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3D打印作为综合实践活动课程的实践探索

发布时间:2017-12-07 09:12:00 文章来源:未来智讯    
    关键词 3D打印;综合实践活动;教学设计
    中图分类号:G633.93 文献标识码:B
    文章编号:1671-489X(2017)07-0148-03
    1 前言
    3D打印是潍坊市实验学校2016年新开发的课程。学校在暑假前购置17套3D打印设备,包括电脑与3D打印机,厂家派技术人员进行一天的技术培训。学校组建“3D打印”项目团队,团队教师利用假期时间自学软件设计,探索打印技术,并从各自不同角度对3D打印在课程实施、课堂教学及课程评价上进行规划与思考,在开学前进行集中的展示与研讨。后经过多次课堂设计打磨,于新学期的第三周进行正式的课堂尝试,在多次的课堂“测试”中,又对出现的众多问题不断进行完善与改进,课程终于成型。现将探索经验与同行分享,以期共同探讨。
    2 从学校办学宗旨视角进行课程定位
    在开学前,有七位教师进行说课展示,从不同角度对3D打印作为学校课程进行思考与定位,并都进行了课程设计。出现三个需要集中探讨的问题。
    1)课堂时间不够。教师习惯目前学校的上课时间,即每节课的课时为90分钟。那么3D打印课堂无论如何设计,都显得手忙脚乱。有的教师更是拿出前期多次的试验数据:课堂导入与硬件认识需要10分钟,三维设计软件学习20分钟,模型设计及导出20分钟,打印机预热等准备工作6分钟,打印时间11分钟,移除模型3分钟,作品修整及整理工作10分钟。这已经达到80分钟,还要展示交流、总结评价等环节,10分钟可能不够。这些还是教师层面的主观设计,实际课堂还会出现不可预设的时间消耗。
    2)主题不好选取。教师都设计一定要学生打印出属于自己能带走的模型,那么打印什么好呢?选择的有水杯、挂件、花瓶、文具等,不敢设计学生喜欢的卡通人物或是偶像。因为要考虑打印时间的限制,所以设计的作品规格上都是微型的,形态上都是空心的。
    3)课堂设计形成粗线条的流程,即“导入―软件学习―模型设计―打印―评价”。课程实施要保证教学的完整性,那么在细节上就难以精雕细琢。
    作为此项目的负责人,当项目团队遇到需要破解的难题时,笔者必须带领大家找到解决的方法或思路。笔者指出:三个问题其实是一个问题,就是课程实施的时间问题,问题的源头是大家缺少对3D打印作为学校课程的角色定位。潍坊市实验学校是综合实践活动基地,全市全部的中小学生都要来基地实践与生活一周,每个项目只有一堂课,学生在每堂课都要有各自的收获。据前期调研,全市只有屈指可数的几所学校采购了3D打印设备,只能满足极少数的社团学生体验。繁华的市区虽然出现几家3D打印公司,但还不能为学生提供常规的和普及性的体验服务。因此,3D打印课对学生而言将是非常前沿的项目,对常规中小学校起到课程的示范和引领作用。但该课程有别于常规中小学的社团课与社会上的兴趣班,是实践基地课程体系中的一个独立项目,不存在课程内容上的延续性。
    鉴于多年的经验,可以预料到学生在这个项目中可能得到三个层次的收获:一是长见识,认识3D打印技术,目睹3D打印机打印模型,摸摸刚打印出来的模型,甚至闻到打印材料PLA高温后的味道;二是亲手打印模型,自己操作电脑,运用常见的三维设计命令打印出模型,无论模型是否粗糙,无论模型主题是否是自己喜欢的,无论模型是否是自己通过软件原创设计的,模型最后打出来,有作品呈现;三是亲手打印并带走自己满意的模型,能够全程参与和见证。模型不仅是自己打印的,而且是自己选择的主题,是自己用三维设计软件设计出来的。学生若要打印出作品,需要起码的电脑操作,其次要学习三维设计软件的基本命令,还要有对图像的空间感,这些都反映在学生对3D打印的经验基础的差异,而这些差异继而导致学生在课堂上对3D打印课程的接收与消化是不同的,那么每个学生在课堂上的收获也必然是不同的。
    说到底,3D打印的课程定位要遵循实践基地的办学宗旨:它属于学校“创客课程”的子课程,是融合STEAM理念,通过“在做中学”与“创造中学”的过程提升学生核心素养的精品课程。最后,项目组共同提炼3D打印项目的课程定位:“学生通过选择贴近生活的建模主题,运用3D建模软件,亲历3D打印实体的过程,拓展思维,建立一种新型的学习通道,为学习与生活带来新的思考。”制定的课程目标可用陀螺模型进行表述,见图1。
    有了课程定位与课程目标,以上出现的问题也就迎刃而解。项目组决定将3D打印的课时调整为半天,即两个普通项目的课时。这一决定与后来新基地升级的新课时不谋而合。
    3 从综合实�`活动视角进行教学设计
    按照项目组集中研讨的课堂设计,在课程实施的实际教学尝试中暴露出众多问题,突出体现在三个方面。
