基于“逆向思維學習過程模型”的3D打印教學研究

孔靜潔

摘要：隨著中外教育界的交流溝通，越來越多的國外先進教育理論被我國教育界吸收運用，其中逆向思維學習的過程模型就是由國外引入的一種較為新型的學習方式，此種學習方式變學生的被動接受為主動設計，改變了過去教師在教授新知識時直接講授的方式，而是讓學生自主嘗試設計，在嘗試設計中探索知識，增強動手能力。本文論述了逆向思維學習過程模型在3D打印教學中的可行性及具體應用，明確了該模型對3D打印教學的促進作用。

關鍵詞：逆向思維學習過程模型；六步半；實踐；創新

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2017）23-0043-03

● 引言

3D打印是以3D數字建模為基礎，以可高溫溶解的可黏合材料為原料，通過逐層打印構造物體的快速成型技術。3D打印憑借著材料的多樣性，目前已應用到了珠寶、鞋類、工業設計、建筑、醫療等領域，同時也讓教育行業的引入成為可能。據了解，在美國等發達國家的很多中小學甚至幼兒園都早已開設了3D打印課程，對青少年進行3D打印創新意識、技術手段的培養，3D打印已成為“美國智造”的有力手段。3D打印技術可以讓抽象的教學概念更加容易理解，可以使學生在現實中抓住靈感驗證想法并證明理論、直觀生動的構建空間及創造能力，打破創新之路上的障礙，提升學習的樂趣。在我國，隨著“大眾創業，萬眾創新”號角的吹響，作為創客運動標志性成果的3D打印課程也備受學校青睞，隨著3D打印技術走進尋常課堂，如何上好一堂3D打印課是教師關注的重中之重。下面，筆者結合3D打印技術特征，探討逆向思維學習過程模型在3D打印教學中的應用。

● 逆向思維學習過程模型在3D打印教學中的可行性分析

3D打印課程是以3D設計為基礎的一門綜合性課程，為什么說它是綜合性課程呢？因為一個完美的設計需要以數學、科學、工程知識為依據，也需要融入藝術感，所以3D打印課程是以多學科相結合為基礎的綜合性學科，是對當下流行的STEAM教學理念最好的詮釋。那么，面對這樣一門綜合性的學科如果還沿用傳統的“學—做”教學模式的話，學生可能會成為知識的掌握者、產品的制作者，卻不可能成為很好的設計者，這是與3D打印課程基礎理念相違背的。因此，如何展開教學讓學生不僅成為制造者，同時也成為設計者，這是3D打印教學的難點。在近幾年的3D打印課程教學中，筆者經過反復地探索與實踐，終于找到了較為適合3D打印課程教學的“做—學”模型，也就是基于設計的逆向思維學習過程模型（BackWard Thinking）。

● 逆向思維學習過程模型定義

逆向思維學習過程模型是由美國加州理工大學的著名學者多林·尼爾森（Doreen Nelson）教授最早提出的基于設計的操作模型，傳統的教學是順向思維模式，往往重視知識而忽略實踐能力。多林·尼爾森提出的“逆向思維學習過程”強調把“先做”的理念融入教學，變被動接受為主動獲取，通過設計、實踐，再設計、再實踐的迭代過程，不斷挑戰任務同時獲取“知”，在達到學習目的的同時也培養了學生的創造性思維和實踐能力。

多林·尼爾森通過在教育實踐中的不斷探索，總結出逆向思維模型主要分為六個完整的步驟和一個半步，其具體內容如下圖所示。

● 逆向思維學習過程模型在3D打印課程教學中的應用

多林·尼爾森的逆向思維模型的六步半較為詳細地闡述了具體的實施策略。傳統教學的過程是先講授再實踐。而運用逆向思維學習過程模型進行教學，其教學是一個分析、實踐、總結、調整以及修正的迭代的教學過程，學生是在實踐過程中發現問題、分析問題，最終解決問題的。下面，筆者以“3D打印”課程中《制作圖章》一課為例介紹逆向思維模型在教學中的應用，具體實施步驟如下。

