基于創(chuàng)客教育的小學(xué)3D打印課程開發(fā)與設(shè)計(jì)研究

白俊如

摘 ?要 中小學(xué)3D打印教材匱乏且無法滿足學(xué)生的需求。以華興小學(xué)課程開發(fā)為例，從學(xué)生的實(shí)際需求出發(fā)，用訪談?wù){(diào)查法對師生需求進(jìn)行了解，同時(shí)進(jìn)行3D打印課程開發(fā)與設(shè)計(jì)，以滿足學(xué)生的需求和解決3D打印教材匱乏的問題。

關(guān)鍵詞 創(chuàng)客教育;課程開發(fā);3D打印;教材;校本課程

中圖分類號：G623.58 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）11-0054-04

1 前言

當(dāng)前已經(jīng)進(jìn)入創(chuàng)客教育時(shí)代，創(chuàng)客教育通過為學(xué)生提供體驗(yàn)的平臺，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的新型教育方法。目前，許多中小學(xué)面臨3D打印教材匱乏，3D打印師資隊(duì)伍難以滿足需求，3D打印課程無法滿足學(xué)生需求等問題。基于此，筆者決定對3D打印課程進(jìn)行開發(fā)與設(shè)計(jì)，既解決教材匱乏問題，又提高教師的教學(xué)水平，滿足學(xué)生系統(tǒng)化學(xué)習(xí)的需求。

2 相關(guān)概念概述

創(chuàng)客教育 ?創(chuàng)客教育是一種以學(xué)生興趣為依托，用項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方式，使用數(shù)字化工具，倡導(dǎo)造物，培養(yǎng)跨學(xué)科解決問題能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力的創(chuàng)客文化與教育相結(jié)合的素質(zhì)教育[1]。

3D打印技術(shù) ?3D打印技術(shù)是一種把平面轉(zhuǎn)換成立體，把二維轉(zhuǎn)換成的三維的新興技術(shù)，能提高學(xué)生的空間想象和設(shè)計(jì)能力，應(yīng)用于很多領(lǐng)域，如工業(yè)、生活、交通、工程等。

3 3D打印課程開發(fā)評估：以華興小學(xué)為例

學(xué)生需求分析 ?學(xué)校的生源主要來自華興小區(qū)周邊，學(xué)生對周邊環(huán)境比較熟悉，對家鄉(xiāng)感情深厚，但對其又缺乏全面系統(tǒng)的了解。小學(xué)高年級學(xué)生的心理特點(diǎn)：對周圍新鮮的事物充滿好奇心，富有想象力和創(chuàng)造力;已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)知識，但思維發(fā)展以具象思維為主，抽象邏輯思維較差，對問題的批判性不強(qiáng);獲得新知識常要借助具象事物;好玩，自我控制力不強(qiáng)。總之，充分利用學(xué)生“好奇、好動、好玩”的心理特點(diǎn)，極大地激起學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)因與動因，是開發(fā)校本課程的基本出發(fā)點(diǎn)。

學(xué)校課程資源的分析 ?石家莊市華興小學(xué)建于1999年9月，占地面積7000平方米。學(xué)校現(xiàn)有在編教師50人，其中中學(xué)高級教師一人，小學(xué)高級教師18人，一級教師25人;大專以上學(xué)歷有44人。學(xué)校有教學(xué)班24個(gè)，在校學(xué)生1300人，但全校只有一位信息技術(shù)教師教授3D課程。學(xué)校配備七臺3D打印機(jī)供學(xué)生使用，卻只有課堂時(shí)間使用，其他時(shí)間處于閑置狀態(tài)，沒有讓學(xué)生真正用起來，開設(shè)3D打印課程也是教師的愿望以及一些家長的訴求。學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的重視，教師、家長的期待，為小學(xué)3D打印校本課程的開發(fā)提供了有力支持。

