技術是驅動教育創(chuàng)新的引擎

徐德亮

3D打印技術能為教育帶來什么？以往教學中，孩子們有什么想法，只能說，或者用紙畫，但是現在設計出來的圖形都能通過3D打印技術打印成實物，能夠大大調動孩子們的創(chuàng)新積極性和動手能力。3D打印進校園使得學生在創(chuàng)新能力和動手實踐能力上得到培養(yǎng)，使學生的創(chuàng)意、想象變?yōu)楝F實，變課堂上的被動記憶為課內外的主動探索，從而實現學校培養(yǎng)方式的變革。3D打印技術引導學生觀察生活，培養(yǎng)學生發(fā)現和解決實際問題的能力，成為創(chuàng)新的一代。

3D打印技術是智慧課堂多媒體技術的延伸。目前在基礎教育領域，3D打印技術的應用還是一個嶄新的領域。教師應在平時關注教育的發(fā)展和新技術的研究興趣引導，要讓學生在求知欲望和創(chuàng)造熱情最旺盛的時候，站在科技發(fā)展的前沿，立意超前，起點要高，追求新發(fā)展。一方面，致力于3D打印技術與教學融合的探索與實踐，其中包括學生創(chuàng)新意識和實踐能力的培養(yǎng)，發(fā)展學生立體空間思維；另一方面，課程教學分析結合課程實踐經驗、簡易建模軟件的學習，在培養(yǎng)孩子創(chuàng)造力上不可小覷。

探究學習為課堂增添活力，讓學生腦洞大開

3D打印技術應用于教育，為教師的“教”與學生的“學”提供了新思想，是智慧與科技相融合最佳路徑。對孩子們來說，只有他們感興趣的東西他們才會關注。比如在數學課堂上，教師可以利用3D打印機輕松簡單地構建立體幾何體并打印出實體，將數學定理的推理演示過程更加直接地呈現給學生。促進學生從形象的實物、過程演示及推理中理解并掌握數學抽象概念和知識，提升學生的立體空間感。例如，七年級數學上冊《幾何圖形》，以往教師通過畫圖形、看視頻等方法讓學生完成對概念的理解和相互轉化，效果往往不理想。3D打印技術可以將抽象復雜的立體圖形實物化、教具化，分發(fā)到各組學生當中，學生置身于有趣的學習氛圍中，通過3D打印實體的接觸，讓枯燥的課程變得生動起來，它是一種同時擁有視覺和觸覺的學習方式，具有很強的誘惑力。

引領課堂教學重要趨勢，提升學生的學習主動性

英國著名教師戴夫懷特說過：如果你能抓住學生的想象力，你就抓住了他們的注意力。3D打印是小學生能看懂、能設計、能實踐的技術，教師們更是有信心開展更多的學科課程教學嘗試。

1. 美術學科

利用建模軟件如“草圖大師”“3D”等進行建模設計，掌握基本的方法就可以帶孩子們上課了。好奇心和求知欲讓課堂學習變得生動、有趣，孩子們的心靈與視野更加開闊。3D打印是電腦繪畫的延伸，例如，在小學五年級美術教學《元宵節(jié)里掛彩燈》一課中，這樣的美術課和常規(guī)的筆紙上課不同，教師不是在一個平面上畫燈籠，而是輔導學生在軟件中制作燈籠模型。學生通過操作軟件，用3D打印機打印出來模型，再用顏料上色。這樣課堂的趣味性加大了，同時學生的動手動腦能力也得到了鍛煉，學生的審美與視野更開闊。

2. 語文學科

基于對3D打印技術功能特性與語文學科教學目標、特點及難點的關聯與分析，我發(fā)現3D打印技術可以通過演示和協同構建兩種方式幫助突破學科教學難點，促進教學目標的實現。例如，在教學小學四年級語文《長城》一課時，以往的教學主要靠圖片的解釋來導入課堂，或利用相關視頻幫助學生理解長城的結構和功能。有了3D打印機，就能利用建模軟件在電腦上把一段長城設計并打印出來。教師還可以帶學生利用丙烯或油畫顏料將打印成型的“長城”涂上顏色，學生通過參與該環(huán)節(jié)加深了對長城構造的直觀認識。

3. 科學學科

小學科學學科可根據課堂設計，將電腦中虛擬的立體圖形打印成實物。比如《地球的公轉和自轉》等天文知識，通過3D打印機打印出太陽、地球、月球、星星模型，并模擬實驗研究變化。不同課堂上，創(chuàng)意來源孩子們的奇思妙想3D打印機嘴里吐出恐龍、化石、機器人“大白”等不同造型。這樣帶有創(chuàng)想的青少年從小就開始追夢，孩子們領略到3D打印的科技魅力。

