STEAM 教育理念与3D打印技术教学融合实践探研

2024-04-29郭景志

学苑教育 2024年9期

郭景志

（山东省滨州北海经济开发区马山子镇大梁王小学，山东滨州 251907）

新课标下的信息技术课堂教师要注重STEAM 教育理念与3D打印技术教学有效对接，需要我们做好相关探研。首先要探索STEAM 教育理念与3D 打印技术教学的共通性，不妨从具体要求、基本作用、实施过程做分析。其次要从3D 打印教学实践过程展开研究，语文、数学、美术、科学、信息等学科教学中，都能够找到3D 打印技术实践内容。最后从STEAM 教育理念与3D 打印技术教学融合效果方面做分析，形成完善的教学体系。素养导向下的信息技术课堂，教师要敢于跳出课堂，创新教学设计，STEAM 教育理念下的3D 打印技术教学，能够满足学生学习基本要求，其实践应用价值极为丰富，值得我们做深入探索。

一、S TE A M 教育与3D 打印技术共通

STEAM 教育理念将科学、技术、工程、数学等学科做统合关联，形成综合教学理论，与3D 打印技术教学有太多共通性，对小学学科教学有重要辅佐和支持作用，为学科教学提供支撑平台，不仅能够为教师学科教学带来助力支持，还能够培养学生的综合实践能力。

（一）STEAM 教育理念与3D 打印技术要求相契合

小学学科教学包括诸多内容，STEAM 教育理念在学科教学中有广泛应用，而3D 打印技术为学科教学带来更多新鲜体验，也为STEAM 教育理念落实创造物质条件。STEAM 教育理念与3D 打印技术基本要求高度契合，运用真实问题做引导，强调教学实践和反思，对各种学科知识做统合处理，倡导实践与理论相结合，形成崭新教学实践模式。STEAM 教育理念与3D 打印技术教学带有跨学科特点，教师需要与时俱进，不断强化自身业务能力的培养，为3D 打印技术的顺利渗透做好知识储备，引导学生在实践操作过程中落实STEAM 教育理念基本要求和目标。学科教学需要科学理论的支持，教师不仅要具备学科操控能力，还需要建立科学的教育理念和意识，将跨学科教学进行到底。

（二）STEAM 教学宗旨与3D 打印技术作用相契合

STEAM 教育理念追求跨学科融合，为学生创造更多实践机会，让学生在融合、合作、探索、归结等学习过程中成长学科综合能力。特别是跨学科学习和实践，已经成为信息时代的最重要追求，教师不仅要培养学生综合实践能力，还要注意培养学生科学思想观念，以便应对日新月异的发展形势。3D 打印技术是新型教育资源，学生感觉新鲜，自然有主动学习实践的热情，教师要做好教学研究，借助多种辅助手段，对3D 打印技术做全面推介，让学生在观察、操作、讨论、分享、归结等学习探索中成长综合学习能力。3D 打印技术本身带有综合性，融合了多种学科技术，与STEAM 教育理念高度契合，为教师展开学科融合设计创造机会。

（三）STEAM 教学策略与3D 打印技术实践相契合

STEAM 教育理念不仅追求学科融合，还带有创新实践的属性，让学生在创造性学习实践中成长综合能力。学科学习要面对诸多复杂性问题，教师借助先进的教育理念展开教学引导，为学生展开融合性学习和实践创造条件。3D 打印技术课程注重问题解决和实践体验，要求学生以团队小组形式展开具体研究和操作，对激发学生学科创造力有重要促进作用，与STEAM 教育理念有更多对接点，教师要做好对接处理，为学生准备更多实践探索的机会，以培养学生的创造力。

二、S TE A M 教育理念在3D 打印技术教学中的应用

（一）3D 打印课程教学实践探索

1.与教学设计融合

小学生对3D 打印技术学科应用充满好奇，教师要根据学生的年龄特点适时做出推介，与学科教学相对接，无疑能够带来轰动效应。如教学三维趣味设计《各色花瓶传文明》时，教师组织学生先观看3D 打印技术的实践应用，推出花瓶成品，让学生亲手摸一摸、看一看，观察作品的特点，思考如何由面到体，分析其构建规律。经过观察分析，学生大多能够从不同学科角度展开思考和分析，懂得思考、分析问题。要想制作自己心仪的花瓶可以由点到线、由线到面、由面到体进行全方面思考，提升学生的思维能力；有学生关注美术角度，从色彩搭配进行贴图、形状方向等审美方面做解读，在教师的引导下，学生通过发现美、设计美、创造美；也有学生运用形象语言展开描述，体现语文学科学习；还有学生从数学角度借助数据做介绍，如花瓶大小、半径、对称规律达到学科有效融合，有效提升学生的综合素养能力。

