3D 创客教育在校本课题《童趣AI》中的探索与实践

盛 芳

（苏州市平江新城实验小学，江苏 苏州 215000）

对于小学信息技术教学来说，做好3D 打印创客教育必须注重信息技术课程与创客思维的融合，基于实践的基础上不断丰富3D 教学模式，提升课堂教学效率，不断优化和完善教学内容，从而满足新时期小学信息技术教学的全面需要。借助3D 打印立体化教程实现创客教育，旨在创建主题式教学模式的课堂教学新秩序，为学生构建生动、形象的知识模块，加深学生对信息技术的理解和运用，从而培养他们的动手能力、空间想象能力。

一、3D 打印技术的概况

3D 打印技术作为快速成型技术方案，以数字模型作为技术前提，将粉末金属、塑料作为主要原材料，利用逐层打印，完成目标的构建。针对这种技术原理，目前主要采用熔融沉积成型技术方案，在较短的时间内快速形成目标对象，整个成本支出体量较小，生产周期相对较短，具有无毒害、安全性高的特性，适用于小学信息技术的课堂教学环境。

二、创客教育

虽然目前没有明确创客教育的基本定义，但是一般情况下，创客教育被认为是创客文化与教育的结合产物，它将动手实践能力和对基本知识的学习进行了融合，很大程度上激发了学生的学习兴趣，利用信息技术这种先进的工具激活了学生的自主探究能力和创造力，鼓励学生在分享与交流中进行团队合作。不仅使得学生逐渐形成了团队意识，其解决实际问题的能力与水平也得到提高。创客教育作为一种新兴的教育形式，它注重信息技术课程与创客思维的融合，对小学生综合素质的培养有着积极意义，为学生将来的全面发展打下了坚实的基础。

三、3D 打印技术在小学创客教育中的应用要点

（一）设置具备3D 打印技术的创客空间

若想将3D 打印技术在小学创客教育中加以应用，第一步便要建立硬件设施齐备的创客空间。所谓创客空间是给学生和教师提供的教学活动场所，在这样的空间中，学生可以进行自主探究，并通过亲手实践的形式获取学习经验，还可以在此与教师和同学进行交流和沟通。学校在设置空间时，首先要制定出明确的教学目标，根据学校校本课程开发的实际需要设置符合条件的创客空间。一般情况需要有最基本的3D 打印机设备、电脑、建模软件、操作工具和打印材料等，并布设课桌椅和基本的多媒体教学平台。

（二）做好创客教育教师的基本培训

为了实现3D 打印技术在创客教育课堂中的实施，相关教学人员的技术水平是不容忽视的实施条件。若要开展相关课程，仅凭校内的信息技术教师是远远不够的，因为该课程的教师还需要具备数控知识和材料学知识，因此要做好教师的专业化培训。培训内容分为三个部分：第一，要让教师掌握3D 打印教学的基础知识，同时教师还要具备维护3D 打印机的基本技能。第二，教师需要具备设计能力，并不断强化知识与技能的相互融合。第三，教师要将设计能力升级为开发能力。唯有如此，才能成为符合要求的3D 打印创客教育教师。

（三）创客教育应与生活实际相结合

小学生的创客教育内容应充分地与生活相结合，要让小学生在一种游戏化和生活化的创客课程中进行动手操作。只有小学生对创客课程产生了兴趣，他们才会积极地参与到动手实践的活动中。教师应该有意识地挖掘学生的兴趣点，并做到与生活实际相结合。例如，学生们喜欢游玩，那么教师就可以将其作为一个课程项目，并开发该项目。在课堂上，利用学生感兴趣的旅游景点作为创客课程的内容，解放学生的思想与天性，让他们不断地思考该如何动手将网络虚拟的图片和模型利用3D 打印技术打印出来，以此激发学生的创新意识。

