立足计算思维玩转3D打印

摘 要：计算思维是信息技术课程教学中需要培养的核心素养之一，在3D打印课程中培养学生的计算思维，让学生完成一个探索、思考和操作实现的完整过程，可以为学生开辟一种全新的思维通道。基于以上理念，通过“建模抽象，形成思维；分解问题，理清思维；抓住重点，关注思维；纠错归纳，巩固思维；展示评价，沉淀思维”这五方面将计算思维融入学生知识学习和问题解决过程中，从而达到在小学3D打印教学中培养学生计算思维的目的。

关键词：3D打印；计算思维；策略

“中小学信息技术课程是信息技术教育的基本途径，应当顺应时代特征，承担起发展学生计算思维的重要任务。”计算思维是什么？计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为。计算思维就像写作、阅读、数学一样，应该成为每个人具有的基本技能，让我们处理生活中的各种事情得心应手，受益终身。

为了完善信息技术的课程体系，培养学生的计算思维，笔者在学校开展了3D打印课程的教学。3D打印课程的教学中，笔者把知识点渗透到实例中，由一个实例层层递进知识点，让学生通过制作实例来学习，体验一个作品完整的开发过程，知道计算机解决问题的方法，从而发展学生的计算思维。

一、基于计算思维的3D打印课程教学的策略

在基于计算思维的3D打印课程教学中，笔者从以下几个方面来研究。

（一）建模抽象，形成思维

抽象是指通过降低难度，将一个现实问题转变成为计算机可以处理的问题。学会抽象可以更容易找到3D打印课程的切入点，更好地理清规则。

1.模拟情境，化抽象为具体

教师根据学习内容，有针对性地设计任务情境，并让学生模拟情境过程，在情境中感受抽象问题，让抽象问题具体呈现出来。

例如，在教学“3D挪车电话号码牌设计”这一课中，生活中家家户户几乎都有自己的汽车，外出停车时免不了会阻挡别人的汽车，这个时候在汽车内留一个挪车电话是非常有必要的。老师出示3D挪车电话号码牌，一方面让学生实际接触这个车牌激发兴趣，另一方面让学生觉得可以给自己家的车制作一个挪车电话号码牌也是一件非常有意义的事情。

用模拟情境的方式导入增加学生的学习兴趣，让学生体验抽象与实际的关系，从而把抽象变成具体事物。

2.呈现导图，化思维为直观

思维导图能很好地理清思维中的关系，让学生一目了然地了解现实生活和计算机世界的联系，学会把无形的思维过程转化为直观有形的导图。

出示思维导图，并层层提问，引导学生思考问题的关键点。以“图”的方式来整体提问，将现实生活中的对象与计算机要处理的对象一一对应，化无形为有形。

（二）分解问题，理清思维

计算思维可以将问题分解成我们知道怎样去解决的问题。经过分解后，这些问题才能够被解决，从而降低设计难度。

如在制作“个性化花盆”这一课教学中，让学生知道首先要制作好一个你喜欢的实体，再利用抽象工具来制作花盆。这个实体可以是利用已有的实体进行改造，可以利用先画平面图，再进行拉伸，也可以把实体结合在一起，创作有个性的作品。

由此可见，学生通过理清思路，将问题进行分解并一一突破就找到了解决问题的关键点。

（三）抓住重点，关注思维

放手让学生在3D学习中进行学习有时候是很困难的，因为有些内容很难表达清楚，为此可以抓住重点来巩固思维。

例如，在教学“自制砝码”这一课中，正方体的尺寸大小长、宽、高在1厘米左右，重点是在上面的这个连接圆柱上，并且这些砝码是需要连接在一起的，因此这一课的重点是如何让上面的圆柱能够和正方体下面的接口紧密地结合在一起，那么圆柱的直径要比正方体下面的接口要小。

让学生在讨论和不断摆弄的过程中，抓住学习的重点，拓展思路，發展计算思维，这才是学生学习的目的。通过对比，学生会非常容易理解，并能合理利用。

（四）纠错归纳，巩固思维

学生已经初步形成了计算思维能力，但这种思维能力并不成熟和稳定，需要在教师的引导和任务支配下才能完成，因此，学生需要借助学习过程中出现的问题进行纠错和归纳，深化学生对知识的理解，巩固学习结果。

例如，在教学“自制砝码”这一课中，如何让上面的圆柱能够和正方体下面的接口紧密地结合在一起，那么圆柱的直径就要比正方体下面的接口要小，那么要小多少呢？学生通过多次的纠错，打印实体进行对接，终于发现小1毫米就可以了。

通过纠错思维，可以很好地解决问题。而学生通过纠错归纳，不仅能锻炼自己的计算思维能力，而且可以对知识进行巩固，为拓展打下基础。

（五）展示评价，沉淀思维

作品展示是对学生的肯定，也是学生互相学习的一种方式。目的是更好地提高学生的计算思维能力、审美能力和创新能力，激发学生学习3D打印的兴趣。

学生展示介绍作品，不仅是展示自己，也是对知识的梳理，学生在分享和交流中不仅可以锻炼语言表达能力，而且可以理清思路，沉淀思维。

例如，在“制作个性化花盆”中，有学生展示了这样一个作品。她把花盆和手机支架结合在一起，它既可以养多肉植物，也可以作为手机支架，同时也提醒“手机一族”应注意科学用眼，多看看绿色植物，因此设计了这个创意花盆。通过她的讲解，同学们对个性化花盆有了更深的理解，同时也明白了学习是为了更好地生活。

