STEAM 教育理念與3D打印技術教學融合實踐探研

郭景志

（山東省濱州北海經濟開發區馬山子鎮大梁王小學，山東 濱州 251907）

新課標下的信息技術課堂教師要注重STEAM 教育理念與3D打印技術教學有效對接，需要我們做好相關探研。首先要探索STEAM 教育理念與3D 打印技術教學的共通性，不妨從具體要求、基本作用、實施過程做分析。其次要從3D 打印教學實踐過程展開研究，語文、數學、美術、科學、信息等學科教學中，都能夠找到3D 打印技術實踐內容。最后從STEAM 教育理念與3D 打印技術教學融合效果方面做分析，形成完善的教學體系。素養導向下的信息技術課堂，教師要敢于跳出課堂，創新教學設計，STEAM 教育理念下的3D 打印技術教學，能夠滿足學生學習基本要求，其實踐應用價值極為豐富，值得我們做深入探索。

一、S TE A M 教育與3D 打印技術共通

STEAM 教育理念將科學、技術、工程、數學等學科做統合關聯，形成綜合教學理論，與3D 打印技術教學有太多共通性，對小學學科教學有重要輔佐和支持作用，為學科教學提供支撐平臺，不僅能夠為教師學科教學帶來助力支持，還能夠培養學生的綜合實踐能力。

（一）STEAM 教育理念與3D 打印技術要求相契合

小學學科教學包括諸多內容，STEAM 教育理念在學科教學中有廣泛應用，而3D 打印技術為學科教學帶來更多新鮮體驗，也為STEAM 教育理念落實創造物質條件。STEAM 教育理念與3D 打印技術基本要求高度契合，運用真實問題做引導，強調教學實踐和反思，對各種學科知識做統合處理，倡導實踐與理論相結合，形成嶄新教學實踐模式。STEAM 教育理念與3D 打印技術教學帶有跨學科特點，教師需要與時俱進，不斷強化自身業務能力的培養，為3D 打印技術的順利滲透做好知識儲備，引導學生在實踐操作過程中落實STEAM 教育理念基本要求和目標。學科教學需要科學理論的支持，教師不僅要具備學科操控能力，還需要建立科學的教育理念和意識，將跨學科教學進行到底。

（二）STEAM 教學宗旨與3D 打印技術作用相契合

STEAM 教育理念追求跨學科融合，為學生創造更多實踐機會，讓學生在融合、合作、探索、歸結等學習過程中成長學科綜合能力。特別是跨學科學習和實踐，已經成為信息時代的最重要追求，教師不僅要培養學生綜合實踐能力，還要注意培養學生科學思想觀念，以便應對日新月異的發展形勢。3D 打印技術是新型教育資源，學生感覺新鮮，自然有主動學習實踐的熱情，教師要做好教學研究，借助多種輔助手段，對3D 打印技術做全面推介，讓學生在觀察、操作、討論、分享、歸結等學習探索中成長綜合學習能力。3D 打印技術本身帶有綜合性，融合了多種學科技術，與STEAM 教育理念高度契合，為教師展開學科融合設計創造機會。

（三）STEAM 教學策略與3D 打印技術實踐相契合

STEAM 教育理念不僅追求學科融合，還帶有創新實踐的屬性，讓學生在創造性學習實踐中成長綜合能力。學科學習要面對諸多復雜性問題，教師借助先進的教育理念展開教學引導，為學生展開融合性學習和實踐創造條件。3D 打印技術課程注重問題解決和實踐體驗，要求學生以團隊小組形式展開具體研究和操作，對激發學生學科創造力有重要促進作用，與STEAM 教育理念有更多對接點，教師要做好對接處理，為學生準備更多實踐探索的機會，以培養學生的創造力。

二、S TE A M 教育理念在3D 打印技術教學中的應用

（一）3D 打印課程教學實踐探索

1.與教學設計融合

小學生對3D 打印技術學科應用充滿好奇，教師要根據學生的年齡特點適時做出推介，與學科教學相對接，無疑能夠帶來轟動效應。如教學三維趣味設計《各色花瓶傳文明》時，教師組織學生先觀看3D 打印技術的實踐應用，推出花瓶成品，讓學生親手摸一摸、看一看，觀察作品的特點，思考如何由面到體，分析其構建規律。經過觀察分析，學生大多能夠從不同學科角度展開思考和分析，懂得思考、分析問題。要想制作自己心儀的花瓶可以由點到線、由線到面、由面到體進行全方面思考，提升學生的思維能力；有學生關注美術角度，從色彩搭配進行貼圖、形狀方向等審美方面做解讀，在教師的引導下，學生通過發現美、設計美、創造美；也有學生運用形象語言展開描述，體現語文學科學習；還有學生從數學角度借助數據做介紹，如花瓶大小、半徑、對稱規律達到學科有效融合，有效提升學生的綜合素養能力。