（四）做好创客教育课堂的具体实施

创客空间的设置只需要提供相应的资金支持和硬件支持，相对比较容易，而课堂的持续实施与运营却比较困难。因创客教育是多种学科的结合产物，其综合性非常强，不仅需要重新对课程进行统一编排与设计，对教师个人能力的要求也非常高。教师首先要熟悉课程，同时要制定相应的教学计划，让学生能够在时间充裕的前提条件下进行动手实践。此外，教师还要注意课程与其他学科的融合，充分体现出创客课程的综合性特点。比如与信息技术的融合，学习“网络资源共享”时，可以让学生利用3D 打印技术将自己喜爱的卡通形象设计并打印出来随后上传至网络，通过资源共享，学生们可以利用3D 打印机进行打印，然后对所有学生的作品进行评奖，针对表现优异的学生要予以奖励。又如与基础学科的融合，语文内容，可以利用3D 打印技术打印人物形象，使之更生动、立体；数学内容，可以利用3D 打印技术打印立体图形，让数学模型更直观、清晰。如此一来，不仅可以帮助学生理解学科知识，还丰富了小学生在学习过程中的实践体验，能够提升教学效率。

（五）利用创客课程制作教具

当小学生们初步掌握了3D 打印技术后，教师便能够引导小学生进行自主探究，利用所学知识自主制作各学科的教具。因小学阶段学生们接触到的教具都比较简单，那么此时，教师只需要稍加引导，便足以令学生们自主地制作教具。一般来说，在数学学科中会运用到较多的教具，那么学生们就能够利用3D 打印技术进行设计制作，做出一些数学图形模具或者按比例缩小的生活模型。如此一来，在帮助学生加深理解数学知识的同时，也能够锻炼他们的动手能力。

四、3D 打印技术在本校应用的基本现状

（一）开展3D 打印课程的硬件环境

在2016 年，每周四笔者所在学校利用开展信息技术兴趣班的时间，设置了3D 打印教育课程这一具有拓展性的课程研究与实践。以课程教学需求，笔者所在学校设置3D 教育课程打印实验室，在打印室内安装了4台相关打印机。在打印机使用过程中，按照以学生为本的原则，设置了相应的课程实验，为学生营造出良好的课程实践机制。

（二）师生的3D 打印知识水平分析

3D 打印作为新型课程，教师以及学生对于相关理论、技术的认识不够深刻。教学过程中，为了消除认识误区，教师可定期与相关技术团队进行合作教学，向学生讲解3D 打印技术的原理、操作技巧，通过理论教学与实践训练相结合，激发起学生的学习探索热情。学生们纷纷跃跃欲试，利用3D 打印技术快速打印教具、学习模型，很是实用。

五、创意“3D 打印”课程开发

从建构主义、多元智力等理论出发，在教学过程中，突出了创意要素，结合学生的基本情况成立了“3D 打印创意工作室”，工作室在活动过程中采取主题式教学模式，设立相应的主题，形成了艺术类、生活类和环保类三个主题设计。引导学生体验不同的课程主体，使得学生更好地感受到3D 打印技术的魅力，实现了想象力与实物的联通。

（一）艺术类设计主题

艺术摆件中的新年桌面摆件、木制铁质工艺品、古筝沉香盒、琉璃水晶艺术摆件、扇子等；非遗传承中的灯饰、3D 打印皮影、剪纸、快板、环保炭雕等。

案例1：荷花扇

谜语：天热人人爱，天冷人人怪，春天不出世，秋天没有卖。通过多媒体视频资料，引导学生了解有关扇子的文化、种类及欣赏价值。“如何制作一把创意扇子（如图1 所示）呢？”学生进行3D 建模设计，加上后期的美工、装饰，作品非常有美观性。

