鄒 梅，尚亞麗，陳文云

(長(zhǎng)春師范大學(xué)教育學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130032)

在“互聯(lián)網(wǎng)+”和創(chuàng)客教育時(shí)代背景下，以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、3D打印等為代表的信息技術(shù)對(duì)人類社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了重大影響。3D打印技術(shù)是運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)[1]。將3D打印技術(shù)恰當(dāng)有效地應(yīng)用到創(chuàng)客教育課堂中，優(yōu)化教師的教學(xué)，并在“玩中創(chuàng)”“做中學(xué)”的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，對(duì)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)具有重要意義。

1 3D打印在中小學(xué)創(chuàng)客教育課堂中的應(yīng)用現(xiàn)狀

近幾年，3D打印以信息技術(shù)拓展課或者社團(tuán)活動(dòng)的形式逐步走進(jìn)了中小學(xué)課堂。在武漢，武漢市第四十九中學(xué)擁有全市第一個(gè)3D打印實(shí)驗(yàn)室；在淄博，臨淄區(qū)正在推廣“3D進(jìn)課堂”，已確定首批13所特色學(xué)校試點(diǎn)，編制完成了相關(guān)教材，并對(duì)全區(qū)科技輔導(dǎo)員進(jìn)行了培訓(xùn)；在寧波，泰河中學(xué)開(kāi)設(shè)了基于3D打印的“設(shè)計(jì)大師”課程[2]。

本文對(duì)吉大附中力旺實(shí)驗(yàn)小學(xué)和吉林省第二實(shí)驗(yàn)高新學(xué)校的3D打印課程開(kāi)設(shè)情況、3D打印設(shè)備在課堂中的使用情況以及學(xué)生的接受情況進(jìn)行走訪調(diào)查。

圖1 長(zhǎng)春市各中小學(xué)3D打印課程的課時(shí)情況

1.1 課程開(kāi)設(shè)情況

根據(jù)已有的數(shù)據(jù)表明，目前長(zhǎng)春市中小學(xué)已將3D打印課程納入到課程體系中，但未能進(jìn)入常態(tài)的課程與教學(xué)，主要以創(chuàng)新類校本課程的形式出現(xiàn)。大多數(shù)學(xué)校的3D打印課程都是以社團(tuán)課程和常規(guī)課的形式出現(xiàn)，課時(shí)較少，多為在1～2課時(shí)。只有少數(shù)學(xué)校3D打印課程的課時(shí)達(dá)到3課時(shí)以上。長(zhǎng)春市各中小學(xué)3D打印課程的課時(shí)分布如圖1所示。

本文對(duì)長(zhǎng)春市兩所中小學(xué)校3D打印課程的開(kāi)設(shè)情況進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比分析。其中，通過(guò)對(duì)長(zhǎng)春市吉大附中力旺實(shí)驗(yàn)小學(xué)的實(shí)地走訪，我們得知，該校在二年級(jí)第一學(xué)期開(kāi)始開(kāi)設(shè)信息技術(shù)課，在四年級(jí)第一學(xué)期開(kāi)設(shè)3D打印課程，以常規(guī)課的形式開(kāi)展，每周1課時(shí)，并且該校3D打印課程是以創(chuàng)客教室為基礎(chǔ)展開(kāi)的。而吉林省第二實(shí)驗(yàn)高新學(xué)校，在四年級(jí)學(xué)段開(kāi)始開(kāi)設(shè)信息技術(shù)課，在七年級(jí)第一學(xué)期才開(kāi)始開(kāi)設(shè)3D打印課程，并且，主要以常規(guī)課和社團(tuán)課兩種形式并列開(kāi)展，常規(guī)課每周2課時(shí)，社團(tuán)課每周1課時(shí)。

1.2 設(shè)備的使用情況

在走訪的兩所學(xué)校中，3D打印機(jī)均是由信息技術(shù)教師操作，且教師能較熟練地使用3D打印機(jī)。3D打印首先得建立模型，市面上建模軟件有很多，諸如Inventor、123DDesign、3Dmax等，目前使用最普遍的是3DOne建模軟件，3DOne是一款專為中小學(xué)學(xué)生開(kāi)發(fā)打造出來(lái)的一款3D設(shè)計(jì)軟件，它為中小學(xué)生提供了一個(gè)簡(jiǎn)單易用、自由暢想的3D設(shè)計(jì)平臺(tái)。這兩所學(xué)校的學(xué)生也能熟練地使用該建模軟件。

信息技術(shù)常規(guī)課上學(xué)生主要學(xué)習(xí)如何使用3DOne建模，而社團(tuán)課使用的是3D打印筆，多用于打印一些簡(jiǎn)單的形狀，如椅子、蝴蝶、塔、房子等。

