基于“逆向思维学习过程模型”的3D打印教学研究

孔静洁

摘要：随着中外教育界的交流沟通，越来越多的国外先进教育理论被我国教育界吸收运用，其中逆向思維学习的过程模型就是由国外引入的一种较为新型的学习方式，此种学习方式变学生的被动接受为主动设计，改变了过去教师在教授新知识时直接讲授的方式，而是让学生自主尝试设计，在尝试设计中探索知识，增强动手能力。本文论述了逆向思维学习过程模型在3D打印教学中的可行性及具体应用，明确了该模型对3D打印教学的促进作用。

关键词：逆向思维学习过程模型；六步半；实践；创新

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2017）23-0043-03

● 引言

3D打印是以3D数字建模为基础，以可高温溶解的可黏合材料为原料，通过逐层打印构造物体的快速成型技术。3D打印凭借着材料的多样性，目前已应用到了珠宝、鞋类、工业设计、建筑、医疗等领域，同时也让教育行业的引入成为可能。据了解，在美国等发达国家的很多中小学甚至幼儿园都早已开设了3D打印课程，对青少年进行3D打印创新意识、技术手段的培养，3D打印已成为“美国智造”的有力手段。3D打印技术可以让抽象的教学概念更加容易理解，可以使学生在现实中抓住灵感验证想法并证明理论、直观生动的构建空间及创造能力，打破创新之路上的障碍，提升学习的乐趣。在我国，随着“大众创业，万众创新”号角的吹响，作为创客运动标志性成果的3D打印课程也备受学校青睐，随着3D打印技术走进寻常课堂，如何上好一堂3D打印课是教师关注的重中之重。下面，笔者结合3D打印技术特征，探讨逆向思维学习过程模型在3D打印教学中的应用。

● 逆向思维学习过程模型在3D打印教学中的可行性分析

3D打印课程是以3D设计为基础的一门综合性课程，为什么说它是综合性课程呢？因为一个完美的设计需要以数学、科学、工程知识为依据，也需要融入艺术感，所以3D打印课程是以多学科相结合为基础的综合性学科，是对当下流行的STEAM教学理念最好的诠释。那么，面对这样一门综合性的学科如果还沿用传统的“学—做”教学模式的话，学生可能会成为知识的掌握者、产品的制作者，却不可能成为很好的设计者，这是与3D打印课程基础理念相违背的。因此，如何展开教学让学生不仅成为制造者，同时也成为设计者，这是3D打印教学的难点。在近几年的3D打印课程教学中，笔者经过反复地探索与实践，终于找到了较为适合3D打印课程教学的“做—学”模型，也就是基于设计的逆向思维学习过程模型（BackWard Thinking）。

● 逆向思维学习过程模型定义

逆向思维学习过程模型是由美国加州理工大学的著名学者多林·尼尔森（Doreen Nelson）教授最早提出的基于设计的操作模型，传统的教学是顺向思维模式，往往重视知识而忽略实践能力。多林·尼尔森提出的“逆向思维学习过程”强调把“先做”的理念融入教学，变被动接受为主动获取，通过设计、实践，再设计、再实践的迭代过程，不断挑战任务同时获取“知”，在达到学习目的的同时也培养了学生的创造性思维和实践能力。

多林·尼尔森通过在教育实践中的不断探索，总结出逆向思维模型主要分为六个完整的步骤和一个半步，其具体内容如下图所示。

● 逆向思维学习过程模型在3D打印课程教学中的应用

多林·尼尔森的逆向思维模型的六步半较为详细地阐述了具体的实施策略。传统教学的过程是先讲授再实践。而运用逆向思维学习过程模型进行教学，其教学是一个分析、实践、总结、调整以及修正的迭代的教学过程，学生是在实践过程中发现问题、分析问题，最终解决问题的。下面，笔者以“3D打印”课程中《制作图章》一课为例介绍逆向思维模型在教学中的应用，具体实施步骤如下。

