由“思”至“造”
——3D 打印教育助力小學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

計(jì)金弟 江蘇省昆山市千燈中心小學(xué)校

3D 打印技術(shù)在教育領(lǐng)域得到越來越多的關(guān)注，《地平線報(bào)告》更是提出3D 打印能夠?yàn)榻虒W(xué)、學(xué)習(xí)帶來創(chuàng)新，也是未來教育的方向，是能夠?qū)崿F(xiàn)“設(shè)計(jì)即生產(chǎn)”的創(chuàng)想，有助于小學(xué)生創(chuàng)想能力的培養(yǎng)。

一、3D 打印教育基礎(chǔ)理念

(1）3D 打印教育項(xiàng)目學(xué)習(xí)

項(xiàng)目學(xué)習(xí)即PBL，是一套能夠幫助學(xué)生深入研究真實(shí)世界主題的課程活動(dòng)，具體內(nèi)容包括構(gòu)想、驗(yàn)證、完善以及制造出某個(gè)東西。在小學(xué)3D 打印教育中應(yīng)用項(xiàng)目學(xué)習(xí)，能夠使學(xué)生靈活應(yīng)用3D 打印技術(shù)來制作某個(gè)作品，然后將作品進(jìn)行展示，以此為目的來借助多種資源在真實(shí)世界中開展探究活動(dòng)，從而幫助學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)研究完成項(xiàng)目所需要的多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域原理與概念，同時(shí)使得學(xué)生能夠在一定時(shí)間內(nèi)解決一系列與之相關(guān)的問題，這種學(xué)習(xí)模式有著最大程度的激發(fā)學(xué)生的探究精神，從而培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

(2）3D 打印教育設(shè)計(jì)思維

所謂的設(shè)計(jì)思維，其思維形式是以解決方案為導(dǎo)向，從目標(biāo)或者要達(dá)成的成果著手，而不是從某個(gè)問題入手，以此來探索問題解決方案，是屬于在行動(dòng)過程中進(jìn)行創(chuàng)意思考的獨(dú)特模式。隨著我國(guó)素質(zhì)教育的不斷深入，設(shè)計(jì)思維的影響也在逐漸擴(kuò)大，而3D 打印教育所提倡的便是設(shè)計(jì)思維。學(xué)生在發(fā)現(xiàn)生活中的問題后，以解決問題作為要達(dá)成的成果，通過獨(dú)立思考與合作分享，利用3D 打印技術(shù)來解決問題。相比于傳統(tǒng)教學(xué)模式中的教師教、學(xué)生做，3D 打印教育更能夠落實(shí)由“思”至“造”的完整過程，在這過程中，所有任務(wù)的問題解決都需要學(xué)生通過思考、合作、創(chuàng)新來進(jìn)行設(shè)計(jì)與執(zhí)行，3D 打印技術(shù)為學(xué)生解決問題提供了有效途徑，同時(shí)也為學(xué)生創(chuàng)新能力的提升提供了新的平臺(tái)。

二、3D 打印教育教學(xué)實(shí)踐

在3D 打印教育中，為了能夠促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的提升，教師不僅需要靈活運(yùn)用技術(shù)工具，同時(shí)還要不斷創(chuàng)新學(xué)習(xí)模式。

(1）制作立體剪影

小學(xué)五年級(jí)是學(xué)生建立立體概念的重要階段，而制作立體剪影則是能夠幫助學(xué)生挑戰(zhàn)空間想象力，學(xué)生需要從觀察、測(cè)量以及繪制入手，之后通過數(shù)據(jù)的計(jì)算來增加多立體剪影的認(rèn)知。在該教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生通過3D 打印教學(xué)，不僅能夠提高對(duì)立體圖形的感知，同時(shí)能夠通過實(shí)際操作來掌握原型圖、三視圖，這個(gè)由具體到抽象再到具體的過程，有助于學(xué)生空間想象力的提升。除此之外，學(xué)生還能夠在親自動(dòng)手制作的過程中更熟練的掌握信息技術(shù)。

