三维融通：3D打印泛在学习路径研究

陈秋萍

［摘 要］三维融通是指三维学习空间的融通，即思维空间、实践空间和展示空间之间的融通。教师基于泛在学习理念开展教学，在思维空间与展示空间中研究广义泛在学习的应用，在实践空间中以狭义的泛在学习为基础，引导学生在信息技术支持下进行实践探索，在三维学习空间中学习3D打印技术，在悟学、探学、展学三条泛在学习路径中提升应用分析、实践创造、批判思维能力，最终促进学生数字化学习能力与创新能力的发展。

［关键词］三维融通；3D打印;泛在学习

［中图分类号］ G43［文献标识码］ A［文章编号］ 1007-9068（2024）15-0080-03

《义务教育课程方案（2022年版）》倡导真实性学习，注重创设真实情境，引入多元化学习资源。随着3D打印技术在中小学教育中的广泛应用，其在核心素养培育方面的作用也越来越受到重视。当前，3D打印学习存在许多问题：其一，目标不清，学习机械盲目；其二，成品以模仿为主，缺乏创造性；其三，评价不足，缺乏对过程的反思。

那么，如何使学生明确3D打印的学习目标，提高3D作品的创造性，提升学生发现和解决问题的能力，发展学生的科学核心素养呢？

一、思维空间中的泛在悟学路径

广义的泛在学习认为，学习的发生、需求无处不在。悟学路径解决的是“为什么学”的问题。泛在悟学路径强调多维度学习，包括创设学习情境、转化适龄性问题、分析挑战性任务，需要师生共同收集信息并转换成问题、加工信息并分析任务。如果忽略情境的创设、技术的应用，学生的学习兴趣就会降低。因此，教师要引导学生从不同的维度发现问题，并对问题进行分析。

1.创设学习情境

情境创设能为驱动性问题的产生做铺垫。由于学生的学习多发生在学校，基于学校创设学习情境更有利于学生发现问题。为了丰富学生的学习生活，学校开发了丰富多彩的拓展课程。教师要从中寻找与3D打印技术相关或是能使用3D打印技术解决某些问题的课程内容，基于学生在课程实践中的经历创设学习情境。

学生或亲自参与了相关活动，体验了活动过程；或虽然没有亲身体验，但通过观察对活动有了初步了解。教师创设与这些活动相关的情境，能充分激发学生的学习兴趣和探究欲望，有利于学生后期充分体会3D实物成品在相关情境中的应用价值。

经过筛选，笔者将3D打印学习的情境来源分为学校项目中心课题、学校劳动实践课程、学生学习生活实际、三维技术社团活动这四大类。

2.转化适龄性问题

适龄性问题是学生在学习情境中发现的真实问题，也是驱动学生学习的关键问题。它贯穿学生的整个学习过程，需要学生运用3D打印技术的相关知识来回答，具有一定的挑战性和开放性。

依据3D打印学习的四大情境来源，适龄性问题也可以分为四类，分别是在学校项目中产生的问题、在劳动实践课程中产生的问题、在学习生活中产生的问题、在三维技术社团活动中产生的问题。这些问题的产生，为学生搭建了技术学习与实际生活之间的桥梁。如教师节时，有的学生看到教师办公桌上堆放的自制贺卡和花朵，提出了“如何制作一个美观、方便的收纳瓶？”这一问题。

3.分析挑战性任务

挑战性任务由师生共同提出，旨在解决适龄性问题，依据学习过程可分为若干子任务。为了解决适龄性问题，学生广泛搜集并加工信息，分析挑战性任务。在3D课堂上，每一个学习任务，如制作花瓶、塑料碗、模型、笔筒等都与学生的学习生活相联系，能够激发学生学习的内驱力。

对挑战性任务的分析分为信息加工和结构分析两大类。信息包括视频、文字、访谈记录、实验数据等。学生通过访谈、查阅资料、观看视频、小组交流、头脑风暴等搜集信息，筛选其中的有用信息，并通过问题链、提示词、表单和思维导图等建立信息之间的联系。这样分析挑战性任务，能有效发展学生的思维能力和数字素养。

【案例1】为学校“巧手培绿种植园”制作“蔬菜名牌”

