小學(xué)“3D打印技術(shù)”進(jìn)校園的實踐與探索

雷玲

3D打印技術(shù)（3D Printing）即快速成型技術(shù)的一種，它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體。該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計、建筑、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

近年來，在小學(xué)部分學(xué)科教學(xué)中，3D打印技術(shù)在校園進(jìn)活動、進(jìn)課堂，已成為小學(xué)教師非常關(guān)注的熱點研究課題。在《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》（征求意見稿）中提出科學(xué)精神的素養(yǎng)，即個體在學(xué)習(xí)、理解、運用科學(xué)知識和技能等方面表現(xiàn)的價值標(biāo)準(zhǔn)、思維方式和行為規(guī)范。一是崇尚真知。重點是學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)知識和成果；掌握基本的科學(xué)方法；有真理面前人人平等的意識等。二是理性思維。重點是尊重事實和證據(jù)，有實證意識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笾獞B(tài)度；理性務(wù)實，邏輯清晰，能運用科學(xué)的思維方式認(rèn)識事物、解決問題、規(guī)范行為等。

國內(nèi)外教育研究經(jīng)驗表明，3D打印技術(shù)在學(xué)校教育教學(xué)中的應(yīng)用是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、科學(xué)素養(yǎng)的有效途徑之一。2015年西安市教育局發(fā)文，將西安交通大學(xué)附屬小學(xué)作為西安市首批3D打印試點學(xué)校之一。為了更好地開展此項工作，我校通過文獻(xiàn)調(diào)研和問卷調(diào)查，分析了當(dāng)前小學(xué)生對3D打印技術(shù)的認(rèn)知和接受程度，并嘗試一系列有效的教育教學(xué)活動來實施3D打印技術(shù)進(jìn)校園。

一、學(xué)生3D打印技術(shù)的認(rèn)知現(xiàn)狀

為了探索當(dāng)前小學(xué)生對3D打印技術(shù)的認(rèn)識及接受程度和學(xué)生的空間觀念水平，本項研究設(shè)計了調(diào)查問卷。針對3-6年級學(xué)生，共發(fā)出問卷500份，收回484份。從問卷調(diào)查數(shù)據(jù)分析得知，有94%的學(xué)生知道或知道一點3D打印技術(shù)，認(rèn)知程度很高。學(xué)生知識來源多元化，有46.9%的學(xué)生通過看電視或電影了解3D打印技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)、看書了解的分別占31%和28.5%，此外就是通過教師和家長等渠道獲知。

從問卷分析還可知，不同年級學(xué)生對3D打印技術(shù)的認(rèn)知程度不同，小學(xué)中年級（三、四年級）的學(xué)生認(rèn)知度超過90%；高年級（五、六年級）認(rèn)知度又有較大的提高，超過95%。這就表明在小學(xué)開展3D打印技術(shù)科技活動有很好的知識基礎(chǔ)和學(xué)生認(rèn)可度。

另外，從問卷調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)了一個非常有趣的現(xiàn)象，即男、女生對3D打印技術(shù)的認(rèn)知程度存在明顯差異。對3D打印技術(shù)知道的比較多的選項，各年級的男生都超過女生；在回答對3D打印技術(shù)知道一點的選項時，各年級的女生都超過男生，這表明男生在知道3D打印技術(shù)后容易產(chǎn)生興趣，喜歡多了解一些知識；而女生更傾向于泛泛了解，沒有興趣繼續(xù)深究。這個結(jié)論對我們開展3D打印科技活動具有非常重要的指導(dǎo)意義，即除了組織男女生開展參觀、觀看3D電影外，男生可以開展自主或團(tuán)隊動手創(chuàng)新活動，女生開展一些講座和教師指導(dǎo)下的團(tuán)隊動手創(chuàng)新活動。

二、3D打印技術(shù)校本課程開發(fā)及創(chuàng)客工作坊建設(shè)

由問卷調(diào)查可知，學(xué)生已經(jīng)從看電視、網(wǎng)絡(luò)和書籍等渠道獲得了一些3D打印技術(shù)知識，而且絕大多數(shù)學(xué)生喜歡3D打印技術(shù)。這為學(xué)校開發(fā)3D打印技術(shù)校本課程和建設(shè)創(chuàng)客工作坊奠定了基礎(chǔ)。校本課程開發(fā)的目的是通過整合教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，教學(xué)手段是通過建設(shè)3D打印技術(shù)實驗室設(shè)計和制作模型。成立的西安交通大學(xué)附屬小學(xué)創(chuàng)客工坊專門負(fù)責(zé)附小3D打印技術(shù)教育教學(xué)試點工作。目前學(xué)校已基本建成了學(xué)生“創(chuàng)客工坊“，并開始開發(fā)3D打印技術(shù)和相關(guān)學(xué)科整合的課程，目前已經(jīng)開發(fā)的教學(xué)模型主要有數(shù)學(xué)函數(shù)、科學(xué)LOGO設(shè)計、乘法口訣表等。