可见，展示评价可以激发学生对3D打印课程学习创作的兴趣，并且对学生的计算思维提出了更高的要求：在创作作品的过程中，学生对设计的数据要进行深入的分析和灵活的运用。

二、基于计算思维的3D打印课程教学的成效

通过基于计算思维的小学3D打印课程的实践与研究，不论是教师的教学，还是学生在3D打印课程的学习中，都有了或多或少的成效。

很多时候，教师非常希望通过拓展性课程，让每一位孩子都得到成长，基于计算思维的小学3D打印课程的教学，很好地解决了教师在3D打印教学中遇到的问题，改进教师的教学方法，提升课堂教学效率。抓住了计算思维这条线，拓展了教师的研究平台，提高了教师教育科研能力，带动并促进教师个人教学风格的形成，引领教师的专业化发展。

关注学生的学习，发展学生立体空间思维，激发学生充分发挥想象力、创造力，培养学生的计算思维。很多时候，学生是不知道怎么去做，或者说怎么做才能做得更好，通过教师一系列的学习安排和引导，他们对计算思维的理解有了一定的提高，并且知道了计算思维与生活是息息相关的，可以运用计算思维帮助我们更好地生活。

学生知道了计算思维不仅是计算那么简单，学习计算思维是为了更好地处理生活中碰到的问题。在学习过程中，笔者让每位学生选择自己最满意的作品，然后把它打印出来，分享给自己的家人和朋友，学生很有成就感，觉得这可是自己亲手设计出来的作品，非同一般。

三、基于计算思维的3D打印课程教学的反思

3D打印课程是信息技术课程的拓展，在不断的摸索学习过程中，既给了学生新的体验，也让笔者看出了在教学过程中环节也有设计不当的地方，下面从以下几点谈谈教学的反思。

（一）打好基础，必不可少

接触3D打印也已经有兩年的时间，通过不断实践练习，掌握了3D课程的教学。特别是三维软件的设计物品，每个工具的功能都已经知道，但是对于工具的灵活运用还是不够的，通过这次做的几个作品可以看出，工具的灵活运用能力还有待提高，在平时的教学中，也不能单独通过一个作品学习工具的作用，要把工具的作用扩展开，引导孩子灵活运用，这样孩子在设计新作品的时候，操作起来就灵活有余了。

（二）开阔视野，迫在眉睫

在教学中，确实也借鉴了不少其他的作品，让学生在课下之余可以通过网络平台来开阔自己的视野，多和拥有一样兴趣爱好的朋友交流成长，这是一件很快乐的事情，不要把自己，把课程教学锁定在课堂，锁定在单单的几个作品之上，要注意走出去，多学习，多交流，在这个过程中一定会有很多收获。

在教学前，笔者经常将几个3D打印的实物呈现在学生面前时，看到的是他们一个个好奇的小眼神，使他们有信心去学习接下来的知识，一定程度上激发了学生的学习兴趣，成就了学习动机，但是在一定程度上也束缚了他们的创新思维。

（三）培养思维，由点带面

计算机解决问题的过程和人类解决问题的过程最大的区别在于，人类有大量的包含个人禁言在内的隐形知识，而计算机解决问题时，要求有清晰的问题定义和描述，通过对问题的层层抽象，将学生的隐形知识显性化，思维过程可视化，不断对计算机思维能力进行强化和训练，思维能力才能得到提升。

（四）奖励评价，势在必行

奖励是特殊的评价，这对学生学习动机更具有不一般的鼓励作用，恰当使用奖励，让奖励被看做是提供有关成功或自我效能感的信息时，提高内部动机。笔者认为课堂中可以打印一些3D小徽章，对表现优秀的学生进行表扬和奖励，这在很大程度上可以培养优秀学生的成就动机，对表现一般的学生的成就动机的培养和激发也有一定的提高和改善。

（五）思维评价，因势利导

通过学生自创的或者程序作品草图设计来评价学生对于抽象、有条件限制的逻辑、算法思维以及其他用来解决问题的计算思维概念的理解和使用，阐述了学生在学习算法、信息技术等概念时的基本路径，通过现实生活中的问题以及一些热点问题来反映学生的计算思维能力。

当前关于计算思维教育的评价，主要是通过对学生学习的过程进行分析，但是计算思维评价不是单一的考查，需要综合多种评价工具进行计算思维系统性评价。

学生计算思维的培养是一项需要长期坚持的工作，特别要关注问题解决方案的形成过程。我们要将计算思维融入学生知识学习和问题解决的过程，不断地改善3D打印课程教学策略，提高学生学习的热情和积极性，让学生在自主、协作、交流、分享的过程中促进思维的发展，进而让“计算思维”在教学中落地生根，让每一位学生学会创造性地思考，从而达到更好地培养学生计算思维的目的。

参考文献：

[1]赵辉.让“计算思维”在Scratch实例教学中落地生根[J].中国信息技术教育，2016（10）.

[2]周莹.3D打印技术提升计算机建模教学的探究[J].当代教育实践与教学研究，2017（5）.

作者简介：严明岗（1981—），男，汉族，萧山，本科，二级教师，研究方向：Arduino机器人和3D打印课程的实践研究。