“STEAM+3D打印”教学模式下的案例研究

沈怡桑

STEAM融合了科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering），艺术（Art），数学（Mathematics）。STEAM 教育的理念可以概括为： 以数学为基础，通过工程和艺术解读科学和技术。STEAM 教育支持学生以学科整合的方式认识世界，以综合创新的形式改造世界，培养他们解决问题的创新能力。STEAM 教育主要以基于项目的学习、问题的学习为主要教学（ 学习）方式，引导学生通过合作与实践，完成主题项目和解决生活中遇到的难题。

3D打印是近年来备受关注的一种快速成型技术，通过计算机建模生成数字模型，在通过软件对其进行逐层切片，通过塑料、粉末状金属等黏合性材料逐层打印，不断叠加从而创建出三维实物。

在STEAM教育理念下开展3D打印课程，探索利用3D打印的技术优势，在STEAM的引领下，培养学生的创新探索的工匠精神。

一、“STEAM+3D打印”模式下的理念与技术的融合

（一）3D打印为STEAM教育理念提供了课程与技术支持

3D打印作为一门课程来讲，它的教学资源是相当丰富的，且3D打印技术可以和任何学科进行结合，如物联网、机器人、科学等学科，在3D打印的课程学习下，问题解决、合作学习的能力更是得到了一定程度的发展。

STEAM是跨学科的教育理念，在这样的理念下必然需要强大的技术为它搭建一个易于实现的平台。这个平台不仅能够实现虚拟操作，同时也可以在现实中实现，而3D打印技术则恰恰符合了虚实结合的特点，为创新设计提供了可能，为实现STEAM教育理念提供了可能。

（二）STEAM教育理念下的3D打印技术更具有创新意识

STEAM教育更注重学生的项目式学习过程，而非学习的结果，以培养学生解决问题培养学生的创新意识为目标。从本质上来说，学生在项目式学习过程中，我们是可以允许他们犯错误的，他们可以尝试以不同的想法、不同的思路进行探究；在此过程中，教师始终以学生为中心，除了指导学生该如何做之外，还要一步步引导学生如何去解决实际问题；学生可以在实践中进行交流，他们会获取不同的观点进一步探究及改进。各学科知识的交叉学习，不同个体间的思维碰撞，学生的创新意识在浸润式的学习研讨氛围中得到进一步提升，在3D打印技术中学生的创新理念也会进一步得到体现。

（三）STEAM教育理念与3D打印两者相辅相成，相互促进

一个是思维意识层面，一个是技术层面，技术为思维意识提供了实现的可能性同时也开拓了学习者更广的眼界，而思维意识能够使技术往更优化、更创新的方面发展。两者互相促进的过程实质就是学习者学习需求与学习动力的产生，学习者的创新、批判性思维也得以提升。在“STEAM+3D打印”这一教育模式的科学有效融合下，能够培养出一批具有创新精神的全面发展型人才。

二、基于STEAM教育理念下3D打印课程实施

（一）有效的课堂导入是成功的一半

学生对于感兴趣的事物就会产生更高的学习动机，急于想要掌握知识，解决问题，在这样的情况下，学生更会自发的提高学习效率。对于项目式学习，更应有明确的目标，从课堂导入环节激发学生解决问题的欲望。

在《制作3D印章》一课中，教师在课堂一开始就出示印章，问：“在哪里见过它？”由此让学生通过回忆自发地去认识印章的用途。随后通过视频及教师讲解拓展了印章的作用与演变，让学生更了解我国传统文化的博大精深。对比传统印章的制作流程的烦琐，出示本节课将通过3D打印技术制作印章。3D打印技术本身具备了强大的魅力，加上它的快速成型、个性设计的特点吸引了学生学习设计3D印章的欲望。

（二）合理的课堂时间安排给予学生更多的学习机会

STEAM教育理念下更是以学生为主的学习，给学生更多的实践学习的时间。

《制作3D印章》一课中，各小组将计算机的数字模型切片处理后导入到打印机打印的过程中，会空出一部分时间，在打印机打印期间除了让学生观察3D打印机的打印过程来直观了解3D打印機的工作原理，更是充分利用多媒体教室的优势，利用网络引导学生有针对性地上网查找资料，拓展学生的知识面。在课堂小结时，还有学生提出了对“4D”概念的疑问，可见学生在课堂上并不是被动式学习，学生的个体内部处于不断上升探索中。

（三）注重学生解决问题过程中的学习体验

项目是学习的基础，让学生找到学习的需求，更注重学生动手的学习体验；让学生在“做”中“学”；不仅获得自己的创造成果，也收获了创造的过程。

本课在学生设计印章中有两个环节限制了学生的创意。环节一：学生自主学习软件中如何在网格面中放入基本实体及如何改变基本实体的大小，而后各小组根据教师提供的学案都制作了规定尺寸的六面体。其实对于印章的主体部分，除六面体外，对于学生来说一定可以创造出更多的样式。环节二：印章上字的特点为反过来的，在印章上刻字的过程中，教师引导学生先在印章底部放上“正字”，随后通过往反方向拉伸的方式在印章正面凸出反字。这样做出来的印章称之为阳文，对于印章而言，其实还有阴文。印章上的文字制作方式也并非只有一种。在教师有局限性的引导下，学生没有了自主探索，限制了学生在思维创新上的提升。

给学生更多时间找出制作印章的主体，了解阴文及阳文的区别，小组探索制作印章上文字的方法，学生会在制作印章的大问题下，一步步分解为各个小问题，在解决小问题的过程中，学生进一步有了学习需求与目标，相信在此过程中，学生的学习体验是不断提升，也提高了解决问题的能力。在STEAM教育理念下教师应该始终坚持以学生为主，注重学生的学习体验；学生在体验过程中允许犯错；同时教师自身要具备多学科领域知识，改变传统的课堂一味追求成果的思想，以学习过程中学生的思维实践能力、解决实际问题的能力为核心进行有效的引导。

将3D打印与STEAM教育理念相结合，改变了我国传统意义上的教学模式，以跨学科为特点，以培养学生学习过程中的创造能力、解决现实问题能力为目的。作为教育者，在这种教学模式下将不断探索实践，为未来培养更具核心竞争力的人才。

【作者单位：常熟国际学校 江苏】