基于STEAM理念的中職3D打印實訓課程教學實踐

陳秋鴻

摘要：在中職3D打印實訓教學中引入STEAM教育理念，以創(chuàng)新、創(chuàng)造、設計、建構、實施為主線，依托3Done Plus三維建模軟件、Cura切片軟件構建的教學平臺，利用動畫、微課、學習通等手段突破教學重難點，設計能促使學生全方位發(fā)展的教學策略。通過教學實施及過程評價，能夠解決3D打印實訓課程中存在的問題，有效提高教學質(zhì)量。

關鍵詞：STEAM教育理念;中職;3D打印課程;綜合能力培養(yǎng)

中圖分類號：TP391.73-4;G434 文獻標識碼：A 文章編號：2095-9052（2022）02-0-03

著力提升學生綜合素質(zhì)培養(yǎng)是確保我國職業(yè)教育高質(zhì)量發(fā)展的重要保障，但大部分中職學生均存在分析解決問題能力不足、創(chuàng)新意識缺乏、創(chuàng)新能力不強等問題。本文就上述問題結合學校實際，提煉STEAM教育理念的核心特征，將之融入數(shù)控專業(yè)的日常教學，并以3D打印課程為例闡述STEAM教育理念與學科教學的完美融合。

一、STEAM教育理念助力3D打印實訓課教學

（一）STEAM教育理念

STEAM作為一種重實踐的教育理念，需科學、技術、數(shù)學等進行跨學科融合。廈門市同安職業(yè)技術學校（以下簡稱本校）結合中職教育的特點延伸出創(chuàng)新（Innovation）、創(chuàng)造（Create）兩個模塊。STEAM教育理念強調(diào)公共基礎課與專業(yè)課之間的融會貫通，注重學生文化素養(yǎng)、科學素養(yǎng)、綜合職業(yè)能力與可持續(xù)發(fā)展能力的培養(yǎng)[1]，符合當下創(chuàng)新教育、個性化教育的理念，非常契合中職學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求。

（二）STEAM教育理念與3D打印課程的完美融合

3D打印課程無時無刻不在彰顯STEAM教育理念。草圖的設計需運用美術、數(shù)學、物理等方面的知識，模型比例、尺寸、顏色等設計體現(xiàn)了數(shù)學、科學、藝術和工程等素養(yǎng)的融合;3D One Plus三維模型構建需應運用工程設計方面的知識，體現(xiàn)了技術與工程素養(yǎng)的融合;模型的修繕需運用美術方面的知識，體現(xiàn)了藝術素養(yǎng)。所以3D打印課程的實施能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，提升其創(chuàng)造力、創(chuàng)新力、想象力及技術、工程思維的發(fā)展。

二、基于STEAM教育理念的3D打印實訓課教學實踐

（一）教學設計流程圖

融合STEAM理念的教學模式應具備真實的企業(yè)問題或生活情境的導入、關鍵問題或項目任務的提出、解決方案的設計、完善、實施過程、最終產(chǎn)品的交流展示以及過程評價等步驟，如圖1所示。

（二）課堂教學設計

第一，課程名稱：設計制作不同類型的齒輪傳動機構。

第二，STEAM教學目標。S（科學）：掌握齒輪傳動的類型、原理及主要參數(shù)，了解齒輪傳動的設計準則。T（技術）：學會3D One Plus建模軟件、Cura切片軟件的基本操作，熟練使用3D打印機。E（工程）：利用建模軟件繪制不同類型的齒輪傳動機構3D模型。A（藝術）：對制作好的實體模型進行顏色搭配、修改。M（數(shù)學）：設計出比例尺寸合適的齒輪傳動機構。

第三，教學步驟設計（如表1所示）。

（三）課堂教學實施過程

1.課前部分

學生進行分組，教師將職業(yè)素養(yǎng)、勞動教育、勞模精神等思政要素融入本次教學。教師在“學習通平臺”發(fā)布學習任務：一是觀看3D One Plus的教學視頻，復習鞏固其基本操作方法，完成簡單模型的繪制作業(yè);二是學生接收“設計制作不同類型的齒輪傳動機構”任務書，觀看各類齒輪傳動機構的傳動示意圖，借助互聯(lián)網(wǎng)查詢相關資料，構思本組齒輪傳動機構的構建思路。此階段采用線上教學模式，不僅能培養(yǎng)學生自主學習的習慣，還能幫助教師快速了解任務完成情況及軟件使用的熟練程度，提升課堂教學效率。

2.課中部分

第一，搭建框架。教師首先點評線上模型繪制作業(yè)存在的問題，強調(diào)嚴謹?shù)闹匾裕囵B(yǎng)學生認真細致的工作態(tài)度。組織學生連線企業(yè)技師聽取齒輪傳動機構運行的原理，溝通、交流讓學生明確本次設計任務的重要性、注意事項，借此引出本次課的學習任務及設計要求。同時教師通過PPT講解齒輪傳動設計標準，為學生的創(chuàng)造搭建框架。此環(huán)節(jié)要求學生具備相關科學及數(shù)學素養(yǎng)。