(2）生活中的3D

在學(xué)生初步認(rèn)識(shí)3D 打印技術(shù)后，教師便可以讓學(xué)生通過3D 建模軟件（DSM）來設(shè)計(jì)制作出三維模式，從而實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意，再通過3D 打印機(jī)將實(shí)物打印出來，以此解決生活中的實(shí)際問題。例如，為了能夠讓學(xué)生更好的感受所學(xué)知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用有著密切聯(lián)系，教師可以組織學(xué)生開展“我的校園”的3D 打印實(shí)踐主題活動(dòng)。學(xué)校是學(xué)生每天上學(xué)都能夠接觸到的日常事物，也是學(xué)生生活中必不可少的存在，目前許多學(xué)校外形都帶著濃厚的現(xiàn)代氣息，和板式建筑有著極大的差別，因此對(duì)學(xué)生的3D 建模能力有著非常大的挑戰(zhàn)。學(xué)生進(jìn)行學(xué)校3D 建模時(shí)，需要按照先部分、再整體的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行操作，首先繪制小的區(qū)域，然后再逐漸構(gòu)建起整體概念，通過掌握完整數(shù)據(jù)后，再慢慢的提高繪制難度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)學(xué)校3D 建模的完成。在實(shí)踐操作過程中，學(xué)生需要獨(dú)立解決平面圖識(shí)圖、校園丈量、等比例縮放等相關(guān)問題，之后還要了解模型涂色的相關(guān)技術(shù)與知識(shí)。在整個(gè)操作過程中，相關(guān)信息技術(shù)知識(shí)能夠悄無聲息的滲透進(jìn)去，讓從而提高教學(xué)效率與質(zhì)量，同時(shí)學(xué)生能夠感受到所學(xué)知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用關(guān)系密切，從而提高學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)意識(shí)，在拓展學(xué)生學(xué)習(xí)領(lǐng)域的同時(shí)，還能夠促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的提升。

(3）創(chuàng)客挑戰(zhàn)賽

在學(xué)生能夠輕松設(shè)計(jì)出3D 模型后，教師便可以為學(xué)生布置一個(gè)“創(chuàng)客24 小時(shí)”的信息技術(shù)主題項(xiàng)目，要求學(xué)生利用DSM 建模軟件在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成作品制作，這種活動(dòng)的設(shè)計(jì)能夠幫助學(xué)生鞏固和復(fù)習(xí)所學(xué)知識(shí)，同時(shí)能夠提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。例如，教師可以提出“能與人交互的燈光裝置”的主題讓學(xué)生通過小組合作的方式來進(jìn)行制作，學(xué)生首先要做的便是確定設(shè)計(jì)的方向，通過小組之間的不斷討論來完善設(shè)計(jì)方案。之后再測(cè)量Arduino 模塊，為了避燈具的打印出現(xiàn)過大或過小的情況，學(xué)生必須要不斷的進(jìn)行調(diào)整與檢查，如果中間出現(xiàn)一個(gè)小的疏忽也很有可能毀掉大的作品。學(xué)生通過自主設(shè)計(jì)、建模、打印、編程以及組織后，便能夠設(shè)計(jì)出“能與人交互的燈光裝置”，比如能夠在光線較暗時(shí)閃爍，或者能夠響起音樂等。教師最后將各個(gè)小組制作的作品進(jìn)行全部分享與展示，然后挑選出最優(yōu)的作品給予表?yè)P(yáng)與支持，對(duì)于其它作品給予鼓勵(lì)與肯定。通過這種3D 打印教育形式的設(shè)計(jì)，能夠幫助學(xué)生自由轉(zhuǎn)換抽象概念與直觀經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)能夠不斷糾錯(cuò)，在滿足學(xué)生成就感的同時(shí)，還極大程度的培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神與創(chuàng)新行動(dòng)力。

三、結(jié)束語(yǔ)

簡(jiǎn)而言之，3D 打印能夠融入到多個(gè)學(xué)科，該教育模式能夠?yàn)閷W(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供新平臺(tái)，使學(xué)生能夠根據(jù)自身的需求來進(jìn)行個(gè)性化和多元化學(xué)習(xí)，在增強(qiáng)學(xué)生成就感的同時(shí)，也能夠促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的不斷提升。