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用3D打印技术 培养农村小学生创新能力

作者:jiaoshilw.com 更新时间:2018/7/1 21:44:39

 如今創客教育在城区学校如火如荼地进行,已经有很多成果和教学收获。在优质资源共享的大环境下,我们在学校开展了3D打印教学,让农村学生在新科技新发展中紧跟社会教育改革潮流;在变革教与学的模式中体验新理念、新思想;有效培养学生的深度体验,跨学科思维、创新能力、实践能力、信息共享、和谐共享的素质。
  3D根据ASTM标准,现学名为增材制造。打印技术基于“设计即生产”的基本原理,运用粉末金属状或塑料等可黏合材料,通过积层造型法逐层打印材料层创建物体,让学生亲身体验从无到有的快速生成的过程,把创意变成实体的构建过程。它看似独立于课堂,但却把课程整合和变通;加工信息的多维处理通道,能把日常触摸和接触到的实体,转变成电脑里的虚拟建模创意;或者学生天马行空的创意思想通过自己的建模堆砌,经过3D打印机的整体打印,得以可视化地呈现,能够促进学生学习主动性和激发学生创新能力。
  创新启于格物致知。创新思维来自于透彻地分析和领悟书本知识和日常生活经历,是3D课程开设的内在源泉。结合小学信息技术课堂教学,整合3D打印技术,培养农村小学学生的创新思维,是课程开设的目的。以体验式学习为中心,以信息技术知识内容为基石,以学生建模能力培养为辅,在真实情境中体验和探究,是学以致用的具体体现。身临其境地主动参与到学习活动中去,同时亲手操作最直接一手的经验,在课题开展过程中,笔者总结出如下的影响因素。
  一、教师对3D打印技术的教学应用的接纳程度
  目前课程教学教师是学校的信息技术教师,因为他们对帮助手册和建模软件的熟知程度与课程学习有很大的联系,他们对新技术抱有很大的热情,主动接受性比委任性的接纳度更积极。身之所往,心之所向。教师致力于有效整合,探究新的教学模式,提高各种资源的有效利用。通过参与校内和校外培训,参与3D打印社区平台,与同行交流经验,各学科之间的知识互通,寻求更广泛的知识框架,搭建更高效的教学平台。
  二、必要的软硬件环境设计
  随着3D打印机的普及,国内市场竞争激烈,价格越来越能让大众接受,甚至手工diy打印机的零件。桌面打印机机型尺寸合适,周身采用透明门设计,便于学生观察整个打印过程,操作屏幕中文彩色触摸屏,直观看到打印的进度,容易掌握。建模软件很多,Sketchup、Maya、CAD、Rhino、Blender、Tinkercad、AutoCAD等等。但是很多软件并不是一用就能上手的软件,对教师来说专业也很有难度,对于小学生来讲更是不容易接受,因此我们需要适合小学生特点的简单易操作的建模工具,比如123d design,但是对于学生来讲还是花费很多时间。分层学习,注重个体差异和学段知识点的循序渐进,分年级重点侧重不一样,整个学习以了解熟悉为重点,对高年级学生进行建模方法和软件的学习。
  三、学生对3D打印技术的学习兴趣和感知度
  通过对本校农村小学三到六年级的学生进行3D打印学习前期、中期、后期的在线网络问卷调查跟踪记录全程,前期发布有效问卷488份,收到的有效问卷460份,没有学生听说过3D打印机,更不知道这是什么机器。在课程开设的中期以及后期已经发生实质性的变化。根据小学生有效教学理论评估标准所进行的调查结果如图所示。
  数据分析表明,学生一开始对3D打印是陌生的,而且没有什么兴趣,不知道这到底是什么,看着是一冷冰冰的机器,不知道是什么功能;随着中期和后期的课程设置,学生看到实际作品的呈现,看到那些玩具、教学道具、创意点子变成实体作品、立体作品。课程开设的目的是对学生创新精神与实践能力的培养,既要符合小学教育规律,也要体现时代特征。计算思维、空间思维、设计思维和创新思维的发展,从而形成虚拟世界、实体世界以及学生内心世界的联通,激发孩子们的创造力和想象力。
  先是通过深入浅出的方式进行原理性知识的教育,介绍3D打印技术,以及建模软件的学习,熟悉界面模块、功能,用鼠标进行视图操作,用基本命令进行模型的创建;接着学习切片软件,修饰模型,让打印机能够把修饰好的模型打印出来。找到网络上好的三维创意社区论坛,鼓励学生欣赏别人的作品;筛选好的知识框架内容,完善自己授课内容,不拘泥课程约束,把3D打印技术与创客教育融合,培养学生精益求精的大国工匠精神。
  根据农村小学教学特点和差异,在初始阶段的研究成果,先实践,不涉及复杂的工作理论知识,直接在切片软件中写入学生姓名修饰模型,类似于在word软件中打字,插入艺术字,打印属于每个学生的入门作品标签,以趣味故事穿插其中,鼓励学生的成就感。后期高年级学生对建模思想和建模软件有初步的接触,学会“切割”、“渲染”、“基础实体”、“缩放”等命令操作,鼓励学生制作其他学科需要的教具和生活用品。结合信息技术教材的自带画图软件,构造简单的图形,使用建模软件,切片打印,最终与课程教学融合共生。
  建构主义作为创客教育的指导思想,从做中学,专注于问题解决、数字化和实物制造的学习理论。具身创客理论认为,认知是身体和环境相互作用的结果,在实际的物理空间内有自己身体的直接参与。3D打印技术作为创客教育的“三剑客”之一,要求学生以创意、设计、制造、自主意愿、活力、热情和能力为自己,同时为人类创造一种更美好的生活。这与教育的目的不谋而合,利用信息化手段扩大优质教育资源全面覆盖,缩小城镇和农村及贫困地区的教育差距和数字鸿沟,让学生共享教育福利。
  【作者单位:海安县大公镇中心小学 江苏】