1.建构原型

以基础原型作为参照，教师先通过展示与课堂内容相关的原型作为课堂导入，并对原型搭配相应的分析与解说。例如，在教学《制作图章》一课中，笔者以现实生活中的图章作为导入，让学生观察图章的组成结构特征，构建图章的初步原型。

2.任务分解

这一环节是基于上一环节完成知识原型建构后，试图将理论转化为实践，从而内化处理方式的过程。在此过程中，学生可以通过讨论的方式分解出关键任务，也可以通过个人经验分解任务。例如，笔者布置了“制作图章”的任务，学生已基本建构出了“图章”的原型，了解了图章主要由印章体、连接柱、把手三部分组成，从而就能明确在制作图章时要分别完成制作印章体、制作连接柱、制作把手三个任务。

3.探索实践

探索实践是“试完成”任务的环节。学生在“试完成”过程中发现问题，分析问题，解决问题。这个过程完成得好与坏直接决定了整堂课的成与败，每个学生的个性、学习能力、知识基础都存在差异，如何能高效地探索、高效地实践“组织方式”很重要，教师循循善诱的“点拨”也很重要，在此过程中可采取的组织形式有小组合作制、一帮一合作制等。教师在点拨时可以以知识迁移的方式给学生参考性的建议。例如，在教学《制作图章》一课中的难点“文字工具的使用与镜像”时，笔者先让学生自主尝试与发现问题，并记录下自己存在的问题。学生在制作印章体时，如果不会使用文字工具，可以先完成“连接柱”与“把手”的制作，再尝试制作印章体，记录尝试制作印章体过程中存在的困难。

4.分享完善

分享和完善是一个不断学习、不断总结的过程，学生在分享的过程中一般分为两派，一派是“how to”派，另一派是“why not”派。“how to”派的学生分享的是方法，“why not”派的学生分享的是问题。教师此时扮演的角色是组织者，组织两派分享经验与问题，并组织学生回答问题，点拨他们解决问题。例如，在教学《制作印章》一课时，学生进行汇报并展示各自的“制作印章”情况，笔者要求“制作印章”完成情况较好的学生分享经验，完成情况稍差的学生提出问题，以先进带动后进的形式组织学生一一来解答问题。对于共性问题，教师分享经验，这样知识点的学习就在一个民主、宽松的学习氛围中进行了。

5.调整优化

调整和优化是整个环节的高潮，也是学生创造能力发挥的关键环节，如果把前面的“探索实践”环节比作是“经济基础”的话，那么“调整优化”环节就是“上层建筑”。学生在听取了其他同学的汇报后，会有很多心得、想法，此时是再加工再创造的最好契机。教师可以组织学生进行作品自查，对不当之处进行调整，取他人之长改己之短，并在完善的基础上进行创新与优化。

6.展示评价

展示评价主要分为作品展示、评价与反思两个过程。教师先展示优秀作品，学生进行自评与他评，主要包括评价与反思作品的长处与有待改进的地方，以及反思、总结解决疑难问题等。展示与评价不仅分享了制作的结果与过程，更重要的是分享了创新精神，提升了自身的学习能力与实践能力。

● 在3D打印课程教学中运用逆向思维学习过程模型注意事项

逆向思维学习过程模型虽然比较成熟，但在实际应用过程中也会出现一些问题。例如，在进行3D打印教学时，整个环节以学生的“做”为主线，但在实际教学中怎么把握好“做”的度也很重要。学生的“做”与教师的“教”是互相依存、对立统一、密不可分的整体。教师不能因为重视“做”而忽视了“教”的重要，应该在组织教学时重视学生对各种现象的理解，倾听学生想法的由来，引导他们调整自己的学习方法。

● 总结

实践证明，逆向思维学习过程模型颠倒了已有的先学后做模式，强调“先行而后知”，与当下风靡的创客教育理念不谋而合，这也为当下的教学革新研究与实践创新提供了一种参照和启示。作为一名新时代的信息技术教师，要在技术和思想上“与时俱进”，要敢于从传统教育的藩篱中走出来，探索教学新模式，在学习与教学实践中不断培养和提升自身的能力素质。endprint