中職學?！?D打印”課程與教學現狀的調研與分析

◇浙江工業大學教育科學與技術學院 呂方方

通過對中職學?！?D打印”課程任課教師進行訪談調研，機械專業學習“3D打印”課程的學生進行問卷調研，了解到目前中職“3D打印”課程教師教學和學生學習現狀以及需求，為后續中職機械專業《3D打印》課程開發提供一定的參考。通過調研得出目前中職“3D打印”課程存在的問題，即學生學習態度消極，課程項目設置教育性欠缺，課程評價體系有待完善，并針對具體問題一一提出了解決策略，即通過設計基于真實情境的項目提高學生學習興趣，依據STEAM教育理念，明確能力培養目標，構建全過程多主體的課程評價體系，保證學習效果的反饋。

1 調研方案設計

（1）調研目的。為進一步了解當前中職學校“3D打印”課程以及教學現狀，明確教師和學生對于“3D打印”課程的需求狀況以及當前課程存在的不足之處，從而為后續的課程開發提供有效的參考。

（2）調研對象及調研方法。由于各中職院校對于“3D打印”課程具有不同定位，本次調研選取H市的三所具有代表性“3D打印”課程定位的重點中職學校為調研對象，每所學校選取一位“3D打印”課程任課教師進行訪談調查，并在訪談的基礎上采取隨機抽樣的方式，對三所學校中已經學習過或正在學習“3D打印”課程的機電專業學生進行問卷調查。

（3）調研內容。本研究在前期對“3D打印”教育相關的文獻分析的基礎上，請教3D打印技術領域相關專家、課程專家、以及中職學校機電專業的一線教師，綜合各方意見，特擬定“中職學?！?D打印’課程與教學現狀訪談提綱”（教師版）和“中職學?！?D打印’課程與教學現狀調查問卷”（學生版）兩份調查文件。

在面向中職學?！?D打印”課程教師的訪談提綱中，第一部分依舊是基本信息的填寫，主要了解任教教師的任教科目、教齡、職稱、專業、學歷等。第二部分包括23道訪談問題，主要了解開設“3D打印”課程的硬件及軟件教學設施配置情況、課程設置情況、學生專業基礎情況、教學實施現狀以及基于STEAM教育理念進行“3D打印”課程開發的意見和建議等，具體如表1所示。

表1 訪談維度一覽表

在面向中職學生的調查問卷中，主要包括兩大部分，第一部分是學生基本信息的填寫，包括學習“3D打印”課程的年級和專業以及學生的基本性別信息，第二部分是問卷的主體部分，主要了解學生學習3D打印課程前的專業基礎，對于“3D打印”課程的興趣及態度、對當前課程內容以及課堂教學方式的接受程度以及學習該課程的困境。該問卷共包括27個問題，其中24道選擇題，2道填空題，1道開放性題目。

表2 問卷維度一覽表

2 調研結果分析

2.1 教師訪談結果分析

本次訪談以面對面形式進行，共訪談3位分別來自三個不同中職學校（稱其為學校A，學校B，學校C）的“3D打印”課程優秀任課教師，每位教師訪談時間為一個小時左右。通過訪談可以了解到，不同學校對“3D打印”課程的定位不同，A校定位為機電類專業的專業拓展課，B校定位為全校學生的任意選修課，C校定位為數控加工技術應用專業增材制造方向的專業實踐課。但是綜合來看，“3D打印”課程受到上級教育管理部門以及學校領導的重視，硬件設施齊全，但是在師資力量稍顯薄弱，多數教師并未受過系統專門的培訓，都是自學，邊教邊學，導致其在教學內容的理解和組織上還有待提高。對于教材部分，三位教師一致反映無統一規劃教材，基本都是教師自編教學內容，呈現出較強的隨意性。