图1 荷花扇

（二）环保类设计主题

智能分类垃圾桶、智能花盆、智能水壶、植物研究、智能马桶盖、PM2.5 机器人、智能充电器等。

案例2：智能分类垃圾桶

从播放一段垃圾分类的视频短片开始，尝试设计一个智能分类垃圾桶（如图2 所示），利用电脑的123D Design 软件完成3D 建模。这类新型垃圾桶，可以根据垃圾的不同材质进行垃圾种类的初步筛选、对应投放。同时垃圾桶使用太阳能电池，这种能源体系既可以减少使用成本，又提升了使用的绿色化水平，减少了对环境的污染以及破坏。

图2 智能分类垃圾桶

（三）生活类设计主题：益智型玩具

案例3：创意肥皂盒

课堂以“生活中的肥皂盒是什么样的”这一问题引入，学生通过观察传统肥皂盒的外形，明白其功能和特点。接着教师抛出问题：“如何设计一个创意肥皂盒”？激发学生思考，得出创意金点子。当学生在建模时碰到困难时，教师给予指导，学生们打印出个性化的肥皂盒作品。作品完成后，由美术教师指导上色，学生将其作为礼物赠送给家长。这种主题活动，既增长了学生自身的见识水平，又开拓了学生的视野，丰富他们的创造力。

六、3D 打印课程实施后的成效

（一）激发学习兴趣，提升信息素养

3D 打印课程在开展的过程中，始终对于学生有着较强的吸引力，学生在学习环节表现出高度的学习热情。从不了解到独立完成创意作品，整个课程过程中，学生发现问题、分析问题、处理问题的能力得到强化提升，促进了学生综合素质的全面增强。

（二）为学生的想象力、创造力插上腾飞的翅膀

加州理工大学多林·尼尔森教授认为：基于设计的学习模式中，教师挑战学生创建实物反映主题、概念和标准，有了这些实物，学生在互动中促进信息的回忆和重用。3D 课程的设计，不仅提升了学生对于理论知识的理解能力，还为学生创造了接触空间模型的路径。学生在小学合作教学的过程中，可以持续地强化自身的能力，厚植创造思维能力。学生两个作品，“创意肥皂盒”（如图3所示）“环保地球”（如图4所示）。

图3 创意肥皂盒

图4 环保地球

（三）加强对三维图形的理解，培养图形感知能力

3D 打印环节，学生根据教师公布的学习任务，将平面图形转化为三维图形，真正感受到三维立体图形的基本特点。这种抽象到具象的过程，可以全面强化学生的图形感受能力。

七、本校3D 创客教育的未来发展方向

（一）培养跨学科知识的综合应用，实现多元化学习

3D 打印技术作为整合性课程，以实践教学作为基础上，将不同的学习主题融入3D 课程之中，可以提供良好的学习氛围，让学生在课程教学中根据自身的特点和进度灵活地调整状态。同时，培养了学生良好的学习习惯，积极进行知识的探索。3D 打印课程是一门综合性的可以启发学生跨学科思维能力的教学活动。

（二）搭建创新能力培养网络学习资源平台

3D 打印课程体系设置环节，需要构建完善的资源平台。资源平台的形成，充分尊重学生的主动性，学生可以根据自身的兴趣、爱好，开展个性化学习。同时做好教师资源库建设，积极进行专家型教师队伍构建，逐步提升教师的专业技术能力，为3D 课程教学活动的开展奠定坚实基础。

（三）创设模拟情境，促进创新能力的培养

学习环节，教师需要做好相关情景的模拟，帮助学生更好地体会技术研发、推广的相关场景，依托这种方式实现学生成就感的提升，使学生更好地感受到生活实践，定向增强学生对于问题的分析能力。

3D 打印技术与信息课程教学的结合，是提升教学质量的基础与前提。在3D 打印技术的支持下，将虚拟的模型转化为实物。在这种情况下，教师利用3D 创客课程为学生的学习营造出良好的氛围。3D 打印技术作为技术媒介，学生可以将设计思路转化为实物。在课程中，教师可以通过布置相关课程任务实现从学中做、做中学，引导学生形成正确的思维与认知。