小學“3D打印技術”進校園的實踐與探索

雷玲

3D打印技術（3D Printing）即快速成型技術的一種，它以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構造物體。該技術在珠寶、鞋類、工業(yè)設計、建筑、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領域都有所應用。

近年來，在小學部分學科教學中，3D打印技術在校園進活動、進課堂，已成為小學教師非常關注的熱點研究課題。在《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》（征求意見稿）中提出科學精神的素養(yǎng)，即個體在學習、理解、運用科學知識和技能等方面表現(xiàn)的價值標準、思維方式和行為規(guī)范。一是崇尚真知。重點是學習科學技術知識和成果；掌握基本的科學方法；有真理面前人人平等的意識等。二是理性思維。重點是尊重事實和證據(jù)，有實證意識和嚴謹?shù)那笾獞B(tài)度；理性務實，邏輯清晰，能運用科學的思維方式認識事物、解決問題、規(guī)范行為等。

國內(nèi)外教育研究經(jīng)驗表明，3D打印技術在學校教育教學中的應用是培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識、科學素養(yǎng)的有效途徑之一。2015年西安市教育局發(fā)文，將西安交通大學附屬小學作為西安市首批3D打印試點學校之一。為了更好地開展此項工作，我校通過文獻調(diào)研和問卷調(diào)查，分析了當前小學生對3D打印技術的認知和接受程度，并嘗試一系列有效的教育教學活動來實施3D打印技術進校園。

一、學生3D打印技術的認知現(xiàn)狀

為了探索當前小學生對3D打印技術的認識及接受程度和學生的空間觀念水平，本項研究設計了調(diào)查問卷。針對3-6年級學生，共發(fā)出問卷500份，收回484份。從問卷調(diào)查數(shù)據(jù)分析得知，有94%的學生知道或知道一點3D打印技術，認知程度很高。學生知識來源多元化，有46.9%的學生通過看電視或電影了解3D打印技術，通過網(wǎng)絡、看書了解的分別占31%和28.5%，此外就是通過教師和家長等渠道獲知。

從問卷分析還可知，不同年級學生對3D打印技術的認知程度不同，小學中年級（三、四年級）的學生認知度超過90%；高年級（五、六年級）認知度又有較大的提高，超過95%。這就表明在小學開展3D打印技術科技活動有很好的知識基礎和學生認可度。

另外，從問卷調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)了一個非常有趣的現(xiàn)象，即男、女生對3D打印技術的認知程度存在明顯差異。對3D打印技術知道的比較多的選項，各年級的男生都超過女生；在回答對3D打印技術知道一點的選項時，各年級的女生都超過男生，這表明男生在知道3D打印技術后容易產(chǎn)生興趣，喜歡多了解一些知識；而女生更傾向于泛泛了解，沒有興趣繼續(xù)深究。這個結論對我們開展3D打印科技活動具有非常重要的指導意義，即除了組織男女生開展參觀、觀看3D電影外，男生可以開展自主或團隊動手創(chuàng)新活動，女生開展一些講座和教師指導下的團隊動手創(chuàng)新活動。

二、3D打印技術校本課程開發(fā)及創(chuàng)客工作坊建設

由問卷調(diào)查可知，學生已經(jīng)從看電視、網(wǎng)絡和書籍等渠道獲得了一些3D打印技術知識，而且絕大多數(shù)學生喜歡3D打印技術。這為學校開發(fā)3D打印技術校本課程和建設創(chuàng)客工作坊奠定了基礎。校本課程開發(fā)的目的是通過整合教學內(nèi)容，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識，教學手段是通過建設3D打印技術實驗室設計和制作模型。成立的西安交通大學附屬小學創(chuàng)客工坊專門負責附小3D打印技術教育教學試點工作。目前學校已基本建成了學生“創(chuàng)客工坊“，并開始開發(fā)3D打印技術和相關學科整合的課程，目前已經(jīng)開發(fā)的教學模型主要有數(shù)學函數(shù)、科學LOGO設計、乘法口訣表等。

三、開展豐富多彩的3D打印技術系列科技活動

開展內(nèi)容豐富的學生3D打印技術活動，通過學生自主實踐體驗、校外參觀學習和寫參觀日記、3D打印技術科技月、學生3D打印技術成果評比和成果展等形式多樣的活動，豐富了學生3D打印技術的認識和體驗，培養(yǎng)了學生創(chuàng)新意識和實踐能力。從2014年開始，學校就開發(fā)了3D打印技術創(chuàng)新實踐校本課程，每學期采用“請進來、走出去”的體驗教育、教學方式。開展學生3D打印技術相關活動，參與學生涵蓋全校各年級。

1.讓科技走進校園。走進課堂。學校聯(lián)合蒜泥創(chuàng)客空間共同舉辦了“3D打印技術進課堂”系列活動。活動中讓學生們積極參與討論3D打印技術，開動腦筋構想自己對3D打印技術的應用。通過這類活動的開展，學生們不但了解了最新最前沿的科學技術，也能親自參與其中體驗創(chuàng)新的樂趣。.邀請西安交通大學機械工程學院、國家快速制造中心實驗室邱志惠副教授為同學們進行3D打印技術相關知識的普及與講解。一至三年級的學生參與了此次活動。

2.組織學生到西安交通大學參觀機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室。該重點實驗室在3D打印技術快速成型技術方面處于國際先進水平，學生們開展“參觀3D打印實驗室”主題觀摩和體驗活動，學習3D打印技術相關知識。同時，該實驗室老師還安排學生進行嘗試設計3D作品，旨在讓學生通過體驗，體會到科技可以改變生活，科技可以創(chuàng)造未來，科技其實就在我們身邊。

四、加強教師培訓做好師資保障

要開展好3D打印技術進校園活動，將3D打印技術融入學校的教育教學活動中，豐富學生科學素養(yǎng)的體驗和培養(yǎng)，關鍵在于學校要有一支善學習、懂技術、勤思考、敢創(chuàng)新的教師隊伍。為此，學校非常重視教師培訓工作，邀請陜西東望科技發(fā)展有限公司總經(jīng)理陳衛(wèi)及其團隊為全體教師揭秘來自未來的科技——3D打印技術。通過專家講座、參觀交大3D打印技術實驗室、主題論壇等形式多樣的培訓活動引領教師將3D打進技術融入教育活動、進人課堂教學中，讓學生充分感知3D打印技術就在我們的生活中，正在各個領域得到廣泛的運用，造福人類、推進社會的發(fā)展與進步。

為推動3D打印技術進校園活動的開展，學校注重建立健全組織機構，形成了校領導牽頭，各部門配合，分管副校長主抓，全校全員參與的格局。設立學校資產(chǎn)委員會負責方案篩選，后勤部門負責采購，教導處負責學生課程與活動管理，創(chuàng)客工坊負責人進行活動設計和活動實施以及課程開發(fā)，有力地保障了3D打印技術進校園的有效開展。