用3D打印手段培养创造性思维的教学设计研究

发布时间：2016-11-10 07:34

第一章 引言

近年来随着科技的发展和进步，3D 打印已经进入了很多领域并发挥着重要的作用，同时 3D 打印也作为一种多媒体教学手段走入了教育领域，在课堂中为教学提供了一个崭新的途径。在 2014 年的《地平线报告》中显示，3D 打印将会在未来的几年内作为一种教育技术被采纳。①在 2015 国家的出台的《增材制造产业发展推进计划》中明确的提出要加快 3D 打印技术在儿童创新教育中的应用，鼓励有条件的学校开展教学实践，通过 3D 打印培养学生对创新设计的爱好和兴趣。同年 8 月李克强总理在听取了西安交大的卢秉恒院士的一堂 3D 打印课后提出了“加快发展先进制造与 3D 印”、“推动大众创业、万众创新”的口号随着 2016 年的到来，我国进入到“十三五”计划的开局之年，“创新”被摆在国家发展全局的核心位置，未来五年要把创新作为引领发展的第一动力。要想让创新在全社会蔚然成风，应该从教育入手，从小培养学生的创新意识、开拓创造性思维。3D 打印不仅是一种创新的技术手段，，同时也可以通过在教育领域的应用来培养学生的创造性思维。通过 3D 打印技术可以将设计想象变为实体物品，因此可以通过它使学生在创新能力和动手实践能力上得到训练，从而实现学校培养方式的根本转变。预计在未来的几年内，无论是国内基的础教育、高中教育还是高等教育领域，3D 打印的相关课程将逐渐增多，3D 打印作为一个新型的多媒体教学手段也将被广泛应用。

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第二章 相关概念及理论基础

一、相关概念的界定

根据乌美娜的《教学设计》一书中的阐述，课堂教学设计属于教学设计大范畴的一个层次，除了课堂教学设计以外，还有教学系统设计、课程教学设计和教学媒体设计。对于课堂教学设计的定义可谓众所纷纭，但无论其定义如何，最主要的是理解它的含义并能做好设计这一关。笔者认为既然为“设计”就必然要有根据其特点的分析而得出的规律可循。课堂教学设计就是要在具体的课程开始前，对课程的内容、教学目标等进行详细的计划，尤其要对教学方法、教学流程有针对性的设计。使整个教学过程和各个要素之间实现最优化的过程。本文的课堂教学设计将包括具有针对性的两种课程，第一部分是面向辽宁省沈阳市的部分中小学校的校本课程《3D 打印初级教程》中第九章《印章的制作》的教学设计研究，第二部分是将 3D 打印与小学科学课程整合，利用 3D 打印这种手段辅助教师教学的教学设计。

二、理论基础

对于 3D 打印参与的教学，3D 打印是作为一种教学媒体的。第一，3D 打印的学习活动需要学生亲手操作进行制作，所以能够为学生提供做的经验。第二，3D打印参与的学习活动在设计完成后，会有一个小组间互相展示的环节，在这个过程中，能够为学生提供观察的经验。在观察的时候，不仅仅是学生之间作品的比较和观察，其中也包括了制作模型与具体实物之间的观察，看一看学生制作出的模型是否符合事物发展和存在的规律。这个过程锻炼学生的思维和观察能力，提供了良好的观察的经验。第三，3D 打印参与的学习活动能够把抽象的概念引入到实际的教学中，给学生一个抽象的要求，让学生根据这个要求进行设计事物，并完成打印。这个过程是由抽象到具体的过程，也是学生自学和巩固知识的过程，同时起到了锻炼学生创造性思维的作用。总而言之，教师在教授学生知识的时候，在对教学过程活动的设计中，要尽可能的依据具体情况，科学的运用多媒体手段，来吸引学生的注意力，引起他们学习的兴趣。新时代的教师要善于运用诸如 3D打印这样的多媒体手段，让学生在实践中获得学习的经验，体验抽象和具体相互转化的过程。