创设学习情境：种植园中，同学们之前播种的蔬菜种子纷纷长出了幼苗。有些班级在泥土里插上了名牌，有些则没有插。

转化适龄性问题：由于蔬菜还是幼苗，没有结出果实，大多数同学都叫不出名字。我们能不能利用所学3D打印技术，帮助同学们辨识这些蔬菜？

分析挑战性任务：问题提出后，教师让学生以小组为单位，采用讨论、表单记录等方式，总结出“蔬菜名牌”要具备清晰、便于放置、不易损坏、吸引人等要素，并形成指向明确的挑战性任务——如何设计并制作一款清晰、便于放置、不易损坏、吸引人的“蔬菜名牌”？

二、实践空间中的泛在探学路径

狭义的泛在学习是指以计算机为核心的信息技术支持下的学习，以学习者为中心，以学习任务为焦点，使学习者在技术加强的学习环境下，进行知识的建构。探学路径解决的是“怎么学”的问题。教师可以通过“设计方案—实践操作—交流迭代—解决问题”四个步骤为学生构建实践创造的探学路径（见表1），切入学生的“最近发展区”，搭建学习支架，引导学生在实践中解决问题。

1.基于目标，设计方案

基于解决问题的目标，学生综合运用已学知识，完成挑战性任务的方案设计，根据要求明确3D产品的基本要素，如大小、颜色、图案等，最终完成草图的绘制，必要时增加产品使用说明、功能介绍等。在设计方案时，教师要引导学生借助学习表单进行独立思考，并适时开展小组讨论，以帮助学生发散思维，在确保可行性的基础上形成多种解决方案。需要注意的是，方案既是学生思维的呈现，又是学生创造的开端，还是后续软件建模的基础，因此，方案设计要充分尊重学生的个性特点。

2.搭建支架，实践操作

首先，建模之前，教师可以借助学具，使学生对3D虚拟模型的形成过程有一个形象化的了解，促使学生在制作过程中产生更多的创意。其次，教师通过问题大发现、头脑风暴等方式，帮助学生形成问题清单，如借助自查表，帮助学生厘清已经掌握的操作和需要学习的操作。然后，教师引导学生开展小组合作，梳理出本次任务需要掌握的技能。最后，建模时，教师适当提供微视频、学习资料等，使学生通过自主探究或小组合作探究，完成初步建模。

3.合作互助，交流迭代

交流迭代即先交流再迭代，是指学生对照产品量规，对虚拟产品进行的自我修改，也包括小组、个体阶段性展示和评价之后进行的作品修改。通过重新对照评价量规中对产品的具体要求，以及展示和组内讨论，学生取长补短，吸收其他作品的优点，并修改自己的作品。在交流过程中，教师可以提供简单的发言支架，帮助学生厘清自己作品的特点，使学生能够更加全面、细致地进行介绍；同时，教师还要包容学生的有效失败，并帮助学生从失败中总结经验。

4.打印成品，解决问题

打印一个3D作品需要花费较多的时间。因此，只有符合产品量规，学生在3D One软件中建立的模型才能被打印出来。此外，对于相似度较高的作品，在不影响美观、使用的基础上，应选择耗材少的作品进行打印。在自评和互评的基础上，学生将符合要求的作品打印出来，进行实际应用，并对作品的使用效果进行调查，实现了虚拟和现实之间的连接。这既是应用3D作品解决实际生活中的问题的体现，也是学生后期展示评价的有力证明。

【案例2】3D创意花盆的设计与制作

设计方案：在小组讨论的基础上，提炼出3D创意花盆应该具备的三大要素（见下表），并根据要求完成草图绘制，明确花盆的具体样式。

[要求 具体内容 美观 外观、大小、颜色合适 功能 符合花盆的实用功能 创意 形状、图案有创意 ]

实践操作：运用3D One软件建模。填写学习自查表，明确哪些操作已经掌握、哪些操作需要学习。通过自查，学生得出“浮雕命令”和“减运算方法”是新内容，并通过微视频、学习资料自主探究，尝试初步建模。