由于不同的課程定位，三所學校的“3D打印”課程目標也并不相同，相較于A校注重普及3D打印技術基本操作和培養學生的創新能力，B校和C校更注重機電專業基礎知識與技能與“3D打印”課程的融合；從課程內容可以看出，三所學校都統一教授三維建模，打印機操作，切片參數設置等基本內容，但是難度有差異，除此以外，B校和C校還包括3D打印機的維護與排故部分；在三維建模軟件部分，由于B校和C校的“3D打印”課程與機電類專業密切相關，為了使學生更早適應未來工作環境，統一使用專業機械設計或工業設計建模軟件如Solidworks或UG，而A校的建模軟件較為基礎和簡單，為3Done；在教學活動組織形式方面，三所學校統一采用項目形式，實施理實一體化教學，但項目的設計是課程開發與實施的重點也是難點；在項目教學案例方面，B校教師提出項目案例來源于機械結構，A校教師提出來源于日常生活，C校教師提出來源于比賽，這正反映了當前中職學校“3D打印”課程案例的三種取向：專業取向，生活取向以及比賽取向；在教學方法方面，除了傳統的講授法，提問法，討論法，突出演示法和模擬教學法；在課程評價方面，綜合來看三所學校均未建立起規范的評價體系，基本都是結果性評價，忽視過程性評價，并且在評價維度上也缺乏統一的指標，值得指出的是，C校做到了評價主體的多元性；在目前課程存在問題方面，B校教師指出課程內容偏少，可以增加逆向工程的內容，C校教師指出要實現3D打印設備的多元化，尤其去培養學生的設計能力，但打印時間長以及打印機維修費用和材料費用高昂也是制約課程發展的一大問題；在課程教學效果方面，三位教師一致認為“3D打印”課程最可以提升學生的創新設計能力，同時還有計算機能力和空間想象能力。

2.2 學生問卷結果分析

對三所中職學校中已經學習過或正在學習“3D打印”課程的機電專業學生進行問卷調研，以紙質問卷的形式進行發放與回收，共發放問卷150份，去除無效問卷3份，得到有效問卷147份，有效問卷回收率為98%。本次調研對象共有男生141人，女生6人，其中高二75人，高三72人，在專業方面，主要包括數控專業101人，汽車維修專業26人，計算機輔助設計與制造專業20人。

在同學們學習“3D打印”課程之前對于3D打印相關內容的了解方面，對3D打印技術的了解程度不同，只有17.01%的同學完全沒聽說過3D打印技術，其余大部分同學都對3D打印技術有一定程度的了解甚至使用過3D打印機，這就為后續課程的開展奠定了基礎；在選擇學習“3D打印”課程的原因方面，有33.3%的同學從個人興趣角度考慮，認為3D打印可以將想象變成現實，有助于其設計創作，有9.52%和12.93%的同學從未來個人職業發展角度考慮，認為3D打印作為新興的生產制造技術，掌握其必將有助于個人的就業，還有6.80%的同學為了比賽選擇學習“3D打印”課程，良好的選課動機成為同學們學好該課程的動力；從學生自身對于“3D打印”課程的情感態度分析，超過73%的同學表示喜歡“3D打印”課程，超過74%的同學認為“3D打印”課程很重要。綜合來看，大部分以往接觸過“3D打印”課程的同學對3D打印技術持正向支持態度，而這也成為我們持續改進課程以滿足學生需求的不竭動力。

在“3D打印”課程中學生對每節課的學習目標的了解程度及需求方面，只有不超過13%的同學能對本節課的學習目標有清楚的把握，而超過44%的同學認為有必要在每節課之前了解本節課的學習目標，“如果學生清楚地知道他們所需到達的目的地，他們就會積極地參與學習之旅”，事實表明，學生在課前清楚地知道本節課的學習目標有助于其學習效果的提高。

