指向学生创新能力培养的初中3D打印教学实践与思考

孙苗 江苏省南京市金陵中学仙林分校中学部

● 案例背景

创客教育是培养学生创新实践能力的重要途径。3D打印课程作为创客教育不可或缺的一部分，已被越来越多的学校纳入中小学课程。但是，在3D打印教学过程中教师常常会遇到这样的困惑：如果给学生提供明确的样例和操作步骤，全班学生的作品会千篇一律；如果完全让学生自由设计，则课堂效率不高，并且很难呈现出色的作品。那么，3D打印课程如何开展，才能让学生在掌握新知的基础上生成创意作品，从而培养创新能力？笔者通过对3D打印课程进行三轮教学设计与调整，完成了课程的迭代更新，以此来培养学生的问题解决能力与创新能力。下面，笔者以《制作创意花瓶》课程为例进行说明（教学过程中使用123D design软件）。

● 实践举措

1.教师更关注技术本身，学生简单模仿

（1）过程描述

在《制作创意花瓶》课程的第一轮教学过程中（如表1），教师给学生提供了详细的操作帮助文档，并在课中进行了操作演示，大部分学生能够在一节课内完成花瓶的建模。但是，这样的教学设计出现了两个问题：一是在学生失去新鲜感之后，后续的学习兴趣有下降的趋势，课堂气氛不够活跃；二是学生呈现出的最终作品大同小异，只有颜色和大小等的变化，创新能力没有明显提高。在这种状况下，教师容易陷入为教技术而教技术的困境，教学成就感不高。

表1

（2）评价反思

①教学案例要结合生活实际。在学习3D建模制作创意花瓶之前，可以让学生举例谈一谈生活中花瓶的种类和用途，让学生自己设计一款花瓶等，将课堂交给学生，让学生发现和感受3D打印在生活中的应用。

②教学过程应注重引导和思考。创客类课程旨在将学生的创意变为现实，让学生有实质性的作品产出。本课用了大量时间讲授和演示花瓶作品的操作步骤，学生没有经历思考和再加工的过程。因此，学生最终呈现出的作品也就千篇一律，大部分是对教师教学案例的简单模仿。本课在引入环节可以引导学生思考作品的组成和设计思路；在新授环节可以引导学生思考更多可行的解决办法；在总结提升环节，可以引导学生讨论总结本课的要点，以及从中得到的启发。

③教学内容需关注前后知识的联系。在制作瓶身部分，瓶身可以用绘制草图放样建模，也可以使用基本体建模、绘制草图旋转建模、绘制草图扫掠建模等多种建模方式。在掏空花瓶部分，可以使用抽壳工具掏空瓶身，也可以使用相减工具掏空瓶身。因此，教学过程中需将多种前后连贯相通的知识整合和迁移，帮助学生建立完整的知识结构。

2.教师更关注技术的整合和迁移，学生模仿后再创新

（1）过程描述

教师从日常实例入手，分析总结了几种常见的建模方法，希望学生在此基础上建立知识框架，更好地进行作品的创新设计（如表2）。在按照这个思路实施之后，部分学生能够设计出有一定创新性的作品，部分学生仍然简单模仿教师演示的某个实例。通过观察，这个教学思路同样存在一些问题。首先，学生在掌握了一种建模方法制作作品之后，对其他建模方法的兴趣明显降低，教学效果不太明显。其次，这种试图整合知识、建立知识框架的过程实际还是教师主导的教学行为，学生经历的体验过程并不是很清晰，也就不能引起共鸣。最后，因为学生制作的作品并没有一个问题情境，所以生成的一些外观特异的作品失去了功能和价值，很难深层次地培养创新思维和创新能力。

表2

（2）评价反思

①学习目标应全面具体，关注素养的提升。本课程的学习目标局限于3D建模软件的综合应用，学习内容偏重技术，对学生的规划设计能力、合作学习能力、展示交流能力以及人文素养的提升等关注度不够。

②学习活动应基于问题情境，让创新思维落地生根。本课学习活动以软件的技术要点为线索，学生的创新思维没有具体的着力点，不利于培养深层次的创新意识和创新能力。在课程改进方面，可以让学生在问题情境中解决问题，采用项目学习的方式激发学生的创意，并设置科学的评价手段反馈学生的学习过程和学习结果。

3.教师在项目教学中设置问题情境，学生合作完成创意

（1）过程描述

本次课程设计总结了前两次课程的经验和不足，采用项目活动的方式开展教学实践，让学生在问题情境中合作完成创意设计，最后进行全班展示交流（如下页表3）。

表3

（2）评价反思

本次项目活动让学生探索了3D打印不同的建模方法，并基于此自主选择主题，小组合作完成创意作品。同时，本次活动也增加了打印实践操作课时。用3D打印技术解决生活中的实际问题，有效增加了学生学习的挑战性，从而提高了学生学习的积极性和主动性。当然，通过对项目活动的设计及实施，也发现了许多需要注意的问题，尤其是小组成员对活动的管理、活动的评价及活动效果的检验等是创客项目活动设计及实施的关键部分。同时，活动中对教师的组织管理能力的要求也更为严格。

● 实践反思

1.创设真实情境，解决实际问题

建构主义认为学习是学习者基于原有的知识经验生成意义、建构理解的过程，而这一过程常常是在社会文化互动中完成的。对于实践性较强的课程，更应该注重学生知识和技能的主动建构。所以，在课堂教学中，教师应该创设真实的生活情境，鼓励学生在综合的项目情境中解决实际问题，从而培养学生的学习兴趣，提高学习的积极性和主动性。

2.激发学习动能，提高学习兴趣

3D打印的项目活动基于真实情境，并且其活动内容具有综合性，因此，教师要基于学生已有经验和兴趣专长，打破学科界限，为学生留出充足的自由活动的空间。通过本案例可以看出，小组成员如果缺乏主动意识，只在课堂中教师有限的指导下进行学习，几乎达不到项目活动的目的。“用3D打印设计容器解决身边的实际问题”项目具有较高的开放性，因而更需要学生进行课后的自主探究学习，否则，既不能达到项目活动的学习目标，也不能实现学生的培养目标。

3.注重交流互动，培养创意思维

在创客类课程教学中，教师应给学生提供充分的时空自由以培养创意思维，鼓励学生在交流互动中造物，解决日常生活和学习中的具体问题。首先，在项目规划设计阶段，思维导图、“头脑风暴”等方法有利于学生开拓思路，完善创意。其次，在项目实施阶段，学生分组完成创意制作，在协作交流的过程中取长补短，实现创意。最后，在作品展示交流阶段，师生、生生之间的互动，组与组之间的思维碰撞，都将激发新的创意。

● 结语

本文对初中3D打印课程进行了三轮教学设计与调整，通过初中创客类课程的教学实践，探索了在创客教学中提升学生创新能力的途径和方法。笔者一直致力于普及性地开展包括3D打印课程在内的创客课程，探索和完善课程的设计与实施，以期能够更好地培养学生的创新实践能力。