交流迭代：先小组讨论遇到的问题，再向全班介绍分享。教师针对重难点进行点拨指导，引导学生取长补短，完成作品的迭代更新。

解决问题：展示评价之后，教师引导学生挑选部分优秀作品进行打印，并投入使用。

三、展示空间中的泛在展学路径

展学路径解决的是学习评价的问题。针对学生在学习过程中形成的研究报告、虚拟作品和实物成品等，教师搭建课内外展示平台，通过汇报、展览、义卖等不同方式，引导学生体会3D打印技术的应用价值，拓宽学生的“认知化疆域”。展示的对象是学生的实践成果。展学路径的开拓有助于学生重新审视自己的学习过程，并在批判性评价的过程中发展思维能力。

1.研究报告发布

将学生在学习过程中形成的所有图表组合起来，就形成了一份研究报告，其中包括作品的评价量规、设计图、自评表、互评表、团队合作评价表、作品介绍发言稿、问题清单等。报告发布指向课内的过程性评价，采用组内和组间交流相结合的方式。组内交流由小组长负责，组织组员针对研究报告进行讨论；组间交流指全班性的介绍发布，由教师组织。过程性评价有助于学生反思学习过程，梳理知识内容，思考学习方法，为其后续学习奠基。自评表包括对本次学习任务中知识难点的掌握和实践程度，团队合作评价表则包括组内和组间的互助竞争评价。所有评价均采用量化标准，方便学生操作。

2.虚拟作品展示

虚拟作品是指根据设计草图，利用3D One软件制作的虚拟作品。由每个小组展示介绍本组作品，包括设计缘由、面临困难、创意点，等等。教师可以为学生提供介绍的文字支架，帮助学生提炼主要内容。

虽然虚拟作品不是最终的学习成果，但是由于3D打印学习的特殊性，笔者认为，在实物成品产出之前，对虚拟作品进行评价也非常重要。学生根据评价量规，对虚拟作品进行评价修改、迭代更新。这样，在实物成品产出之后，就可以将虚拟作品和实物成品进行比较，从而了解3D打印技术的限制条件，形成从不同角度思考问题的思维方式。

3.实物成品发布

实物成品发布多采用课内外相结合的方式进行。课内，教师引导学生先借助发言稿和实物成品详细介绍自己的作品，再利用评价量规进行评价；课外，教师为学生提供面向全校的展示舞台，将学生制作的3D实物成品介绍给全校。在这个过程中，学生介绍作品亮点、说明制作过程、听取“用户”反馈等，有效提升了自身的综合素养，而三维学习的育人作用也得以持续发挥。

能将自己在3D课堂中设计并打印出来的作品带出课堂，并在全校进行展示、介绍，学生倍感兴奋。教师根据学校的实际情况，把握全校性活动的契机，如“爱心义卖”活动期间，让学生挑选部分3D实物成品参加义卖活动；“植树挂牌”活动期间，让学生利用3D打印技术制作植物名牌并悬挂。借助这些活动，学生将在3D课堂中制作的实物成品展示出来，体会到3D作品的实用性，了解了3D打印技术的优劣，为后续学习中产生更多想法和创意打下了基础。

只有将技术学习与学生需求相结合，注重技术的生活应用，才能发挥技术的最大功用。笔者通过探索泛在学习路径，在3D打印技术的教学过程中创设三维融通空间，使学生在思维空间中进行多维度学习，在真实情境中进行应用分析；在实践空间中从“最近发展区”开始实践创造；在展示空间中尝试批判评价，拓宽“认知化疆域”。通过泛在学习，最终实现了学生数字化学习能力与创新能力的提高。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 林椿.产品项目研发模式下小学3D打印课程的教学策略[J].教师博览，2021（21）：69-70.

[2] 中华人民共和国教育部.义务教育课程方案（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[3] 张琦，黄益栓，黄展鹏.泛在学习环境下的《三维建模技术》课程教学改革实践[J].电脑与信息技术，2023，31（6）：113-116.

[4] 姜王宁，陈胜银，刘凤娟.3D打印技术支持下中小学生创新能力培养策略研究[J].电脑知识与技术，2023，19（15）：161-163，172.

[5] 刘晓钰，杨滨源.加快推进数字技术赋能教育现代化建设[N].科学导报，2023-11-24（B4）.

（责编 蔡宇璇）