STEAM教育理念下的“3D打印”课程实践探索

STEAM教育理念下的“ 3D打印”课程实践探索

冯凤

蕺山小学教育集团 312000

20世纪80年代，STEM课程在美国逐渐发展，其本身是为了提高美国学生对理工科知识的兴趣而建立的课程。STEM教育通过整合Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）、Mathematics（数学）领域内容指引教学和学习的途径和方法，它并不是将这四门课程知识的简单叠加，而是要将多学科内容的交叉融合形成有机整体，倡导问题解决驱动的跨学科教育，旨在培养学生的问题解决能力、团队合作能力、设计能力和实践创新能力。STEM教育的出现改变了传统的教育理念和思维方式，引导人们重新探索新型的教学方式。随着课程的改革以及STEM教育实践研究的开展，艺术(Arts)类课程也添加到STEM课程中，形成以STEAM课程为主要特色的STEAM教育。

2、小学阶段“3D打印技术”教育现状

虽然“3D打印技术”适应信息化时代发展的需求，在国内也较为新颖，但是目前设计成熟并适合小学生学习的3D打印课程极度缺乏，面对新技术和教育新理念的变革浪潮，在基于STEAM教育思想的教育教学实践中教育工作者需要不断反思，不断创新教育教学新思想、新经验，提高教学质量。近年来3D竞赛对中小学三维创新设计教育的发展起到了一定的推动作用，目前一些学校都以各种形式开展了3D打印教育活动，但都以竞赛的形式为主。

（1）过分注重竞赛本身，忽视了学生能力的培养

就3D打印教育课程而言，目前越城区大部分学校都是以竞赛的形式来开展，举办3D创意设计竞赛的主要目的是希望学生通过比赛能够更好地了解3D打印技术教育，但近几年，用竞赛的方式普及三维设计方面的知识并没有得到较好的结果，一方面是3D打印竞赛要求较高，学生参与度低。另一方面，学校里所用到的机器设施设备数量有限，没有给学生太多机会去动手操作，学生的实践能力和创新思维能力都没有得到较好的培养。

（2）没有专门的课程设置，3D打印技术教育尚未普及

目前小学开展机器人教育的形式主要以课程超市、创新实验室等几种形式开展，主要以兴趣为主。造成这种情况的原因主要有教学目标不强，缺乏科学的教学设计，没有统一的教材，也缺乏对3D打印技术教学模式和评价方式的研究。

（3）师资力量薄弱

实施STEAM教育需要一支有学科经验的高素质的教师队伍，但学校大部分学校没有这方面的教师，在当前的中小学教师培训中也没有针对STEAM教育方面的培训。因此建立有效的STEAM师资培训机制，加强STEAM的师资队伍建设，已成为我国STEAM教育发展亟待解决的关键问题。

1. STEAM教育理念下“3D打印技术”课程教学模式

相关理论表明，人类的学习正走向创造化，与传统教育相比，STEAM教育理念下学生不仅仅是知识的接收者，而是在原有认知的基础上成为知识的创造者，它强调跨学科，强调创造，让学生能够改变原有的学习方式，更加主动快乐地学习，这也是各学校能够接受3D打印技术教育进入学校的关键因素。笔者在蕺山中心小学创新实验室经过自己的实际教学，结合学生学习情况，并且与该校教师不断研讨，针对中小学3D打印技术教育目前存在的一些问题，构建了一种STEAM教育理念下小学3D打印技术教育的教学模式。

三、3D打印课程的教学设计与实践

(一)3D打印课程教学的基本思想

1.做中学 

美国著名教育家杜威认为，“做中学”即从生活经验中积累知识、从实际活动中进行学习，在情景化的教学场所中，让学生通过亲身体验，在不断地观察、实验、探究、创作中解决真实问题。3D打印课程思想，也正符合杜威的“教育即经验”“教育生活”“教育即生长”三个核心命题。3D打印课程教学也正是让学生在现实生活中发现问题，在实际操作中完成知识的学习和技能的掌握，从而达成最终的教育目标，培养学生的创新能力。

2.项目学习

项目学习(PBL)是一套系统的教学方法，它是以解决真实、负责的问题为目的，对项目任务进行精心设计、探究、实施的过程，在这个过程中，学生能够进行设想、验证、完善、创造出某种东西，从而培养创新能力和动手操作能力。在3D打印课程的学习中，运用项目学习是指在现实生活中借助丰富的资源进行探究活动，主动完成项目的实施和完善，应用3D打印技术将制作的作品向他人展示，并解决其他一系列相关问题的一种新型探究型学习模式。

3.设计思维

设计思维是以解决方案为导向的思维形式，它不是从某个问题入手，而是从目标或者是要达成的成果着手，探究问题的解决方案，是一种独特的“在行动中进行创意思考”的方式。3D打印学习所倡导的就是设计思维。通过发现生活中的问题，以解决问题作为要达成的成果，独立思考，合作分享，利用3D打印技术进行技术解决，3D打印为问题的解决方案提供了有效的实施措施。

 随着新的控制技术、信息技术和材料技术的广泛应用，3D打印技术也逐渐推向更高的层面。本研究将3DOne打印引入课堂教学中，充分体现了STEAM教育的思想，激发了学生的想象力，将学生的创意有了变为现实的可能，激发了学生DIY的兴趣，使学习更加生动有趣，将艺术的美感与作品的创作融合在一起，为学生的学习开辟了新的空间，培养学生的实践操作能力，从设计到打印，更是大大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、设计能力和思维能力。实践证明：3DOne打印设计的课堂有利于学生科学素养、技术素养、工程素养、艺术素养和数学素养的发展。但是3D打印对学生的影响不仅仅在于能让学生学习建模软件，3D打印机和建模只是一个工具软件或者一台机器，想要充分发挥3D打印技术在教育领域中的积极作用，在课程教学的设计方面，我们需要更多地思考如何在课堂教学中把学生培养成为有思想、有创造力的设计者与思考者，让学生拥有一个观察、探索、实践和不断完善的完整过程，为学生开辟一种全新的思维通道。