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与3D打印技术共舞

发布时间:2018-06-23 01:07:00 文章来源:未来智讯    
    3D打印技术进入课堂的实践意义
    我国科学技术与国际先进水平尚有差距的一个主要原因是“创新不够”。而STEAM教育旨在培养具有科学素养、技术素养、艺术素养、工程学素养、数学素养的综合型人才。3D打印技术的出现为学校推行STEAM教育注入了一针强心剂。3D打印技术作为开展STEAM教育的辅助工具,渗透到学科教学中,使枯燥乏味的课堂更生动有趣,大大提高了学生的活动参与度;使学习内容也不再单一、刻板,呈现出了更多的姿态。
    经过一年多的实践研究,笔者发现3D打印技术在教学活动中具备以下优势。
    1. 有利于提高可视化教具的使用效果
    在原来的教学环境中,教师大多使用语言或者图片来描述教学内容。当遇到复杂的事物时,学生的思维空间就会受到很大的影响。3D 打印技术可以在理论和现实之间架起桥梁,将教具进行3D打印并在课堂上展示。学生通过观察、触摸获得“观察的经验”,对教学内容有了更加直观的认识。通过这种方式教学效果显然要比原来更好。例如,苏教版小学五年级《黄山奇松》一课的教学,如果学生只通过图片或视频来了解黄山奇松的奇,学生感受并不深刻。我们用3D 打印机打印出各种奇松的模型,学生就可以很直观地观察、欣赏奇松。
    2. 有利于呈现新颖的教学内容
    STEAM 教育常常涉及语文、数学、美术、科学等多学科内容的整合,而 3D 打印为这些知识的整合提供了机会。STEAM 教育有别于传统教育体系中学科界限分明的做法,着重于培养具备综合能力的工程师精神。3D打印技术的应用使得很多以往难以实现的“动手做”类型的课程设计成为可能,激发了学生投身于技术和工程领域的热情。
    3. 有利于营造更愉快的学习体验
    我们利用3D 打印技术,最主要的是能够帮助学生将虚拟快速变成可触摸的实物模型。独特的实物模型给学生提供了切身感受,使他们从另一个角度对事物增进了解,帮助他们愉快地记忆,避免遗忘。此外,还能激发学生的灵感,给予他们更多的想象空间。学生通过自身的经验对模型进行二次设计,这将使他们更愿意投入到自己设计、自己生产作品的过程中,从中获取对学习的满足感。
    4. 有利于培养学生解决问题的能力
    解决问题是培养学生应用能力的重要途径,而3D打印技术用一种非常有意义的设计理念去支持问题的发现、分析与解决。设计3D作品时,首先要根据内心所想的物体进行系统规划,然后对各个部位进行分析,提出解决方案,再通过尝试绘制草图逐步去实现。在这一过程中,学生经历了提出问题、分析对象、尝试设计、反复修改、最终解决问题的过程。学生在创造的过程中始终处于提出问题、分析问题和解决问题的动态过程中。例如,我校六(5)班学生在整理笔盒时,发现测量工具有很多,于是就想制作一把多功能的尺。他将这个想法告诉数学老师后,老师觉得这个想法不错,就着手让大家分组设计自己的多功能尺。学生们经历了多次的讨论、分析、设计,最后成功地将多功能尺打印出来了。教师在其中扮演咨询者、辅导者和学习动机激发者的角色。 这些开放式的交互活动不仅有趣,培养了学生解决问题的能力,而且还培养了学生的合作精神和协作能力。
    3D打印课程的教学实践
    由我校教师主编的教材《一起玩3D打印》正式进入六年级的信息技术课堂。3D打印技术教学,让学生有了更多的思考、创造空间。通过不断地教学研讨,教师们也逐步摸索出了3D打印技术的教学方法,对各个学龄段学生的学情、学习能力有了了解,对哪些内容可以让学生自己探究、哪些内容需要教师搭建学习的支架、如何设计学习活动、如何在玩中渗透三维设计的思想,教师们做到了心中有数。学生通过一系列活动项目的创作,在不断尝试的过程中获取经验、掌握方法、提升能力。