學生對3D打印技術相關理論的學習感興趣程度較低，只有11.56%，而對偏重于計算機操作和設計思維的三維軟件的學習感興趣程度較高，達到29.25%，其余學習內容感興趣程度較平均；對于3D打印技術的基本理論，三維建模軟件的學習，切片軟件的使用，3D打印機的操作，3D打印機的簡單故障處理五大塊學習內容，三維建模軟件的學習是大部分學生學習的難點，比重達29.25%，這也警示我們在后面的課程開發中要著重構思三維軟件部分內容教授，以提高學生的接受度；在3D打印課堂上，學生最常打印的是科技類產品的外殼，這與當今信息化時代科技進校園活動息息相關，也從側面反映出學生對于科技類產品的熱愛，我們在后面的《3D打印》課程內容設計時，要注重引入科技產品外殼的設計制造，既能吸引學生興趣，又能順應時代發展潮流；“3D打印”課程的本質是促進學生的創意設計發揮，如能有效利用機械專業基礎課理論，3D打印技術與專業基礎課可相得益彰，“您能在‘3D打印’課程中，體會到多門專業課知識和技能的綜合應用嗎?”結果顯示大部分學生并不能有效利用3D打印技術促進本專業基礎知識的學習和理解；在學生對“3D打印”課程內容的滿意情況方面，認為“3D打印”課程與其他專業課的學習互有幫助與沒有幫助的學生比例接近一比一，說明當前的“3D打印”課程對于促進其他專業課學習的效果不甚明顯，而對于教學內容的設置方面，學生總體上表示滿意，但仍有進步空間。

在理論學習和實際操作的安排方面，學生更喜愛理論學習和實際操作相結合的項目教學方式；學生最喜愛的課堂教學方式為教師和學生合作式，在“3D打印”課堂上，89.8%的學生會產生疑惑，只有67.35%的學生主動尋找多種途徑解答疑惑，學生自學比例一般，這說明以學生為主體，促進學生主動學習的課堂氛圍仍舊有待實現；關于學生對課堂活動的參與情況，60.54%的學生同意小組合作探究學習，有61.54%的學生愿意將自己的作品在同學面前分享展示，這表明學生參與課堂活動的熱情高漲，我們應該有效利用這種熱情，然而在自學效果方面，學生們的表現不盡如人意，只有18.36%的學生能根據老師布置的學習任務，明確要解決的問題，能對項目的實施方案進行規劃設計者更是寥寥，只有12.24%，由于知識學習的碎片化，學生根據需要利用本專業知識設計模型的能力也有待加強，這也成為后續《3D打印》課程開發改進的方向。

在課程評價維度，通過上文的教師訪談了解到，當前“3D打印”課程的評價體系并未形成規范，而合理全面的評價有助于提高學習效果，有58.42%的學生也渴望通過多種評價方式檢驗其學習效果，提出行之有效的課堂評價方案是本次課程開發的內容之一；關于在“3D打印”課程后，學生提高的能力類型在創新設計，技術應用，工程思維三個方面對學生的訓練有待加強。

3 中職學?！?D打印”課程存在問題

通過前期論文研究，對部分中職教師的訪談以及對中職學生的問卷調研分析，對于目前中職學?！?D打印”課程存在的問題，大致有以下幾種：學生學習態度消極；課程項目設置教育性欠缺；課程評價體系有待完善，教師教學經驗不足。

3.1 學生學習態度消極

目前，中職階段的“3D打印”課程大多以問題為導向，以項目的形式開展，這就需要學生具備探究問題的好奇心，系統分析問題的能力，科學的研究方法以及扎實的數理基礎。由實習接觸，教師訪談和學生問卷調研可知，中職學生對“3D打印”課程喜愛及重視程度不夠，加之理論基礎薄弱，不善于思考，缺乏行之有效的學習方法，等一系列學習特點大大影響了“3D打印”課程的效果，往往教師精心設計的一個項目，由于學生的消極懶散，游離于課堂學習之外導致項目的完成率大打折扣。究其原因，首先，項目設置以及教學方法不夠有吸引力，導致學生缺乏學習興趣，對課堂活動參與度低；其次，項目設置不契合學生當前學生的學習基礎，導致學生“知難而退”。我們在后續的課程開發中要注重激發學生的學習動機，吸引學生的學習興趣，在增強項目設置及教學實施的趣味性、體驗性、情境性的同時，選擇契合學生當前知識技能水平的項目，從而端正學生對于《3D打印》課程的情感態度。