三、開展豐富多彩的3D打印技術(shù)系列科技活動

開展內(nèi)容豐富的學(xué)生3D打印技術(shù)活動，通過學(xué)生自主實踐體驗、校外參觀學(xué)習(xí)和寫參觀日記、3D打印技術(shù)科技月、學(xué)生3D打印技術(shù)成果評比和成果展等形式多樣的活動，豐富了學(xué)生3D打印技術(shù)的認(rèn)識和體驗，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新意識和實踐能力。從2014年開始，學(xué)校就開發(fā)了3D打印技術(shù)創(chuàng)新實踐校本課程，每學(xué)期采用“請進(jìn)來、走出去”的體驗教育、教學(xué)方式。開展學(xué)生3D打印技術(shù)相關(guān)活動，參與學(xué)生涵蓋全校各年級。

1.讓科技走進(jìn)校園。走進(jìn)課堂。學(xué)校聯(lián)合蒜泥創(chuàng)客空間共同舉辦了“3D打印技術(shù)進(jìn)課堂”系列活動。活動中讓學(xué)生們積極參與討論3D打印技術(shù)，開動腦筋構(gòu)想自己對3D打印技術(shù)的應(yīng)用。通過這類活動的開展，學(xué)生們不但了解了最新最前沿的科學(xué)技術(shù)，也能親自參與其中體驗創(chuàng)新的樂趣。.邀請西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院、國家快速制造中心實驗室邱志惠副教授為同學(xué)們進(jìn)行3D打印技術(shù)相關(guān)知識的普及與講解。一至三年級的學(xué)生參與了此次活動。

2.組織學(xué)生到西安交通大學(xué)參觀機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室。該重點實驗室在3D打印技術(shù)快速成型技術(shù)方面處于國際先進(jìn)水平，學(xué)生們開展“參觀3D打印實驗室”主題觀摩和體驗活動，學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)相關(guān)知識。同時，該實驗室老師還安排學(xué)生進(jìn)行嘗試設(shè)計3D作品，旨在讓學(xué)生通過體驗，體會到科技可以改變生活，科技可以創(chuàng)造未來，科技其實就在我們身邊。

四、加強(qiáng)教師培訓(xùn)做好師資保障

要開展好3D打印技術(shù)進(jìn)校園活動，將3D打印技術(shù)融入學(xué)校的教育教學(xué)活動中，豐富學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的體驗和培養(yǎng)，關(guān)鍵在于學(xué)校要有一支善學(xué)習(xí)、懂技術(shù)、勤思考、敢創(chuàng)新的教師隊伍。為此，學(xué)校非常重視教師培訓(xùn)工作，邀請陜西東望科技發(fā)展有限公司總經(jīng)理陳衛(wèi)及其團(tuán)隊為全體教師揭秘來自未來的科技——3D打印技術(shù)。通過專家講座、參觀交大3D打印技術(shù)實驗室、主題論壇等形式多樣的培訓(xùn)活動引領(lǐng)教師將3D打進(jìn)技術(shù)融入教育活動、進(jìn)人課堂教學(xué)中，讓學(xué)生充分感知3D打印技術(shù)就在我們的生活中，正在各個領(lǐng)域得到廣泛的運用，造福人類、推進(jìn)社會的發(fā)展與進(jìn)步。

為推動3D打印技術(shù)進(jìn)校園活動的開展，學(xué)校注重建立健全組織機(jī)構(gòu)，形成了校領(lǐng)導(dǎo)牽頭，各部門配合，分管副校長主抓，全校全員參與的格局。設(shè)立學(xué)校資產(chǎn)委員會負(fù)責(zé)方案篩選，后勤部門負(fù)責(zé)采購，教導(dǎo)處負(fù)責(zé)學(xué)生課程與活動管理，創(chuàng)客工坊負(fù)責(zé)人進(jìn)行活動設(shè)計和活動實施以及課程開發(fā)，有力地保障了3D打印技術(shù)進(jìn)校園的有效開展。