第三章 基于设计的学习与逆向思维六步半模型... 11

一、基于设计的学习 DBL....................11
二、BT（Backward Thinking）六步半模型................ 11
三、BT 模型与传统的教学模型...................13
第四章 基于 3D 打印的小学创造性思维课的课程分析及模型设计..................16
一、基于 3D 打印的小学创造性思维课程需求分析..............16
二、国内的 3D 打印课程分析.......................20
三、基于 3D 打印的六步半（BT）教学模型设计...........22
第五章 基于 3D 打印的小学创造性思维课程的教学设计........26
一、课程的选择.................26
二、3D 打印校本课程教学设计《印章的制作》......... 26

第六章 基于 3D 打印的小学创造性思维课程教学设计的实施

一、3D 打印课程《印章的制作》教学设计的实施

目前 3D 打印校本课程在沈阳市的部分小学中刚刚开展，笔者选取沈阳市Ｘ小学进行实施。笔者记录并观摩了这次课程。该校为 3D 打印课程示范校，因此 3D 打印课程对于学生而言并不陌生，尤其对于本次课程参与的 20 名学生进行了挑选和初步的培训。他们已经在过去的课程中能够熟练的使用 3D 打印笔，每个学生都制作过让自己满意的 3D 打印作品。经过培训后，他们能更熟悉的使用 3D 打印机，能够在教师的指导下完成作品的输出打印任务。通过接受 3ds Max 软件的操作训练，能够基本掌握在 3D 绘图软件中对点、线、面的操作，能绘制基本的形状和图案。这些学生优秀的自身素质为顺利完成本节课的实施提供了基本条件。

二、3D 打印课程《印章的制作》教学设计实施的效果分析

从课堂总体效果上来看，学生的参与课堂的积极性很高，课堂气氛活跃，学生对所学内容非常感兴趣，大部分学生能够做到整堂课注意力集中，全神贯注的思考问题、听讲。通过这节课各个教学环节的设置，首先通过挑战的设置，激发了学生的好胜心和求知欲。在被告知本节课需要自己设计图案的时候学生们表现的非常兴奋，是课堂中气氛最活跃的环节，他们争先恐后的表达自己的想法和创意，通过 3D 打印的手段，为学生提供了将想法变为现实的媒介，正是由于这个媒介的存在，摆脱了以往学科课程的条条框框的束缚，使学生敢于想象，大胆思考，得到了创造性思维的锻炼。在小组合作方面，本次课堂一共参与上课学生20 人，4 人为一小组，共分为 5 个小组。在学习如何操作三维软件描绘图案时，难免存在操作的学生跟不上教师步骤和出现问题的情况，这时同小组的其他成员能够做到帮助操作的同学共同完成任务。锻炼了学生相互合作的能力，和助人为乐的精神，培养了团队协作能力。但从总体来看，采用基于 3D 打印的教学设计 BT 模型较为适合诸如 3D 打印课程这样的课堂，通过挑战的建立，让学生大胆想象，通过 3D 打印手段实现想象，对培养学生创造性思维有一定的作用。
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结论与展望

本研究将 3D 打印作为一种多媒体教学手段，从培养学生创造性思维的角度出发，探索其在小学课堂中的应用.第一，总结归纳了目前国内外 3D 打印应用于教学的具体情况，分析了目前国内 3D 打印的教学案例和教学设计模型。第二，理清 DBL 和 BT 模型的关系，分析 BT 模型与传统教学过程的区别。第三，对基于3D 打印的小学创造性思维课程进行需求分析，提出 3D 打印手段在教学中应用的两个方向和在培养学生创造性思维上起到的作用。将 3D 打印融入 BT 模型：用基于设计思想的教学过程设计模型（BT 模型）结合 3D 打印手段。通过 BT 模型中重要的“半步”，设计一个从未见过的挑战，让学生在动脑设计、动手操作完成挑战的过程中既能学习知识，又能锻炼创造性思维。第四，从笔者参与编写的沈阳市部分小学的校本课程《3D 打印初级教程》中选择《印章的制作》，进行教学设计并实践。根据小学科学课旨在培养学生创造能力和科学素养、实践课和活动课多的总体特点，选择小学科学课五年级教材第一单元“沉和浮”第四节《造一艘小船》为例，进行教学设计。

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参考文献（略）

本文编号：169478