1.建構原型

以基礎原型作為參照，教師先通過展示與課堂內容相關的原型作為課堂導入，并對原型搭配相應的分析與解說。例如，在教學《制作圖章》一課中，筆者以現實生活中的圖章作為導入，讓學生觀察圖章的組成結構特征，構建圖章的初步原型。

2.任務分解

這一環節是基于上一環節完成知識原型建構后，試圖將理論轉化為實踐，從而內化處理方式的過程。在此過程中，學生可以通過討論的方式分解出關鍵任務，也可以通過個人經驗分解任務。例如，筆者布置了“制作圖章”的任務，學生已基本建構出了“圖章”的原型，了解了圖章主要由印章體、連接柱、把手三部分組成，從而就能明確在制作圖章時要分別完成制作印章體、制作連接柱、制作把手三個任務。

3.探索實踐

探索實踐是“試完成”任務的環節。學生在“試完成”過程中發現問題，分析問題，解決問題。這個過程完成得好與壞直接決定了整堂課的成與敗，每個學生的個性、學習能力、知識基礎都存在差異，如何能高效地探索、高效地實踐“組織方式”很重要，教師循循善誘的“點撥”也很重要，在此過程中可采取的組織形式有小組合作制、一幫一合作制等。教師在點撥時可以以知識遷移的方式給學生參考性的建議。例如，在教學《制作圖章》一課中的難點“文字工具的使用與鏡像”時，筆者先讓學生自主嘗試與發現問題，并記錄下自己存在的問題。學生在制作印章體時，如果不會使用文字工具，可以先完成“連接柱”與“把手”的制作，再嘗試制作印章體，記錄嘗試制作印章體過程中存在的困難。

4.分享完善

分享和完善是一個不斷學習、不斷總結的過程，學生在分享的過程中一般分為兩派，一派是“how to”派，另一派是“why not”派?！癶ow to”派的學生分享的是方法，“why not”派的學生分享的是問題。教師此時扮演的角色是組織者，組織兩派分享經驗與問題，并組織學生回答問題，點撥他們解決問題。例如，在教學《制作印章》一課時，學生進行匯報并展示各自的“制作印章”情況，筆者要求“制作印章”完成情況較好的學生分享經驗，完成情況稍差的學生提出問題，以先進帶動后進的形式組織學生一一來解答問題。對于共性問題，教師分享經驗，這樣知識點的學習就在一個民主、寬松的學習氛圍中進行了。

5.調整優化

調整和優化是整個環節的高潮，也是學生創造能力發揮的關鍵環節，如果把前面的“探索實踐”環節比作是“經濟基礎”的話，那么“調整優化”環節就是“上層建筑”。學生在聽取了其他同學的匯報后，會有很多心得、想法，此時是再加工再創造的最好契機。教師可以組織學生進行作品自查，對不當之處進行調整，取他人之長改己之短，并在完善的基礎上進行創新與優化。

6.展示評價

展示評價主要分為作品展示、評價與反思兩個過程。教師先展示優秀作品，學生進行自評與他評，主要包括評價與反思作品的長處與有待改進的地方，以及反思、總結解決疑難問題等。展示與評價不僅分享了制作的結果與過程，更重要的是分享了創新精神，提升了自身的學習能力與實踐能力。

● 在3D打印課程教學中運用逆向思維學習過程模型注意事項

逆向思維學習過程模型雖然比較成熟，但在實際應用過程中也會出現一些問題。例如，在進行3D打印教學時，整個環節以學生的“做”為主線，但在實際教學中怎么把握好“做”的度也很重要。學生的“做”與教師的“教”是互相依存、對立統一、密不可分的整體。教師不能因為重視“做”而忽視了“教”的重要，應該在組織教學時重視學生對各種現象的理解，傾聽學生想法的由來，引導他們調整自己的學習方法。

● 總結

實踐證明，逆向思維學習過程模型顛倒了已有的先學后做模式，強調“先行而后知”，與當下風靡的創客教育理念不謀而合，這也為當下的教學革新研究與實踐創新提供了一種參照和啟示。作為一名新時代的信息技術教師，要在技術和思想上“與時俱進”，要敢于從傳統教育的藩籬中走出來，探索教學新模式，在學習與教學實踐中不斷培養和提升自身的能力素質。endprint