4. 生物、化學等學科

在生物課上，教師可以打印出細胞、器官、生物樣本，比單一圖片或視頻更直觀?；瘜W課上打印出分子模型，有利于學生理解化學反應過程。歷史、地理、物理等課程涉及的一些還原歷史的文物、器具、模型，都可以打印出來，讓學生比較直觀地了解。動手做和動腦思考才是重要途徑，學生以完成模型構建為目標，主動學習相關知識技能，從設計原型、展示參與多個環(huán)節(jié)融入學習活動中，創(chuàng)作分享調動孩子的學習主動性。利用3D打印技術，教師可以設計出更多學科主題學習活動，采用游戲、競賽等能夠激發(fā)學生學習積極性的手段，促進學生主動學習與探究。

技術融入教師教育 未來課堂與技術在一起

再完美的課程設計也需要教師去落實。從“傳授者”到“學習者”，教師的角色也正在發(fā)生改變。3D打印技術人才稀缺在教育培訓領域進一步凸顯。3D打印機是一種教具，用于開拓青少年思維，而不是玩具。如何讓3D打印技術真正進課堂并落地？在我看來，學校應把教師數字化素養(yǎng)作為必要的職業(yè)標準，教師不僅是學生學習的促進者和幫助者，也是新型科學技術的吸收者。

1. 軟件基礎

盡量選擇容易上手的建模軟件，比如免費的Sketchhup（草圖大師）。有一定基礎后，建議嘗試用中文版3D或MAYA建模軟件，在設計出復雜的和精度上更理想的模型。該類文件在打印輸出時導出.stl格式，然后在導入第二層軟件進行切片聯機打印，通常3D打印機支撐生成.G格式。

2. 自適應學習技術

如今以教師為主體的單一灌輸方式已經不適應我國基礎教育領域新一輪課程改革推行與實施的需要，現在亟需從“以學科為中心”向“以學習者為中心”轉變。學校推出“3D打印實驗班”，選出有計算機和設計特長的教師，通過集中培訓、脫產研修等形式，讓他們盡快勝任項目輔導和培訓，并成為該項目的“帶頭人”。通過學科滲透和開展創(chuàng)新課程等活動推行，如小組合作學習、探討式教學、互動式教學，帶動一批教師成長。

3. 借助網絡平臺建立模型資源庫

基于設計的課堂活動，可以在學生學習內容的同時開展技術學習，通過設計、項目探究、創(chuàng)造、分享等手段，充分運用網絡免費的教學平臺參與學習。很多網絡提供模型資源免費下載，可直接用于切片打印，這有助于入門打印操作學習。教育工作者同時要尊重每位學生的需求，尤其是在他們最有創(chuàng)造力的時候，讓他們去實踐、經歷、思考。

構建跨領域鏈接，讓學生持續(xù)學習

為幫助中小學盡快引入科技教育領域的新知識，真正做到目標實現與解決方案的融合，這就需要我們將實際生活中的實例引入課堂，進行打印課程的實驗性應用。3D打印機之所以能夠打印出各種立體作品，首先還得看設計，軟硬件都要給力。教學生一些軟件的操作知識，從最初的設計建模，到裝料、操作打印，直至后面的打印成型、上色，可以考慮讓學生臨摹一些東西，逐漸形成老師引導輔助工作，設計完全出自孩子之手，然后小組內展示交流。學生可以通過自己的創(chuàng)意，組成社團、實訓隊，涉足這一高科技領域。

美國麻省理工學院土木與環(huán)境工程系副教授Pedro Reis說，無論是個人獨立還是全體合作，3D打印技術在開啟人類創(chuàng)造力上的優(yōu)勢是不可小覷的。在教學中為了彌補模仿訓練不足，教師除采用學生感興趣的方法，還要方便學生遷移應用，促進學生自主學習。基于對3D打印技術本身特性的把握，我發(fā)現該技術可以作為動力激發(fā)工具和支持創(chuàng)新設計的技術工具，應用到課堂教學活動中，培養(yǎng)跨學科的知識綜合應用能力。師生們對加快創(chuàng)新能力的培養(yǎng)顯得十分迫切。隨著3D打印技術迅速發(fā)展和大規(guī)模進入中小學課堂，中小學3D新科技時代將全面開啟。3D打印技術與教育的結合，關系著科技創(chuàng)新以及綜合性教育。希望3D打印技術引入課堂能給學生帶來創(chuàng)造的成就感，架起孩子們現在和未來的橋梁。

（作者單位：黑龍江克山教育局信息中心）

參考文獻

李青，王青.3D打印：一種新興的學習技術[J].遠程教育雜志，2013.

信息化2013地平線報告（高等教育版）[J].北京廣播電視大學學報，2013（2）：7-29.