指向學生創新能力培養的初中3D打印教學實踐與思考

孫苗 江蘇省南京市金陵中學仙林分校中學部

● 案例背景

創客教育是培養學生創新實踐能力的重要途徑。3D打印課程作為創客教育不可或缺的一部分，已被越來越多的學校納入中小學課程。但是，在3D打印教學過程中教師常常會遇到這樣的困惑：如果給學生提供明確的樣例和操作步驟，全班學生的作品會千篇一律；如果完全讓學生自由設計，則課堂效率不高，并且很難呈現出色的作品。那么，3D打印課程如何開展，才能讓學生在掌握新知的基礎上生成創意作品，從而培養創新能力？筆者通過對3D打印課程進行三輪教學設計與調整，完成了課程的迭代更新，以此來培養學生的問題解決能力與創新能力。下面，筆者以《制作創意花瓶》課程為例進行說明（教學過程中使用123D design軟件）。

● 實踐舉措

1.教師更關注技術本身，學生簡單模仿

（1）過程描述

在《制作創意花瓶》課程的第一輪教學過程中（如表1），教師給學生提供了詳細的操作幫助文檔，并在課中進行了操作演示，大部分學生能夠在一節課內完成花瓶的建模。但是，這樣的教學設計出現了兩個問題：一是在學生失去新鮮感之后，后續的學習興趣有下降的趨勢，課堂氣氛不夠活躍；二是學生呈現出的最終作品大同小異，只有顏色和大小等的變化，創新能力沒有明顯提高。在這種狀況下，教師容易陷入為教技術而教技術的困境，教學成就感不高。

表1

（2）評價反思

①教學案例要結合生活實際。在學習3D建模制作創意花瓶之前，可以讓學生舉例談一談生活中花瓶的種類和用途，讓學生自己設計一款花瓶等，將課堂交給學生，讓學生發現和感受3D打印在生活中的應用。

②教學過程應注重引導和思考。創客類課程旨在將學生的創意變為現實，讓學生有實質性的作品產出。本課用了大量時間講授和演示花瓶作品的操作步驟，學生沒有經歷思考和再加工的過程。因此，學生最終呈現出的作品也就千篇一律，大部分是對教師教學案例的簡單模仿。本課在引入環節可以引導學生思考作品的組成和設計思路；在新授環節可以引導學生思考更多可行的解決辦法；在總結提升環節，可以引導學生討論總結本課的要點，以及從中得到的啟發。

③教學內容需關注前后知識的聯系。在制作瓶身部分，瓶身可以用繪制草圖放樣建模，也可以使用基本體建模、繪制草圖旋轉建模、繪制草圖掃掠建模等多種建模方式。在掏空花瓶部分，可以使用抽殼工具掏空瓶身，也可以使用相減工具掏空瓶身。因此，教學過程中需將多種前后連貫相通的知識整合和遷移，幫助學生建立完整的知識結構。

2.教師更關注技術的整合和遷移，學生模仿后再創新

（1）過程描述

教師從日常實例入手，分析總結了幾種常見的建模方法，希望學生在此基礎上建立知識框架，更好地進行作品的創新設計（如表2）。在按照這個思路實施之后，部分學生能夠設計出有一定創新性的作品，部分學生仍然簡單模仿教師演示的某個實例。通過觀察，這個教學思路同樣存在一些問題。首先，學生在掌握了一種建模方法制作作品之后，對其他建模方法的興趣明顯降低，教學效果不太明顯。其次，這種試圖整合知識、建立知識框架的過程實際還是教師主導的教學行為，學生經歷的體驗過程并不是很清晰，也就不能引起共鳴。最后，因為學生制作的作品并沒有一個問題情境，所以生成的一些外觀特異的作品失去了功能和價值，很難深層次地培養創新思維和創新能力。

表2

（2）評價反思

①學習目標應全面具體，關注素養的提升。本課程的學習目標局限于3D建模軟件的綜合應用，學習內容偏重技術，對學生的規劃設計能力、合作學習能力、展示交流能力以及人文素養的提升等關注度不夠。

②學習活動應基于問題情境，讓創新思維落地生根。本課學習活動以軟件的技術要點為線索，學生的創新思維沒有具體的著力點，不利于培養深層次的創新意識和創新能力。在課程改進方面，可以讓學生在問題情境中解決問題，采用項目學習的方式激發學生的創意，并設置科學的評價手段反饋學生的學習過程和學習結果。

3.教師在項目教學中設置問題情境，學生合作完成創意

（1）過程描述

本次課程設計總結了前兩次課程的經驗和不足，采用項目活動的方式開展教學實踐，讓學生在問題情境中合作完成創意設計，最后進行全班展示交流（如下頁表3）。

表3

（2）評價反思

本次項目活動讓學生探索了3D打印不同的建模方法，并基于此自主選擇主題，小組合作完成創意作品。同時，本次活動也增加了打印實踐操作課時。用3D打印技術解決生活中的實際問題，有效增加了學生學習的挑戰性，從而提高了學生學習的積極性和主動性。當然，通過對項目活動的設計及實施，也發現了許多需要注意的問題，尤其是小組成員對活動的管理、活動的評價及活動效果的檢驗等是創客項目活動設計及實施的關鍵部分。同時，活動中對教師的組織管理能力的要求也更為嚴格。

● 實踐反思

1.創設真實情境，解決實際問題

建構主義認為學習是學習者基于原有的知識經驗生成意義、建構理解的過程，而這一過程常常是在社會文化互動中完成的。對于實踐性較強的課程，更應該注重學生知識和技能的主動建構。所以，在課堂教學中，教師應該創設真實的生活情境，鼓勵學生在綜合的項目情境中解決實際問題，從而培養學生的學習興趣，提高學習的積極性和主動性。

2.激發學習動能，提高學習興趣

3D打印的項目活動基于真實情境，并且其活動內容具有綜合性，因此，教師要基于學生已有經驗和興趣專長，打破學科界限，為學生留出充足的自由活動的空間。通過本案例可以看出，小組成員如果缺乏主動意識，只在課堂中教師有限的指導下進行學習，幾乎達不到項目活動的目的。“用3D打印設計容器解決身邊的實際問題”項目具有較高的開放性，因而更需要學生進行課后的自主探究學習，否則，既不能達到項目活動的學習目標，也不能實現學生的培養目標。

3.注重交流互動，培養創意思維

在創客類課程教學中，教師應給學生提供充分的時空自由以培養創意思維，鼓勵學生在交流互動中造物，解決日常生活和學習中的具體問題。首先，在項目規劃設計階段，思維導圖、“頭腦風暴”等方法有利于學生開拓思路，完善創意。其次，在項目實施階段，學生分組完成創意制作，在協作交流的過程中取長補短，實現創意。最后，在作品展示交流階段，師生、生生之間的互動，組與組之間的思維碰撞，都將激發新的創意。

● 結語

本文對初中3D打印課程進行了三輪教學設計與調整，通過初中創客類課程的教學實踐，探索了在創客教學中提升學生創新能力的途徑和方法。筆者一直致力于普及性地開展包括3D打印課程在內的創客課程，探索和完善課程的設計與實施，以期能夠更好地培養學生的創新實踐能力。