3D打印技術下的STEAM綜合實踐活動教學探討

姚 凱

(長沙市中小學素質教育實踐基地岳麓營地 湖南長沙 410000)

隨著科學技術的不斷發展，3D打印技術在生產制造、醫學等領域中均發揮著重要價值。《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見》提出，鼓勵中小學積極探索STEM教育、創客教育等新型教育模式，以此培養學生的創新意識及信息意識，引導其養成良好的學習習慣。長期以來，綜合實踐活動都是學校教育的重要組成部分，在此背景下，高效實施改課程尤為重要。

一、3D打印技術特點及原理概述

從3D打印技術的自身特點來看，其與傳統技術有很大差異，即“逐層疊加”的原則。3D打印技術的應用有助于大規模及個性化生產的開展，其在成形產品方面呈現均勻化的特點。從技術發展現狀來看，科學技術的發展有助于提高人們的物質生活水平。從3D打印技術的3D建模來看，主要是通過3D掃描儀獲得三維數據，借助數字化的形式生成三維模型[1]。3D打印技術是顛覆傳統制造業的新興產業，有些學校把其作為一項重要的學習內容，其在教學中的應用，有助于實現新的課程教學目標。

二、3D打印技術下的STEAM綜合實踐活動教學

3D打印技術下的STEAM綜合實踐活動符合新課程的標準及要求，在教學方面有以下優勢：一是課程從真實的問題情境入手，融合了藝術、科學、工程、技術、數學學科的知識，建構了綜合性課程；二是課程主題活動劃分為各個單元，且依據由淺入深的規則安排內容；三是該課程是一種工程理念，其是學科知識的建構過程；四是科學應用3D打印技術，創新教學內容“實物化”的模式；五是充分發揮信息技術的優勢，把數字教學平臺和紙質教材有效結合起來，定期更新教學資源；六是考慮到了教師教學水平和教學環境的差異性，哪怕不能使用數字化教學平臺，也能借助紙質教材開展教學活動[2]。

三、3D打印技術下STEAM綜合實踐活動教學流程的設計與實施

綜合實踐活動在制定過程中，應做好學情和學習基礎的分析，還要考慮教師的教學水平。因為綜合實踐活動是系統化的學習過程，學生在課堂中學習3D打印技術是切實可行的。在師資方面，因為綜合實踐活動教師大多為兼職，教學能力存在差異性，所以在教學目標制定方面，應按照教師的自身情況設計教學，從而提高課堂教學實效性。新課程標準倡導“自主、探究、合作”等學習方式，綜合實踐活動是突出參與、動手實踐的新型學科，在教學活動中應充分調動學生的內在學習動機。比如，在“國之利器——3D印綜合實踐活動”的教學活動中，應通過學習3D打印技術感受到中國3D打印技術的科學進步，激發學生對科學的熱愛。通過學習，了解3D打印技術的現狀，開闊學生的視野，使其了解傳統工藝的制造流程和3D打印的制造流程，對比新舊技術的特點。根據綜合實踐活動的課程特點及3D打印技術的應用環境，在課程設計方面，應按照“引入主題—探究知識—合作參與—綜合評估—拓展學習”的流程實施教學[3]。另外，在綜合實踐活動課程中，STEAM學習中的“A”不僅是“藝術”，其能拓展為中國優秀傳統文化等內容，有助于更好地貫徹“立德樹人”的根本任務，且能提高學生的人文素養。與此同時，教師在知識探究環節通過“問題設置”，能引導學生養成良好的問題意識，從而培養其創新實踐能力。再者，教師在合作環節應突出對學生動手實踐能力的培養，最大限度提高學生的參與度，以此提高課堂教學實效性。

四、展望與建議

（一）突出生活和實踐

《綱要》指出，綜合實踐活動應從學生的生活實踐入手，引導其在生活情境中發現問題，所以在課程設置方面應選擇貼合學生的實物，加強與學生之間的交流。與此同時，3D打印技術下STEAM綜合實踐活動課程是一門突出實踐的課程，應把“做”貫穿到整個教學環節，指引學生更好地發現問題，并借助所學知識解決問題，從而提高其問題分析及解決能力[4]。

（二）突出教學過程

教師在實施綜合實踐教學活動時，不僅要培養學生的實踐操作能力，還應注重課程本身的價值。在教學活動中，教師除了應設置具體的知識目標，應盡量實現學習內容和教學活動的深度融合。綜合實踐活動課程主要是從學生的生活實踐入手，借助探究、體驗、合作等方式，突出對學生綜合素養的培養。STEAM教育和綜合實踐活動課程有相通之處，均強調跨學科學習，突出知識間的綜合應用，并重視“以學生為主體”的學習方式。鑒于此，學校應從綜合實踐活動課程入手，全面實施STEAM教育。

（三）突出學科整合

在綜合實踐教學活動中，教師應積極借鑒STEAM的教學理念，突出學科之間的深度融合。學科之間的融合并不是工程、藝術、科學、數學及技術等方面知識的簡單相加，而是按照解決問題的內在需求，從不同學科中提取自身所需的知識，促進完整知識體系的建構。綜合實踐活動注重學生的探究過程，深化學生的參與實踐，突出對其問題解決能力的培養。而應用3D打印技術能實現虛擬世界和實體世界間的有機切合，有針對性地培養學生的動手實踐能力，把學生的創意變成現實，從而實現綜合實踐活動課程的優化[5]。

（四）突出系統評價

不管在哪種教學情境下，教學評價在教學活動中的價值都尤為重要。綜合實踐課程與傳統課程不同，它的過程即學習。所以，應用傳統的課程評價方式已經很難系統地評價教學效果，教師應有針對性地設計評價體系。首先，評價不僅在于學生是否掌握學科知識，還應評估學生的實踐能力；其次，應在評價體系內納入課程、改進、思考、操作等內容，綜合應用自評、測試、互評、他評等方式，創建完整的評價機制，以評促學。

（五）突出教師培養

從目前的情況來看，STEAM課程和綜合實踐課程在師資方面的培養機制有待完善。雖然STEAM課程在國內已經普及，但技術老師在專業知識方面有偏向性，其綜合教學素養仍待提高。綜合實踐課程的發展離不開專業教師的培養，培養學科綜合能力較強、人文素養較高的專職教師是其發展的必然方向，但短期內很難實現這一目標。此外，學校應不斷完善自身課程體系、教師培訓體系，同時借助學科合作等方式積累教學經驗，從而提高教師的專業化素養。

綜上所述，3D打印技術下STEAM綜合實踐活動的實施，能讓學生更好地認識到STEAM活動中的建構、合作、創造等都能借助3D打印技術來完成。3D打印技術可以把學生的創意打印出來，能夠培養學生的創新思維及創造力，有助于調動學生參與創意實踐的內在動機，引導其更好地參與到活動探究過程中，從而保證活動的實效性。以3D打印技術為載體，開展STEAM教育活動，把技術、數學、科學、工程和藝術等各個領域知識有機結合起來，有助于培養學生的創新意識，從而更好地培養其問題解決及分析能力，促進學生全面發展。