    下面就以“花盆很实用”为例分享教学实施的过程。
    图 学生设计打印的花盆
    “路径跟随”是草图大师Sketchup 中绘制一些不规则的形状时用到的工具命令,比如绘制弯曲的圆柱体等。通过“花盆很实用”一课的学习,学生了解了“路径跟随”在三维设计中的作用。
    1. 教学目标
    (1)学会运用Sketchup设计软件构建出自己想象中的花盆的三维模型。
    (2)了解花盆的结构,思考自己将会如何设计。
    (3)培养学生细心观察身边事物的习惯,体验设计、创造的乐趣。
    2. 教学过程
    (1)导入。教师引导学生留心观察身边花盆的形状,提出自己想设计怎样的花盆。
    (2)教师演示“路径跟随”工具的使用方法。
    (3)讨论设计草图。学生相互讨论,并在纸上绘制草图。
    (4)三维建模,创意设计。在教师的指导下,学生运用Sketchup设计软件设计花盆。
    (5)展示交流,创意表达。作品展示交流,要求学生介绍自己的作品,同桌之间、同学之间也可以相互欣赏,评价。
    (6)打印实物。选出比较好的作品进行打印,让学生体验3D打印的过程,了解3D打印机的操作方式。
    3D打印课程进入课堂的思考
    毋庸置疑,3D打印技术对学校的教学发展起到了积极的促进作用。3D打印激发了学生的想象力,将学生的创意变为现实,这是一种重要的学习体验。3D打印激发了学生DIY的兴趣,使学习更加生动。3D打印为学习活动开辟了新的空间,学生可以从设计、制作、展示参与等多维度融入学习过程中。同时,在整个实践学习活动过程中,都需要学习者的实践操作,从设计到打印,都需要他们参与完成,有效地激发了学生实践的积极性,提高了学生的学习热情,增强了学生的动手能力、参与能力、设计能力和思维能力。这是推动创新精神和创造能力发展的重要环节,对创新型人才的培养具有积极意义。当然,不管多么先进的技术,进入课堂必须坚持以学生发展为中心,重视学生的主体地位。
    1. 对教师的要求
    在课堂中应用3D 打印技术对教师和学生的信息素养要求较高,较强的动手能力和基本的工程素养是用好它的重要保证。这就需要教师既有使用设备的基本技能,更要有较高的创新意识和学习活动设计能力。因而,教师要从技术和教学设计等层面进行深层次的学习和提高。此外,教师的角色也需要转变,教师是学生学习的合作者、参与者和促进者。其教学重点除了传授知识经验,更要激励和鼓舞学生,让学生保有个性地愉快成长,享受学习。
    2. 打破学科壁垒,整合学科资源
    我们一直尝试沟通学科之间联系,进行各学科之间的整合。3D打印技术的出现打破了学科之间的壁垒,如何更好地进行资源整合?我们可以和不同学科的教师一起备课,比如数学、科学、信息技术,打破教学活动中以本学科知识为主的现状,结合各个学科相关的知识,通过3D打印技术进行有效的整合。
    美国新媒体联盟(NMC)在《地平线报告2013年(基础教育版)》中指出,未来4~5年,3D打印技术将成为主流趋势,将大面积走进中小学课堂。3D打印技术将对现有教学产生深刻的影响。作为教育工作者,不应错过使用这项新技术的机会。在学校的课程改革中,开设更多的这类实践性的课程,是提升学生综合素质、培养创新意识、提高创新能力的重要途径。学生们对信息科技的热爱,对信息科技的探索,并不是与生俱来的,而是在日常的学习和实践探索中,不知不觉地产生的。
    (作者单位:江苏常州市虹景小学)
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