2.与教学执行融合

学生对直观信息比较敏感，而3D 打印技术的实践应用，能够为学科教学提供更多立体的作品，对学生多种感官带来一定冲击，为学科教学执行提供信息支持。如美术课程中，教师让学生观看由3D 打印技术制作的“漂亮的灯”，这些画面和造型都带有鲜明的立体感，学生观察更有兴趣，对其丰富的学科内涵展开深入研究。为激发学生探索潜力，教师推出了设计任务：我们生活中见过很多灯，如果让你来设计一种新颖样式的灯，你会做出怎样的设计？我们将挑选最佳设计方案，然后借助3D 打印技术做实践操作。学生拿到这个任务后，都表现出极高的参与热情，纷纷展开观察、分析、讨论，准备推出最精彩的设计方案。在这个教学案例中，教师抓住学生兴趣取向，推出3D 打印技术制作出来的作品做引导，给学生提供观察契机，成功激发学生参与实践创造的主动性。

3.与教学训练融合

学科教学训练设计环节，教师需要有创新意识，摆脱书面作业单一模式的束缚，为学生带来更多新颖的实践性活动，这样可以有效促进学生学科核心素养的成长。特别是跨学科教学设计，如STEAM 教育理念与3D 打印技术教学的有机结合，无疑是最为明智的选择。如关于房屋建筑设计问题，学生生活中有一定认知积累，对生活中各式房屋做过观察，教师要求学生借助网络搜集相关信息，然后自行成立合作团队，设计一份房屋建筑方案，准备参与班级展示交流活动。学生接受任务后，开始组建团队，教师做出具体安排，要求学生借助3D 打印技术制作出“真正”的房屋，追求设计的合理性和新颖性。学生对3D 打印技术应用还不成熟，教师给予必要的辅助，让学生团队顺利展开行动。3D 打印技术应用于学科教学，与学科内容对接，不仅给学生提供更多新鲜的学习信息，还能够激发学生创造力。教师组织学生组建合作团队，为学生提供更多学习实践的机会，让学生接受了新技术，建立了新观念，这对培养学生综合实践能力有现实意义。

（二）3D 打印课程教学作用分析

1.拓展学生知识学习视野

STEAM 教育理念与3D 打印技术教学相融合，不仅给学生创造更多接触新技术的机会，还能够延伸学生学习视野，满足学生实践探索的要求。3D 打印技术与小学语文、数学、美术、信息、科学等学科联系紧密，教师适时设计和组织，能够为学生带来更多学习启迪，让学生自然进入到实践探索环节，在知识拓展过程中成长学科核心综合能力。

2.激发学生学习创造能力

STEAM 教育理念与3D 打印技术教学对接，学生有了更多实践参与机会，虽然很多情况下的3D 打印技术应用都带有虚拟色彩，但对学生学习思维带来的冲击是显著的，对激发学生创造力是有助力作用的，学生学习思维被成功激活，其调度作用会更突出，让学生自然进入到想象、联想、探索的自由空间，对有效培养学生学习思维有具体帮助。

3.促进学生实践体验成长

STEAM 教育理念与3D 打印技术教学结合，给学生提供体验机会，丰富学科教学辅助手段，教师教学设计和执行有了更多辅学选择，这对全面提升学科教学品质有积极促进作用[4]。学生学科学习大多带有局限性，只能在有限教学时空下展开学习，难免产生学习厌倦情绪。如果教师引入3D 打印技术进入学科课堂，学生眼界大开，也会产生更多学习体验，对培养学生抽象思维和空间思维都会产生积极影响。

（三）3D 打印课程设计与执行

1.课程设置

STEAM 教育理念倡导实践，在3D 课程设置时，学生对实物设计比较有兴趣，如水杯、木梳、雪人等，在主题选择时与学生学习兴趣取向高度吻合，随着年龄的增长，学生关注区位更加宽广，我们课程设计也随之有调整，对课程内容进行系统设计，项目课程细化为开启课、主体课、综合设计，课程内容也增加更多生活实物和绘图、草图阵列和拉伸，课程学习方式也有调整，增加了微课合作学习方式，学科知识也关涉到诸多学科，数学、科学、美术、信息等学科关涉更为密切。