社區(qū)課程資源評估 ?悠久的歷史，燦爛的文化，光榮的歷程，新興的現(xiàn)代城市，形成石家莊獨(dú)有的城市文化。翻開石家莊的近代歷史，就是一部抵御列強(qiáng)侵略、爭取解放的歷史。石家莊孕育了特有的地域文化，既有豐富的傳統(tǒng)文化，又有現(xiàn)代意識的城市文化和民俗古樸的鄉(xiāng)村文化。在當(dāng)前的城市建設(shè)中，迫切需要深入挖掘、提煉城市人文精神，提升城市文化品位，彰顯城市個(gè)性魅力。隨著鐵路的不斷發(fā)展，石家莊有“火車?yán)瓉淼某鞘小敝Q，它的傳統(tǒng)文化也是豐富多彩的，如舞龍燈、獅子舞、井陘拉花、霸王鞭等傳統(tǒng)藝術(shù)。

4 3D打印課程學(xué)生需求分析

為了解學(xué)生對3D打印課程的了解現(xiàn)狀和需求分析，采取訪談的方式進(jìn)行調(diào)查，共采訪二十幾位學(xué)生，并對訪談結(jié)果進(jìn)行分析整理。

對3D打印課程的了解現(xiàn)狀 ?目前學(xué)生對3D打印技術(shù)非常感興趣，因?yàn)樗哂蟹浅Ｉ衿娴镊攘?，吸引著人們?nèi)ヌ接?學(xué)生對石家莊文化了解得很全面，有飲食方面的，有戲劇文化方面的，等等。其中他們說的一個(gè)火車文化對筆者觸動很大，他們喜歡用圖文的形式學(xué)習(xí)教材上的知識，喜歡打印一些卡通人物或多肉植物等，對計(jì)算機(jī)的掌握情況比較好，有些奇特的想法讓人意想不到。

對3D打印課程的設(shè)計(jì)建議 ?學(xué)生反映：課程的內(nèi)容要體現(xiàn)趣味性，課程任務(wù)設(shè)計(jì)最好是以小組合作的方式完成，這樣能提高團(tuán)結(jié)協(xié)作意識，培養(yǎng)信息技術(shù)能力。他們希望教材的風(fēng)格科幻一些，對評價(jià)設(shè)計(jì)希望可以進(jìn)行多元化的評價(jià)，這樣可以借鑒各組的優(yōu)缺點(diǎn)對知識進(jìn)行完善。對校本課程的主要建議是開發(fā)他們喜歡的、適應(yīng)社會潮流的、趣味十足的教材。

5 3D打印課程設(shè)計(jì)

課程目標(biāo)設(shè)計(jì)

1）課程目標(biāo)的設(shè)計(jì)依據(jù)是學(xué)生的身心發(fā)展特點(diǎn)。學(xué)生的發(fā)展需求是課程開發(fā)的起點(diǎn)與歸宿，因此要深入了解學(xué)生的身心發(fā)展特點(diǎn)。校本課程主要是為了彌補(bǔ)國家課程的不足，因此，課程目標(biāo)的設(shè)計(jì)既要把握學(xué)生的共性需求，又要關(guān)注不同學(xué)生的興趣所在（即體現(xiàn)個(gè)性化需求）。開設(shè)學(xué)生能夠?qū)W習(xí)并喜愛的課程是學(xué)校開設(shè)校本課程的初衷，是當(dāng)今社會發(fā)展的需要。設(shè)計(jì)校本課程目標(biāo)時(shí)既要考慮當(dāng)?shù)氐木C合條件，又要緊跟社會發(fā)展的趨勢，符合社會發(fā)展需求，真正培養(yǎng)出適應(yīng)社會發(fā)展的新型人才。

不是為單純利用設(shè)備開設(shè)課程而開發(fā)，而是學(xué)科知識發(fā)展的要求。學(xué)科是知識最主要的支柱，課程的開設(shè)是為了有效傳遞其他途徑難以獲得的知識。3D打印技術(shù)是小學(xué)信息技術(shù)課程實(shí)踐操作部分，是理論課程的補(bǔ)充。但作為一門校本課程進(jìn)行開發(fā)，絕不單單是為了某一門學(xué)科的發(fā)展，而是為了學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。因此，在設(shè)計(jì)目標(biāo)時(shí)要考慮多門學(xué)科的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)重實(shí)踐、超學(xué)科的發(fā)展。