2.與教學執行融合

學生對直觀信息比較敏感，而3D 打印技術的實踐應用，能夠為學科教學提供更多立體的作品，對學生多種感官帶來一定沖擊，為學科教學執行提供信息支持。如美術課程中，教師讓學生觀看由3D 打印技術制作的“漂亮的燈”，這些畫面和造型都帶有鮮明的立體感，學生觀察更有興趣，對其豐富的學科內涵展開深入研究。為激發學生探索潛力，教師推出了設計任務：我們生活中見過很多燈，如果讓你來設計一種新穎樣式的燈，你會做出怎樣的設計？我們將挑選最佳設計方案，然后借助3D 打印技術做實踐操作。學生拿到這個任務后，都表現出極高的參與熱情，紛紛展開觀察、分析、討論，準備推出最精彩的設計方案。在這個教學案例中，教師抓住學生興趣取向，推出3D 打印技術制作出來的作品做引導，給學生提供觀察契機，成功激發學生參與實踐創造的主動性。

3.與教學訓練融合

學科教學訓練設計環節，教師需要有創新意識，擺脫書面作業單一模式的束縛，為學生帶來更多新穎的實踐性活動，這樣可以有效促進學生學科核心素養的成長。特別是跨學科教學設計，如STEAM 教育理念與3D 打印技術教學的有機結合，無疑是最為明智的選擇。如關于房屋建筑設計問題，學生生活中有一定認知積累，對生活中各式房屋做過觀察，教師要求學生借助網絡搜集相關信息，然后自行成立合作團隊，設計一份房屋建筑方案，準備參與班級展示交流活動。學生接受任務后，開始組建團隊，教師做出具體安排，要求學生借助3D 打印技術制作出“真正”的房屋，追求設計的合理性和新穎性。學生對3D 打印技術應用還不成熟，教師給予必要的輔助，讓學生團隊順利展開行動。3D 打印技術應用于學科教學，與學科內容對接，不僅給學生提供更多新鮮的學習信息，還能夠激發學生創造力。教師組織學生組建合作團隊，為學生提供更多學習實踐的機會，讓學生接受了新技術，建立了新觀念，這對培養學生綜合實踐能力有現實意義。

（二）3D 打印課程教學作用分析

1.拓展學生知識學習視野

STEAM 教育理念與3D 打印技術教學相融合，不僅給學生創造更多接觸新技術的機會，還能夠延伸學生學習視野，滿足學生實踐探索的要求。3D 打印技術與小學語文、數學、美術、信息、科學等學科聯系緊密，教師適時設計和組織，能夠為學生帶來更多學習啟迪，讓學生自然進入到實踐探索環節，在知識拓展過程中成長學科核心綜合能力。

2.激發學生學習創造能力

STEAM 教育理念與3D 打印技術教學對接，學生有了更多實踐參與機會，雖然很多情況下的3D 打印技術應用都帶有虛擬色彩，但對學生學習思維帶來的沖擊是顯著的，對激發學生創造力是有助力作用的，學生學習思維被成功激活，其調度作用會更突出，讓學生自然進入到想象、聯想、探索的自由空間，對有效培養學生學習思維有具體幫助。

3.促進學生實踐體驗成長

STEAM 教育理念與3D 打印技術教學結合，給學生提供體驗機會，豐富學科教學輔助手段，教師教學設計和執行有了更多輔學選擇，這對全面提升學科教學品質有積極促進作用[4]。學生學科學習大多帶有局限性，只能在有限教學時空下展開學習，難免產生學習厭倦情緒。如果教師引入3D 打印技術進入學科課堂，學生眼界大開，也會產生更多學習體驗，對培養學生抽象思維和空間思維都會產生積極影響。

（三）3D 打印課程設計與執行

1.課程設置

STEAM 教育理念倡導實踐，在3D 課程設置時，學生對實物設計比較有興趣，如水杯、木梳、雪人等，在主題選擇時與學生學習興趣取向高度吻合，隨著年齡的增長，學生關注區位更加寬廣，我們課程設計也隨之有調整，對課程內容進行系統設計，項目課程細化為開啟課、主體課、綜合設計，課程內容也增加更多生活實物和繪圖、草圖陣列和拉伸，課程學習方式也有調整，增加了微課合作學習方式，學科知識也關涉到諸多學科，數學、科學、美術、信息等學科關涉更為密切。