    1)学生学习新知差异大。虽然学生体现出对3D打印的极大热情,但毕竟他们的信息技术基础不同,在软件学习与模型设计环节尤为明显。以往的课堂可以通过学生“自主+互助”的学习方式共同探究解决,但此次在学生急迫想打印出模型的个人愿望驱使下,互助的效果大打折扣。
    2)学生打印过程难以控制。当学生学会基本的设计命令,在目睹了打印模型的神奇后,拥有属于自己个性作品的愿望促使他们加快自主设计的步伐,在设计出五花八门的模型后,又迫不及待地进行打印。这就导致下课时学生打印出很多成功模型的同时,出现大量失败的和未打印完的模型,不仅造成打印耗材的浪费,还增加了打印机的负荷。
    3)教师课堂组织难度大。这里的难度并不是时间上的延长,而是虽然学生两人一组拥有一套设备,但他们不热衷于合作探究,而是轮番向教师求助。学生发现自主探究获得的解决方法远没有直接找教师来得快。于是就出现这里软件学习环节有问题,那里软件设计有问题,一会儿打印有问题,一会儿打印出来的模型有问题……课堂气氛表面上异常热烈,教师应接不暇。
         项目组继续坐下来一起分析和寻找答案。3D打印属于新的课程内容,加上出现的新问题,必须采取新的教学方式与课堂设计。经过项目团队的共同研讨,从综合实践活动课程的理念出发,采取充分尊重学生主动发展与自主探究的“微课自主探究模式”,同时考虑耗材与课堂实际,制定相应的打印规则,具体如下。
    1)增添微课探究环节。课堂模式仍遵循基地“综合实践活动‘做中学’教学法”,在“学习新知”环节,采取学生“自学+合作”的微课研讨学习方式。教师提前利用录屏软件、视频制作软件制作大量的各类微视频,包含本堂课的软件学习、模型设计及打印等所涉及的所有知识点、命令学习、案例演示等,以“微视频库”的形式分类保存在每台电脑中。学生两人一组,根据个人实际情况,按照自己的学习方式与学习进度进行自主探究。教师提前制作本堂课的导学案,供学生明晰本堂课的课堂流程(图2)、要求及注意事项。学生遵循导学案,利用微视频,为自己赢得更多的自主设计与拓展学习的时间。实践证明,这种模式有利于学生主动学习与个性发展,尊重了学生的个体经验差异,解决了不同学生的需求差异,解放了教师,提高了课堂效率。
    2)打印规则。考虑到学生肆意打印及耗材损耗带来的不良后果,制定打印规则,即每个组有40分钟的打印时间,按打印预览中的“预计时间”为准,且每组共有两次打印机会,既包含了学生打印试验的第一次,也包含自主设计的第二次打印。这就要求学生在设计作品时要规划作品的规格与体积。规则的建立,有效杜绝了学生随意设置打印规格与肆意打印。
    不仅如此,导学案在各环节都列举了参考时间,学生想在自主设计环节拥有更多的时间,就必须在其他环节加快速度,压缩时间,从而赢取更多的打印时间。实践证明,40分钟完全满足学生打印作品的需求,而且有利于规范学生课堂打印,还锻炼了学生的自我规划意识。
    4 从学生终身发展视角进行教育反思
    看着一个班接着一个班的学生下课时带着自己心爱的作品离开,笔者陷入思考:在综合实践活动基地里单纯的一个3D打印项目,它的教育价值是什么?是让学生学会三维设计软件的设计,还是必须打印出模型?宏观来看,3D打印无非就是一种新的打印方法和技术,人类社会发展进程中一种新的工具。可以看成是在司空见惯的二维打印上增添了一个新维度,就打印出各种立体实物。类比到现实应用,就是从办公领域的二维Office编辑和打印,发展到建筑、工业、医学、生物、食品甚至更广泛领域的三维。若在3D打印技术上再增加一个维度,就成了4D打印,比如增添时间维度。按照这个逻辑,随着科技的发展,更多的维度还会被增加,nD打印将为人类生活带来更大的帮助。
    如此看来,3D打印作为实践基地课程的最大教育价值,不是让学生必须学会软件设计,也不是必须打印出某个模型,而是让学生的思维更灵活、视野更开阔,为他们探索未知世界提供一种解决问题的新路径。可以说是为学生埋下一颗创新的种子,从此打开一��全新的世界。在此认同感的基础上,再为不同的学生提供充分的体验机会,让每个学生都有满足自己个性需求的成长经历与经验。对于为实践基地提供学生的普通中小学校,实践基地为他们提供了先行先试的样板和实践经验,他们不必再摸索,只需直接在实践基地课堂的成熟经验基础上,顺应对3D打印技术更高的成长需求,按需提供更深内涵、更高品质的课程服务即可。■
    *本文是山东省教育科学“十二五”规划课题一般课题“示范性综合实践基地视域下科学探究课程的开发与实施研究”(YJ15180)阶段成果。
    作者:刘永坤,潍坊市实验学校(潍坊市中小学生示范性综合实践基地),齐鲁名师工程人选,研究方向为综合实践活动(261000)。
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