1.3 學(xué)生的接受情況

根據(jù)對(duì)這兩所學(xué)校信息技術(shù)教師的訪談得知，學(xué)生對(duì)此類實(shí)踐課程很感興趣，參與度較高。學(xué)校也會(huì)定期舉辦3D作品展示，對(duì)優(yōu)秀的3D打印作品創(chuàng)作者進(jìn)行表彰和嘉獎(jiǎng)。

2 3D打印在中小學(xué)課堂中應(yīng)用存在的問(wèn)題

2.1 設(shè)備稀缺

由于3D打印機(jī)比較昂貴，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后地區(qū)的一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)中小學(xué)，3D打印機(jī)還未普及。在走訪的吉大附中力旺實(shí)驗(yàn)小學(xué)和吉林省第二實(shí)驗(yàn)高新學(xué)校，學(xué)校的3D打印機(jī)數(shù)量也是屈指可數(shù)的。

2.2 未制定出統(tǒng)一的課程標(biāo)準(zhǔn)

從課程開(kāi)設(shè)年段來(lái)說(shuō)，不同的學(xué)校對(duì)于3D打印課開(kāi)設(shè)的時(shí)段不同，有的小學(xué)四年級(jí)就開(kāi)設(shè)3DOne建模軟件的學(xué)習(xí)課程，而有的學(xué)校七八年級(jí)才開(kāi)設(shè)3D打印課。

從教材來(lái)說(shuō)，市面上的3DOne建模軟件教材種類繁多，據(jù)了解，現(xiàn)中小學(xué)經(jīng)常使用的3DOne教材有：由北京工業(yè)大學(xué)的陳繼民教授所編著、中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社出版的《3D One三維實(shí)體設(shè)計(jì)》、由索士輝等三位教員聯(lián)合編寫(xiě)的《創(chuàng)客學(xué)苑——3D打印趣味設(shè)計(jì)》以及由沈志宏老師編寫(xiě)的《輕松玩轉(zhuǎn)3DOne和3D打印》等。沒(méi)有統(tǒng)一的課程標(biāo)準(zhǔn)和合適的課程設(shè)計(jì)，這不利于3D打印課的推廣和應(yīng)用。

2.3 傳統(tǒng)的教學(xué)方法不再適用于3D打印課等創(chuàng)客教育課堂

從3D打印課堂的教學(xué)方法來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)課堂的教學(xué)方式已不再適用于3D打印這類創(chuàng)客教育課堂了。創(chuàng)客教育，著重于關(guān)注學(xué)生在“做中學(xué)”“學(xué)中創(chuàng)”，傳統(tǒng)課堂的教學(xué)方法對(duì)于3D打印課來(lái)說(shuō)已經(jīng)不適用了。另外，通過(guò)走訪調(diào)查分析，3D打印課程基本都是在信息技術(shù)課中開(kāi)設(shè)，將3D打印與其他學(xué)科進(jìn)行整合教學(xué)是極少的。

2.4 教師前期準(zhǔn)備所需時(shí)耗較長(zhǎng)

3D打印，首先得建立模型，再將所建的模型通過(guò)SD卡或者USB硬盤(pán)拷貝到打印機(jī)，最終打印出實(shí)物，教師在具體運(yùn)用3D打印進(jìn)行教學(xué)時(shí)，前期需要做大量的準(zhǔn)備工作，其中建立模型時(shí)耗最長(zhǎng)，并且還要將所打印出的模具與所講的課程進(jìn)行整合，這一系列的過(guò)程比較耗時(shí)費(fèi)力。

2.5 師資力量不足

在中小學(xué)3D打印相關(guān)課程教學(xué)中，教學(xué)人員多數(shù)是信息技術(shù)老師，沒(méi)有專業(yè)的材料分析及數(shù)控人員。

3 3D打印在中小學(xué)課堂中廣泛應(yīng)用的具體措施

3.1 政府加大投資，企業(yè)開(kāi)展合作

政府應(yīng)加大在教育設(shè)備方面的資金投入，特別是對(duì)于二三線城市的中小學(xué)在教學(xué)用地、教學(xué)資源等方面給予支持照顧。另外，可以通過(guò)校企合作、企業(yè)注入資金建立3D打印實(shí)驗(yàn)室等方式解決設(shè)備稀缺的問(wèn)題。