第二，設計模型。學生接受任務要求，整合知識點及課前設計思路，利用已具備的藝術知識、科學知識，小組討論完成齒輪傳動機構的草圖設計及產(chǎn)品設計說明書。教師引導學生根據(jù)網(wǎng)上查閱資料及企業(yè)標準來選擇材料，確保設計的產(chǎn)品符合使用要求。以小組為單位派代表展示草圖作品，闡述設計思路，組內(nèi)、師生間互相談論，提出建議共同優(yōu)化設計方案。此環(huán)節(jié)要求學生具備相關科學、工程、藝術素養(yǎng)。

第三，建構三維模型。各小組根據(jù)修改后的草圖配以技術、工程知識，利用3D One Plus軟件完成齒輪傳動機構各零件模型的繪制并上傳。在建模過程中教師應及時對學生遇到的問題給予針對性指導，個別不會的小組可參照“學習通”的繪制微課，利用微課所給的形狀及齒輪參數(shù)進行建模，從而實現(xiàn)分層教學，提高學習效率。本次課的教學難點在于齒輪、蝸桿的參數(shù)設置及各齒輪之間的嚙合，參數(shù)設置是否正確直接影響齒輪裝配后整個機構的傳動。學生可以通過裝配仿真發(fā)現(xiàn)相應問題，重新設計模型尺寸和結構，完善設計方案。此環(huán)節(jié)要求學生具備科學、技術、工程、藝術、數(shù)學等綜合素養(yǎng)。

第四，切片修繕、合作提升。學生將繪制好的各齒輪模型導入Cura切片軟件進行切片設置，利用科學知識檢測各齒輪模型的缺漏，培養(yǎng)學生精益求精的工匠精神。將切片后的打印程序?qū)?D打印機進行增料成形加工，檢驗成品是否達到預期設計效果，裝配后的傳動是否符合設計要求。如不符合要求應倒推出錯環(huán)節(jié)，組內(nèi)討論解決方法，再修改再打印。此環(huán)節(jié)要求學生具備科學、技術、工程、數(shù)學等綜合素養(yǎng)。

第五，評價、交流、總結。教師組織小組代表進行作品展示，分享作品設計初心、創(chuàng)新點以及遇到的問題、解決方案。教師分發(fā)考核評價表，組織學生進行自我評價、小組成員間互評、組與組之間互評。同時教師通過“學習通”匯總評價結果，結合過程、結果等進行多維度、客觀地點評。教師就本次教學活動進行知識、技能、學生表現(xiàn)的概括及總結，及時發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新點、指正不足，串聯(lián)知識點，鞏固學生學習成果。

3.課后部分

學生上傳作品模型、實物及設計說明書，總結相關知識點及技能。教師根據(jù)教學效果布置分級任務及作業(yè)，要求評價得分少的學生重新觀看微課，鞏固所學知識;得分較高的學生進行課外拓展，如設計基于齒輪傳動機構的實用小物（風扇、打蛋器等）。針對個體差異進行分層拓展最大限度地挖掘?qū)W生潛力，提升學生創(chuàng)造和創(chuàng)新能力。

（四）實施效果

本次課通過項目教學的形式充分融合STEAM教育理念，將機械基礎、機械制圖、三維仿真、數(shù)學、藝術等學科的知識及技能融入教學過程，學生不僅掌握了三維軟件及打印技術等相關技能，還能結合生活實際及生產(chǎn)需求進行藝術與美學的優(yōu)化處理，提高了自身的藝術修養(yǎng)。通過教學反饋我們還發(fā)現(xiàn)學生對3D打印課程的感興趣程度遠超其他學科，同時也希望其他學科也能進行STEAM課改。

三、結語

綜上所述，融合STEAM教育理念開展3D打印項目教學活動，能夠充分培養(yǎng)學生綜合能力、知識靈活遷移應用能力、實踐能力及創(chuàng)造、創(chuàng)新精神。STEAM項目活動為學生營造一種更為開放的學習環(huán)境，學生在“做”中主動完成了科學、技術、工程、藝術和數(shù)學等跨界知識的習得和內(nèi)化，思維得以拓展，創(chuàng)新意識和能力明顯提升[2];同時對教師又提出了更高的要求，教師只有不斷儲備和更新跨學科的知識與技能，才能更好地設計和實施STEAM教學[3]，提升課堂教學實踐教學質(zhì)量。

參考文獻：

[1]葉艾仲，蒙友英.中高職銜接教育中職業(yè)素養(yǎng)課程的審視和探索——以會計和電子商務專業(yè)為例[J].教育教學論壇，2018（21）：235-237.

[2]程美.基于STEAM的高職3D打印課程設計[J].中國教育信息化，2020（8）：42-44.

[3]段喚春，賀玉婷.融合3D打印技術的STEAM教學探究——以“設計制作不同形狀和結構的橋”為例[J].中小學數(shù)字化教學，2020（11）：69-72.

（責任編輯：董維）