2）課程定位。在3D打印的具體教學(xué)上，學(xué)校應(yīng)結(jié)合各年齡階段學(xué)生的實(shí)際情況。根據(jù)皮亞杰認(rèn)知發(fā)展階段論，小學(xué)階段3D打印教學(xué)應(yīng)當(dāng)側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的想象力與感性認(rèn)識，應(yīng)使用自由、輕松的教學(xué)方式以提高學(xué)生的興趣，教授簡單的建模方法使學(xué)生產(chǎn)生成就感，目的是激發(fā)學(xué)生的想象力和興趣、培養(yǎng)其思維能力。

3）課程的總體目標(biāo)。了解3D打印設(shè)計(jì)原理及相應(yīng)的各種3D打印方式及其應(yīng)用，學(xué)會用3D打印去解決生活中的一些問題，培養(yǎng)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力。通過幾個(gè)典型案例，學(xué)生獲得的不僅僅是操作技能，更是創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維，激發(fā)創(chuàng)造性。

3D打印課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

1）3D打印基礎(chǔ)知識。3D打印校本課程必定要涵蓋3D打印的相關(guān)基礎(chǔ)知識，向?qū)W生介紹其打印原理、發(fā)展現(xiàn)狀、應(yīng)用領(lǐng)域以及未來發(fā)展趨勢等，讓學(xué)生對3D打印有一個(gè)宏觀的認(rèn)識。

2）建模軟件操作知識。3D打印校本課程的開發(fā)與實(shí)踐重點(diǎn)在于教會學(xué)生如何建模，不僅僅是簡單的打印操作。教師要教會學(xué)生熟練掌握建模軟件的基本操作，幫助學(xué)生將想法變成現(xiàn)實(shí)，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識運(yùn)用到實(shí)際生活中。最終，拓展他們的想象空間，獲得創(chuàng)新思維，作出有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)。

3）具體學(xué)科知識。在3D打印校本課程中，結(jié)合具體學(xué)科，與學(xué)科教師交流探討，選出可與3D打印相融合且有融合價(jià)值的知識點(diǎn)，如數(shù)學(xué)學(xué)科中的立體幾何問題、語文學(xué)科中疑難字詞、美術(shù)學(xué)科中的簡單繪畫作品等。

4）地域文化知識。華興小學(xué)地處河北省石家莊市，有獨(dú)特的井陘拉花、常山戰(zhàn)鼓等民俗文化，而且這座城市是因路而興，建城史上與鐵路有著不解之緣。這一系列的元素都可以融合到當(dāng)?shù)匦１菊n程開發(fā)過程中去。

3D打印課程的內(nèi)容框架設(shè)計(jì) ?在確定了校本課程主要內(nèi)容的基礎(chǔ)上，需對課程內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)合理的組織安排，一般課程內(nèi)容組織需要滿足兩方面的要求：

1）“兩個(gè)結(jié)合”，即學(xué)科性內(nèi)容與非學(xué)科性內(nèi)容相結(jié)合，以及間接經(jīng)驗(yàn)與直接經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合;

2）“兩個(gè)統(tǒng)一”，即知識邏輯與心理邏輯的統(tǒng)一，以及課程內(nèi)容的直線性與螺旋性的統(tǒng)一。

在遵循小學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律的基礎(chǔ)上，將整體內(nèi)容按照軟件操作難度由簡到繁進(jìn)行組織，在循序漸進(jìn)學(xué)習(xí)軟件操作的同時(shí)，滲透學(xué)科知識以及地域文化，每次新授課對舊知識進(jìn)行復(fù)習(xí)鞏固。校本課程開設(shè)的第一階段共設(shè)計(jì)16個(gè)學(xué)時(shí)，為期一學(xué)期，每周五下午2—3點(diǎn)社團(tuán)時(shí)間進(jìn)行，具體課程安排由學(xué)校商議后決定（初識3D打印—認(rèn)識圖形—組合圖形—打印作品—制作工藝品—與具體學(xué)科相結(jié)合—優(yōu)秀成果展示評價(jià)）。圖1所示為課程框架設(shè)計(jì)。

