SDJG13519K07）。