3.2 課程項目設置教育性欠缺

首先，大多數“3D打印”課程都要打印不同的作品作為學習成果，我們稱之為“項目”。而這些“項目”的完成從構思到實現是一個復雜的過程，由于諸多條件限制，大部分“3D打印”課程簡化了問題分析，方案制定，迭代設計等極具思考性的過程。據統計，“3D打印”課程的作品有生活用品，科技類作品，手辦，機械零部件以及教學用具等，而這些作品的生成過程往往是教師直接給出模型或者讓學生去網上下載開源三維模型，或者學生根據教師給出的數據獨立用三維軟件建立模型，然后用切片軟件切片以后直接用3D打印機打印，整個學習過程單調枯燥，缺乏學生獨立探究和設計的內容。“3D打印”課程對學生來說僅僅是體驗由虛擬到實物的過程，而喪失了用3D打印機實現創意設計的本質功能。其次，“項目”類型單一，“項目”設置呈現較強的隨意性，并未嚴格按項目教學法的要求實施，導致整個教學過程混亂，達不到想要的教學效果。

3.3 課程評價體系有待完善

從教師訪談中了解到，對于“3D打印”課程的評價部分，大部分學校都是最后布置一個課程作業，即學生按照教師要求打印出一個3D打印成品，教師通過該成品做出對該生的本門課程評價。評價內容包括成品的實用性，美觀性，支撐設置，光潔度，創意性等，主要評教師的主觀評價，并無定量的標準。由此可以看出，在評價時間上，“3D打印”課程評價只包括終結性評價，缺乏對學生學習過程的關注；在評價主體上，僅僅是教師對學生進行評價，忽視了學生互評和學生自我評價；在評價內容上，僅憑教師主觀判斷，缺乏明確標準，這導致學生在完成作業過程中的無目的性。

4 中職學校“3D打印”課程問題解決策略

針對當前中職學?！?D打印”課程存在的問題，STEAM教育理念能提供解決途徑，STEAM 教育理念具有跨學科性、趣味性、情境性、協作性、設計性等特征，而“3D打印”課程最大的目的是通過該課程，借助3D打印機這個工具，培養學生通過創意設計解決真實問題的能力，這也與STEAM 教育理念不謀而合，兩者相得益彰。

（1）設計基于真實情境的項目，提高學習的趣味性。針對“3D打印”課程學生學習態度消極的問題，要通過增強學習內容和學習形式兩方面的趣味性，吸引學生參與到課堂中來。首先，學習內容的規劃本質是項目主題的設置，選擇與學生的日常生活息息相關的主題有助于吸引其學習興趣，通過在課堂上為學生營造生活中的真實問題情境，促進學生沉浸式參與；其次，學習形式依舊是項目的形式，學生要立足實際問題，構思解決方案，最后形成成品用以解決問題，整個過程中學生通過協作探究、數理分析、創造設計、技術應用、實踐操作等活動來理解、掌握、建構知識，獨立自主地學習，真正成為學習的主人。但在項目難度設置時要注意應用到知識的范圍，盡量在學生的“最近發展區”內。

（2）依據STEAM教育理念，明確能力培養目標。STEAM教育理念是跨學科的教育、做中學的教育、基于項目的教育、依托資源的教育、情境探究的教育、多元主體的教育[1]，在基于項目的STEAM教育形式下，有一套科學完整的理論支持體系，包括學習環境設計和學習科學方面的研究，它們共同規定著在課堂上如何隨著時間的推移而分階段實施項目教學，由于科學的理論支持，每個教學步驟都有其獨特的促進學生發展的意義。對基于項目的STEAM教育的簡單定義就是“明確的結果和模糊的任務”[2]，通過合理設計跨學科問題情境，明確規定要達成的結果而不限制具體的任務，這給了教師和學生按照流程規劃進行自主發揮的空間，既保證了學習過程的有序性和連續性，又保證了思維過程的開放性，能夠實現問題解決能力，科學探究能力，工程思維能力，技術應用能力等多種能力的綜合培養。

（3）構建全過程多主體的課程評價體系，保證學習效果的反饋。評價是基于項目的STEAM教育的一個重要組成部分，其認為學生的學習過程比學習結果更值得重視，所以將評價重點由終結性評價轉變為形成性評價，并且對人際互動給予了更多的關注。STEAM教育理念根據學習環境的不同綜合運用多種評價方法，并且開發出多套可以幫助教師對學生的學習進行高效評估的評價量規，其先進的評價觀念和科學的評價方法有助于我們構建科學的《3D打印》課程評價體系，從而保證學生的學習效果。