关注核心素养 玩转3D打印课程

□ 姚国平

业内普遍认为，3D打印是创客教育的一部分。但笔者认为，3D打印课程不仅是创客教育的一部分，也是信息技术课程的拓展和延伸，更是一门创新型课程。虽然创客教育方兴未艾，但并未形成完善的课程体系，比照国内外创客教育，其数字化项目模块与信息技术课程中的内容存在较大相似度，如机器人教学、创意编程等。信息技术课程教学为创客教育提供了知识与技术的支撑，而创客教育的创新、创造理念又契合了信息技术教育的核心素养，两者可谓相得益彰。

一、课程探索：关注核心素养

（一）理论引领，探索课程之本

大卫·库伯在梳理总结了约翰·杜威、库尔特·勒温、皮亚杰三人的经验学习模式的基础上提出了经验学习圈理论。他认为经验学习过程分为四个环形结构，包含具体经验、反思性观察、抽象概念化和主动实践，任何学习都应遵循此“学习圈”。具体经验是指让学习者经历具体的、全新的体验；反思性观察是指学习者经历体验后对体验进行体会、思考；抽象概念化是指学习者理解所观察体验的内容并吸收归纳成为合乎逻辑的概念；主动实践是要求学习者验证这些概念，并在制定策略、解决问题中加以运用。

经验学习圈理论对于3D打印课程的开发和实施有着关键的理论引领作用。3D打印课程不是纯粹的模仿造物，而是教师基于学生已有经验创设有趣的、符合学生实际的问题情境，带领学生全身心投入到学习中去，在察看、思索、探究、感受、使用的过程中，使学生实现从简单模仿到自主创意设计的转变。学生在3D打印课程的学习过程中学会学习、体会健康生活、体验实践创新，回归课程之本——核心素养的培养。

（二）立足实际，探索课程之源

3D打印课程，并非要将学生培养成能工巧匠，而是为了发展学生的计算思维、空间思维、设计思维和创新思维，联通学生的虚拟世界、实体世界和内心世界，激发创造力和想象力，提升核心素养。为实现这一培养目标，3D打印课程在内容编排上要注重学生的特点，结合生活实际，坚持学以致用的原则，让学生在作品的创作过程中体验造物之乐、生活之美。

（三）关注个体差异，构建课程之形

由于学生在性格、气质、家庭生活、父母的工作阅历和教育知识背景等方面存在差异，其学习能力也必然存在个体差异。因此，课程的设计应从三个方面去关注学生的个体差异：第一，课程的各个环节要有主题，以便学生带着问题去体验，在体验中解决问题。第二，设计多人协作的互动环节，体验集思广益，发挥互助共享不同思路解决问题的优势，培养团队协作精神。第三，利用微课、微视频、微作业等技术手段实现分层设计、因材施教，让不同层次的学生达成各自的预定目标。

只有从培养学生核心素养的目标出发，密切关注“学习圈”的打造，3D打印才能从活动的原胚上升到“课程”的形态。

二、课程实践：落实核心素养

促进核心素养的落实是3D打印课程开发的目的，有效实施课程是真正落实核心素养的关键。

（一）软硬兼施，保障教学环境

尽管教师始终是课程实施的核心与主导力量，但学生也是课程开发与实施的重要成员。只有社会、教师、学生的全面参与和合作，才能最大限度地实现教育资源的最优化和教学环境的最优化。

3D打印实验室是激发学生学习兴趣、创作情感的硬件平台，也是课程实施的基本保障。在实验室中，学生可以利用三维设计软件（3D One）设计开发模型，并且通过3D打印机打出模型，实现创意由虚拟变为现实的梦想。创意思维的物化实现可以增强学生的三维空间想象能力，提升学生实践创新的素养。

（二）任务驱动，转变学习方式

一般来说，学生对3D打印课程是从“有趣”开始的，就此产生学习“兴趣”，随着学习动机的增强，学生会采取积极主动的学习手段，提高自己的学习效率，向“志趣”发展。因此，教师要依据学生已有的学习经验、知识结构，利用学生感兴趣的物品来创设具有趣味性、探索性、延伸性的教学情境，以任务驱动的教学方法开展探究实践，助力学生主动树立学习意识，培养探究精神。