課程評價(jià)的設(shè)計(jì)

1）評價(jià)理念。

①注重評價(jià)主體的多元性，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)、教師、學(xué)生、家長都是評價(jià)的主體;

②注重評價(jià)方式的多樣化;

③注重評價(jià)內(nèi)容的多元化，如學(xué)生作品展覽、學(xué)生過程性評價(jià)、學(xué)生綜合評價(jià)等。

2）評價(jià)量表。表1所示對學(xué)生評價(jià)的設(shè)計(jì)。

6 對3D打印課程設(shè)計(jì)的檢測

教師訪談內(nèi)容梳理

【班主任】我覺得學(xué)校能夠大膽嘗試開設(shè)3D打印校本課程挺好的，學(xué)生學(xué)點(diǎn)兒新的東西對他們是有幫助的，尤其是在現(xiàn)在這樣發(fā)展迅速的社會，不學(xué)習(xí)就會被淘汰。我很支持學(xué)生學(xué)習(xí)3D打印，只是學(xué)?，F(xiàn)在條件有限，只能是個(gè)別學(xué)生去學(xué)習(xí)。我們班上是三個(gè)男生、三個(gè)女生，我發(fā)現(xiàn)男生更加喜歡這個(gè)課程，我也問過他們覺得課程有沒有意思，男生覺得很神奇，表示挺喜歡學(xué);女生告訴我，她覺得挺難的。至于內(nèi)容設(shè)計(jì)，我覺得設(shè)計(jì)得挺好，適合三、四年級的孩子們學(xué)習(xí)，可以繼續(xù)對3D打印校本課程推進(jìn)設(shè)計(jì)，如果開發(fā)和設(shè)計(jì)好的話，我們會在下學(xué)期采用。

學(xué)生訪談內(nèi)容梳理 ?華興小學(xué)五年級學(xué)生（男、女生共20人），年齡在11歲左右。以下為訪談內(nèi)容梳理。

【學(xué)生】我們生活中接觸過正方體、長方體、圓柱體，棱柱很少接觸;在美術(shù)課上經(jīng)常照書上或者個(gè)人想法畫卡通人物或各種場景（學(xué)校、商店等周邊環(huán)境及事物）等;手工課上完成過很多作品，如制作泡泡機(jī)、剪紙、廢品制作、花籃、椅子，有的同學(xué)還做出了太陽能吹風(fēng)機(jī)等作品。我們比較傾向于學(xué)習(xí)充滿科技和神秘色彩的內(nèi)容。打印成品的興趣偏好：餅干等食品和一些漫畫游戲中的卡通人物（女）、手槍等武器、鑰匙之類的生活用品。樣張比較新穎，我們挺喜歡的，期望著這門課程的教材早日出版開發(fā)出來。

7 結(jié)語

隨著創(chuàng)客教育概念的提出，國家對新技術(shù)投入逐漸加大，3D打印等新技術(shù)會得到更加廣泛的關(guān)注，從而推動其在教育中的普及。在創(chuàng)客教育背景下的中小學(xué)3D打印教育普及和深入過程中會不斷產(chǎn)生新的問題，這就需要不斷更新觀念、不斷完善，只有這樣才能使3D打印教育呈現(xiàn)良性循環(huán)的趨勢發(fā)展，這也貫穿了創(chuàng)客教育的核心理念。相信在國家政策的支持下，在教育研究者以及一線教師的共同努力下，基于創(chuàng)客教育的3D打印課程會給教學(xué)帶來巨大的變化。

參考文獻(xiàn)

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