2.案例解析

学生进入到课程执行环节，教师要根据教学需要做出必要的设计和调整，让更多学生能够顺利进入到实践探索环节，在实践探索过程中建立3D 操作技巧，感受3D 打印技术与生活的关联和实践应用。如“草图的阵列和拉伸”课程，教学内容是利用草图绘制基本图形，然后围绕基本图形的一个点为中心进行环形阵列，最终用草图拉伸成为立体图形，完成基本草图的设计。教学执行过程中，教师细化教学过程，设计出基本教学环节。

第一个环节：吸收学生参与意见，研究基本操作方案。学生是学习主体，教师在制定3D 打印操作方案时，要重视学生的诉求，唯有有效吸纳学生的参与意见，才能确保操作方案设计的科学性和针对性。教师鼓励学生充分发言，不仅能够为顺利展开实践操作奠定基础，还能够先期理顺基本工序，这本身就是一种学术研究。教师引导学生找到知识的关联性，让学生主动猜一猜，这些图案由哪些基本图形组成，可以确保实践操作过程顺利展开。

第二个环节：教师演示操作步骤，师生达成教学默契。这个环节是教师的示范操作环节，教师详细介绍草图的阵列和拉伸方法，为学生顺利进入到实践操作环节奠定基础。学生刚刚接触3D 打印技术的相关内容，其感知体验存在不少短板，教师需要详细介绍其操作原理，还要亲自示范讲解，引导学生自然进入到操作环节，让学生充分掌握草图的拉伸技巧和方法。必要时，教师可引入“草图的阵列和拉伸”主题相关的微课视频教辅资源，利用微课视频展示更多示范教学素材，强化学生直观认知体验，培养学生规范化操作意识。

第三个环节：学生在教师指导下开始操作，归结出操作存在问题。学生进入草图的拉伸操作环节，教师跟进指导学生操作，对草图的阵列特点和拉伸要领有清晰把握。比如阵列超过一定数量，需要增加草图线条的密度、线条增加美学问题等，教师组织学生展开具体的讨论，逐渐找到适合的解决方案，确保实践操作顺利进行。在这个教学环节，教师充分放手，让学生发挥自己的聪明才智，调动学生参与热情，这对有效提升学生学科能力有一定帮助。

第四个环节：学生矫正修改，教师及时给出建议。学生展开实践操作学习，很容易出现一些操作问题，教师及时跟进学生实践操作学习过程，把学生出现的操作失误、学习疑惑、认知错误作为信息技术课堂新的教学契机，从中挑选一些有代表性的失败案例，引导学生详细观察，找到造成失误的原因。纠错修正的教学方式较为多元，教师基于学生动态学习情况，灵活选择直接指出问题，指导操作；组织学生反思学习，自主纠错；设置集体会诊，合作纠错等不同教学组织方式，发散学生信息技术课堂学习思维，帮助学生找到准确的解决问题方法，促使学生在不断纠偏操作中形成操作能力。在这个教学环节，教师结合操作案例进行具体的引导，让学生对3D 打印技术应用有了更多实践体验，并在纠偏改造中形成操作能力。

第五个环节：学生自主创作，展示总结操作成果。学生都有主动创造的要求，教师给学生留出机会，要求学生根据操作体验经历，自行设计草图阵列，并通过拉伸设计和操作，进而全面掌握3D 打印方案的构思、设计、制作，最终形成完整美观的模型设计、切片和打印。教师放手让学生创作、设计、实践、操作，符合STEAM 教育理念基本要求，与主体教学也有更多契合，学生在主体实践过程中成长学科基础能力。

3.教学反思

教学活动贯穿始终，学生参与热情很高，并在实践体验中形成学科认知，这是STEAM 教育理念极力倡导的，教师执行教学方案时，有意识对接STEAM 教育理念，为学生创造更多实践操作的机会，这对全面形塑学生综合能力有一定帮助。3D 打印技术自身带有实践属性，唯有通过反复操作，才能促进认知的转化。在实践操作中，学生对草图阵列、图案拉伸、草图线条交叉等特点有了深刻认识，对模型的长、宽、高等技术参数有了全新了解，这些都体现了STEAM 教育理念落实的特点。3D 打印让学生对模型构建有了全新体验，从虚拟变成实体中获得学科认知，增长了知识，培养了实践能力，其学科核心素养有了质的提升，教师全面落实STEAM 教育理念和精神，对促进学生终生发展有重要意义。