如《把绿色带回家——花盆》一课，要求学生自由组成任务小组，从花盆摆放位置、造型、原因等几个方面对师生喜爱花盆类型进行调查、统计并分析，从而得出“圆形、爱心形、花瓣形是最受师生青睐的花盆造型”的结论。学生在纸上设计出花盆的雏形，经过修改定型后在3D One中进行模型制作。模型经过切片设置、3D打印机打印，最终完成花盆的制作（见图1）。

图1 学生制作的花盆作品

在任务驱动下，学生的学习方式发生了转变：带着问题与任务，主动去调查、分析师生喜爱的花盆造型，运用已有的知识与经验提出纸样设计方案，再通过三维设计、切片打印成功制作出花盆，完成任务。任务驱动下的探究过程，使学生从被动学变为主动学，教师也从教学主导者变成以引导为主的教学辅导者。

（三）学以致用，延展课程实践

生活是学生生长的土壤。学生的课程学习成果只有经过生活的检验，才能全面呈现学习效果，才是真正做到理论与实践相结合的学习。

如《把绿色带回家——花盆》一课中，学生完成了花盆制作，并不意味着课程的结束。组织学生前往市场，为自己制作的花盆选购合适的植物，是对课程学以致用的延展实践。从了解植物的名称、生长环境到种植方法，从价格比较到养护成本，学生总结出盆栽植物的特点：美观、实惠、易养护、易繁殖。学生在教师的指导下进行种植，并把种植好的盆栽带回家，根据自己房间的特点和花盆特色进行布置。

在“选购—种植—布置”的过程中，学生再度审视了三维花盆设计的优劣，掌握了根据花盆选购植物的技巧，了解了绿色植物对环境的作用，在生活检验中获得了新知识与技能，树立了健康生活的意识，落实了核心素养，真正体现了“玩转课程”的力量。

（四）多元多维，培养创新能力

创新是3D项目及创客教育的核心思想，“互联网+”背景下的多元多维评价要充分利用网络资源及互联网技术，为激发学生的创新力，培养学生的创造力，提升学生的核心素养提供平台。

学习3D打印课程一般会经历三个阶段：模仿性阶段、思考性阶段、创新性阶段。模仿性阶段，强调教师的演示和学生的模仿体验。这一阶段对于3D打印的初学者来说是必不可少的，也是不可替代的。思考性阶段，是指学生对制作的模型做详细的事前规划。这是检验学生3D打印学习成果的重要指标，是学习独立创作的基础，也是学习过程中最重要的环节。创新性阶段，是指3D打印学习的后期，学生通过发现问题、思考问题，以已有的生活阅历为基础，用3D打印知识去解决问题，创作出具有一定功能的创意作品。创新性阶段是技术学习和问题解决的有机契合，体现了学以致用的思想。

教师针对课程学习的不同阶段，设计3D打印课程的评价维度及指标。这不仅要关注学生在课程学习中的教学常规、学习态度、合作互助等过程性评价，更要关注学生作品的创新亮点和应用水平（见表1）。

表1 3D打印课程评价维度及指标表

各种互联网资源和平台为学生学习课程、展示作品、分享经验、相互点评提供技术支持。如学生完成作品后，可以借助青少年三维创意社区（www.i3DOne.com）进行展示，阐述设计理念和作品亮点，总结学习经验和教训。教师及其他学生可以借助平台对作品发表观点、提出建议、评定等级，在共享资源和技能的同时，活跃了学生的创新思维，培养了学生的创新能力，使学生在模仿中思考，在思考中创新，在创新中成长。

“没有教育的科学，何来科学的教育？”3D打印课程，为学生构建了一条从模仿作品到思考作品再到创作作品的发展之路，清晰描绘出从低阶思维向高阶思维发展的课程实施路线图。3D打印，以核心素养培养为目标，由单纯的教学变成了多维立体的课程，学生在课程的学习中得以全面发展。