2.案例解析

學生進入到課程執行環節，教師要根據教學需要做出必要的設計和調整，讓更多學生能夠順利進入到實踐探索環節，在實踐探索過程中建立3D 操作技巧，感受3D 打印技術與生活的關聯和實踐應用。如“草圖的陣列和拉伸”課程，教學內容是利用草圖繪制基本圖形，然后圍繞基本圖形的一個點為中心進行環形陣列，最終用草圖拉伸成為立體圖形，完成基本草圖的設計。教學執行過程中，教師細化教學過程，設計出基本教學環節。

第一個環節：吸收學生參與意見，研究基本操作方案。學生是學習主體，教師在制定3D 打印操作方案時，要重視學生的訴求，唯有有效吸納學生的參與意見，才能確保操作方案設計的科學性和針對性。教師鼓勵學生充分發言，不僅能夠為順利展開實踐操作奠定基礎，還能夠先期理順基本工序，這本身就是一種學術研究。教師引導學生找到知識的關聯性，讓學生主動猜一猜，這些圖案由哪些基本圖形組成，可以確保實踐操作過程順利展開。

第二個環節：教師演示操作步驟，師生達成教學默契。這個環節是教師的示范操作環節，教師詳細介紹草圖的陣列和拉伸方法，為學生順利進入到實踐操作環節奠定基礎。學生剛剛接觸3D 打印技術的相關內容，其感知體驗存在不少短板，教師需要詳細介紹其操作原理，還要親自示范講解，引導學生自然進入到操作環節，讓學生充分掌握草圖的拉伸技巧和方法。必要時，教師可引入“草圖的陣列和拉伸”主題相關的微課視頻教輔資源，利用微課視頻展示更多示范教學素材，強化學生直觀認知體驗，培養學生規范化操作意識。

第三個環節：學生在教師指導下開始操作，歸結出操作存在問題。學生進入草圖的拉伸操作環節，教師跟進指導學生操作，對草圖的陣列特點和拉伸要領有清晰把握。比如陣列超過一定數量，需要增加草圖線條的密度、線條增加美學問題等，教師組織學生展開具體的討論，逐漸找到適合的解決方案，確保實踐操作順利進行。在這個教學環節，教師充分放手，讓學生發揮自己的聰明才智，調動學生參與熱情，這對有效提升學生學科能力有一定幫助。

第四個環節：學生矯正修改，教師及時給出建議。學生展開實踐操作學習，很容易出現一些操作問題，教師及時跟進學生實踐操作學習過程，把學生出現的操作失誤、學習疑惑、認知錯誤作為信息技術課堂新的教學契機，從中挑選一些有代表性的失敗案例，引導學生詳細觀察，找到造成失誤的原因。糾錯修正的教學方式較為多元，教師基于學生動態學習情況，靈活選擇直接指出問題，指導操作；組織學生反思學習，自主糾錯；設置集體會診，合作糾錯等不同教學組織方式，發散學生信息技術課堂學習思維，幫助學生找到準確的解決問題方法，促使學生在不斷糾偏操作中形成操作能力。在這個教學環節，教師結合操作案例進行具體的引導，讓學生對3D 打印技術應用有了更多實踐體驗，并在糾偏改造中形成操作能力。

第五個環節：學生自主創作，展示總結操作成果。學生都有主動創造的要求，教師給學生留出機會，要求學生根據操作體驗經歷，自行設計草圖陣列，并通過拉伸設計和操作，進而全面掌握3D 打印方案的構思、設計、制作，最終形成完整美觀的模型設計、切片和打印。教師放手讓學生創作、設計、實踐、操作，符合STEAM 教育理念基本要求，與主體教學也有更多契合，學生在主體實踐過程中成長學科基礎能力。

3.教學反思

教學活動貫穿始終，學生參與熱情很高，并在實踐體驗中形成學科認知，這是STEAM 教育理念極力倡導的，教師執行教學方案時，有意識對接STEAM 教育理念，為學生創造更多實踐操作的機會，這對全面形塑學生綜合能力有一定幫助。3D 打印技術自身帶有實踐屬性，唯有通過反復操作，才能促進認知的轉化。在實踐操作中，學生對草圖陣列、圖案拉伸、草圖線條交叉等特點有了深刻認識，對模型的長、寬、高等技術參數有了全新了解，這些都體現了STEAM 教育理念落實的特點。3D 打印讓學生對模型構建有了全新體驗，從虛擬變成實體中獲得學科認知，增長了知識，培養了實踐能力，其學科核心素養有了質的提升，教師全面落實STEAM 教育理念和精神，對促進學生終生發展有重要意義。

三、結語

3D 打印技術在學科教學中有廣闊應用空間，學校教育及時滲透這項技術，與各種學科形成對接和融合，能夠為學科教學注入更多活力。特別是STEAM 教育理念與3D 打印技術教學的有效對接，為學科教學帶來更多啟迪和選擇，為學生提供思考和參與的機會，對全面提升學生學科綜合素養有積極促進作用。