3.2 確定開(kāi)課時(shí)段，統(tǒng)一課程標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)不同的學(xué)校開(kāi)設(shè)3D打印課程年段不同，可以根據(jù)中小學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展階段特點(diǎn)以及接受新知識(shí)的能力，選擇出最適合開(kāi)設(shè)3D打印課的時(shí)段。面對(duì)市面上種類繁多的教學(xué)材料，有必要選擇一本最核心的、全面的，同時(shí)具有一定綜合性的教材作為學(xué)校開(kāi)展3D打印課程的校本教材，并選用其他相關(guān)書(shū)籍作為學(xué)生課后學(xué)習(xí)3D課程的輔助材料。這樣，不同的學(xué)校在開(kāi)展3D課程的過(guò)程中，就有了一定的基準(zhǔn)，就可以根據(jù)統(tǒng)一的課程標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

3.3 構(gòu)建基于項(xiàng)目式的3D打印課堂教學(xué)模式

項(xiàng)目式教學(xué)是指通過(guò)實(shí)施一系列完整的教學(xué)項(xiàng)目，將理論和實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，以任務(wù)為導(dǎo)向進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)[3]?；陧?xiàng)目的3D打印課教學(xué)，即以學(xué)生為中心，以項(xiàng)目為導(dǎo)向開(kāi)展教學(xué)，讓學(xué)生經(jīng)歷需求的產(chǎn)生、模型的設(shè)計(jì)、實(shí)物打印、評(píng)估與改進(jìn)等一系列過(guò)程，體會(huì)技術(shù)帶來(lái)的生產(chǎn)、生活變革，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

3.4 合理選擇建模軟件

教師在利用3D打印進(jìn)行教學(xué)時(shí)，前期所需準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)，這主要由于建立模型需要花費(fèi)很多時(shí)間，因此合理地選擇建模軟件，能達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。將市面上的建模軟件進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，諸如AutoCAD、3Dsmax、Maya、Zbrush等是較為大眾熟知的幾款建模軟件，中小學(xué)教育常用的建模軟件有123D Design、3DOne、Sketchup等，對(duì)于入門(mén)和進(jìn)階不同層次的學(xué)習(xí)者而言，建模軟件的選擇也是因人而異的。無(wú)論是教師的教還是學(xué)生的學(xué)，只有選擇合理的建模軟件，才能具有提高效率的作用。

3.5 引進(jìn)技術(shù)人才，開(kāi)展教師培訓(xùn)

要實(shí)現(xiàn)3D打印在創(chuàng)客教育課堂中全面推廣和應(yīng)用，教學(xué)人員僅有信息技術(shù)老師是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還得引進(jìn)相關(guān)的技術(shù)人才，如數(shù)控專業(yè)(可以做底層編程，使用計(jì)算機(jī)控制打印機(jī)操作)、材料學(xué)專業(yè)(可以針對(duì)不同的打印結(jié)構(gòu)研發(fā)不同的打印材料)等。

另外，開(kāi)設(shè)3D打印技術(shù)應(yīng)用于課堂教學(xué)的教師培訓(xùn)課程也是很有必要的。教師培訓(xùn)主要分為三個(gè)階段：第一階段，讓教師全面掌握3D打印教學(xué)的必備知識(shí)，同時(shí)培訓(xùn)教師對(duì)于3D打印機(jī)器后期維護(hù)方面的技能；第二階段，注重教師實(shí)踐設(shè)計(jì)方面的培養(yǎng)，使教師成為設(shè)計(jì)能手，并進(jìn)一步強(qiáng)化第一階段的學(xué)習(xí)；第三個(gè)階段，主要培訓(xùn)教師項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的能力，從單一的設(shè)計(jì)能力轉(zhuǎn)變?yōu)轫?xiàng)目開(kāi)發(fā)能力。在課程開(kāi)展過(guò)程中，教師便可以充分利用項(xiàng)目教學(xué)法對(duì)學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的項(xiàng)目式教學(xué)，將課程分為理論與實(shí)踐兩部分，專門(mén)對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新思維與動(dòng)手能力進(jìn)行有意識(shí)的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)所想即所學(xué)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析3D打印在中小學(xué)創(chuàng)客教育課堂中的應(yīng)用現(xiàn)狀，以及在設(shè)備材料、課程教材、師資教法等方面存在的問(wèn)題，并探討解決策略。政府應(yīng)逐步加大對(duì)中小學(xué)3D打印設(shè)備的投資，推動(dòng)學(xué)校和企業(yè)建立合作機(jī)制；應(yīng)該支持校本課程的開(kāi)發(fā)，并統(tǒng)一課程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建基于項(xiàng)目式的3D打印教學(xué)模式；學(xué)校引進(jìn)相關(guān)技術(shù)人才，開(kāi)展教師培訓(xùn)。將3D打印技術(shù)應(yīng)用在教育教學(xué)課堂，使得工程教育和人文教育相融合，不僅能促使教師的教學(xué)改革，也能幫助學(xué)習(xí)者獲取學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知體驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。