邹 梅，尚亚丽，陈文云

(长春师范大学教育学院，吉林长春 130032)

在“互联网+”和创客教育时代背景下，以大数据、云计算、3D打印等为代表的信息技术对人类社会的经济发展带来了重大影响。3D打印技术是运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，以数字模型文件为基础，通过逐层打印的方式来构造物体的技术[1]。将3D打印技术恰当有效地应用到创客教育课堂中，优化教师的教学，并在“玩中创”“做中学”的过程中培养学生的想象力和创造力，对创新型人才的培养具有重要意义。

1 3D打印在中小学创客教育课堂中的应用现状

近几年，3D打印以信息技术拓展课或者社团活动的形式逐步走进了中小学课堂。在武汉，武汉市第四十九中学拥有全市第一个3D打印实验室；在淄博，临淄区正在推广“3D进课堂”，已确定首批13所特色学校试点，编制完成了相关教材，并对全区科技辅导员进行了培训；在宁波，泰河中学开设了基于3D打印的“设计大师”课程[2]。

本文对吉大附中力旺实验小学和吉林省第二实验高新学校的3D打印课程开设情况、3D打印设备在课堂中的使用情况以及学生的接受情况进行走访调查。

图1 长春市各中小学3D打印课程的课时情况

1.1 课程开设情况

根据已有的数据表明，目前长春市中小学已将3D打印课程纳入到课程体系中，但未能进入常态的课程与教学，主要以创新类校本课程的形式出现。大多数学校的3D打印课程都是以社团课程和常规课的形式出现，课时较少，多为在1～2课时。只有少数学校3D打印课程的课时达到3课时以上。长春市各中小学3D打印课程的课时分布如图1所示。

本文对长春市两所中小学校3D打印课程的开设情况进行详细的对比分析。其中，通过对长春市吉大附中力旺实验小学的实地走访，我们得知，该校在二年级第一学期开始开设信息技术课，在四年级第一学期开设3D打印课程，以常规课的形式开展，每周1课时，并且该校3D打印课程是以创客教室为基础展开的。而吉林省第二实验高新学校，在四年级学段开始开设信息技术课，在七年级第一学期才开始开设3D打印课程，并且，主要以常规课和社团课两种形式并列开展，常规课每周2课时，社团课每周1课时。

1.2 设备的使用情况

在走访的两所学校中，3D打印机均是由信息技术教师操作，且教师能较熟练地使用3D打印机。3D打印首先得建立模型，市面上建模软件有很多，诸如Inventor、123DDesign、3Dmax等，目前使用最普遍的是3DOne建模软件，3DOne是一款专为中小学学生开发打造出来的一款3D设计软件，它为中小学生提供了一个简单易用、自由畅想的3D设计平台。这两所学校的学生也能熟练地使用该建模软件。

信息技术常规课上学生主要学习如何使用3DOne建模，而社团课使用的是3D打印笔，多用于打印一些简单的形状，如椅子、蝴蝶、塔、房子等。

1.3 学生的接受情况

根据对这两所学校信息技术教师的访谈得知，学生对此类实践课程很感兴趣，参与度较高。学校也会定期举办3D作品展示，对优秀的3D打印作品创作者进行表彰和嘉奖。

2 3D打印在中小学课堂中应用存在的问题

2.1 设备稀缺

由于3D打印机比较昂贵，在经济发展落后地区的一些乡镇中小学，3D打印机还未普及。在走访的吉大附中力旺实验小学和吉林省第二实验高新学校，学校的3D打印机数量也是屈指可数的。

2.2 未制定出统一的课程标准

从课程开设年段来说，不同的学校对于3D打印课开设的时段不同，有的小学四年级就开设3DOne建模软件的学习课程，而有的学校七八年级才开设3D打印课。

从教材来说，市面上的3DOne建模软件教材种类繁多，据了解，现中小学经常使用的3DOne教材有：由北京工业大学的陈继民教授所编著、中国科学技术出版社出版的《3D One三维实体设计》、由索士辉等三位教员联合编写的《创客学苑——3D打印趣味设计》以及由沈志宏老师编写的《轻松玩转3DOne和3D打印》等。没有统一的课程标准和合适的课程设计，这不利于3D打印课的推广和应用。

2.3 传统的教学方法不再适用于3D打印课等创客教育课堂

从3D打印课堂的教学方法来说，传统课堂的教学方式已不再适用于3D打印这类创客教育课堂了。创客教育，着重于关注学生在“做中学”“学中创”，传统课堂的教学方法对于3D打印课来说已经不适用了。另外，通过走访调查分析，3D打印课程基本都是在信息技术课中开设，将3D打印与其他学科进行整合教学是极少的。

2.4 教师前期准备所需时耗较长

3D打印，首先得建立模型，再将所建的模型通过SD卡或者USB硬盘拷贝到打印机，最终打印出实物，教师在具体运用3D打印进行教学时，前期需要做大量的准备工作，其中建立模型时耗最长，并且还要将所打印出的模具与所讲的课程进行整合，这一系列的过程比较耗时费力。

2.5 师资力量不足

在中小学3D打印相关课程教学中，教学人员多数是信息技术老师，没有专业的材料分析及数控人员。

3 3D打印在中小学课堂中广泛应用的具体措施

3.1 政府加大投资，企业开展合作

政府应加大在教育设备方面的资金投入，特别是对于二三线城市的中小学在教学用地、教学资源等方面给予支持照顾。另外，可以通过校企合作、企业注入资金建立3D打印实验室等方式解决设备稀缺的问题。

3.2 确定开课时段，统一课程标准

针对不同的学校开设3D打印课程年段不同，可以根据中小学生的认知发展阶段特点以及接受新知识的能力，选择出最适合开设3D打印课的时段。面对市面上种类繁多的教学材料，有必要选择一本最核心的、全面的，同时具有一定综合性的教材作为学校开展3D打印课程的校本教材，并选用其他相关书籍作为学生课后学习3D课程的辅助材料。这样，不同的学校在开展3D课程的过程中，就有了一定的基准，就可以根据统一的课程标准来进行教学设计。

3.3 构建基于项目式的3D打印课堂教学模式

项目式教学是指通过实施一系列完整的教学项目，将理论和实践有机结合，以任务为导向进行的教学活动[3]。基于项目的3D打印课教学，即以学生为中心，以项目为导向开展教学，让学生经历需求的产生、模型的设计、实物打印、评估与改进等一系列过程，体会技术带来的生产、生活变革，培养学生的动手能力和创新能力。

3.4 合理选择建模软件

教师在利用3D打印进行教学时，前期所需准备时间较长，这主要由于建立模型需要花费很多时间，因此合理地选择建模软件，能达到事半功倍的教学效果。将市面上的建模软件进行对比分析发现，诸如AutoCAD、3Dsmax、Maya、Zbrush等是较为大众熟知的几款建模软件，中小学教育常用的建模软件有123D Design、3DOne、Sketchup等，对于入门和进阶不同层次的学习者而言，建模软件的选择也是因人而异的。无论是教师的教还是学生的学，只有选择合理的建模软件，才能具有提高效率的作用。

3.5 引进技术人才，开展教师培训

要实现3D打印在创客教育课堂中全面推广和应用，教学人员仅有信息技术老师是远远不够的，还得引进相关的技术人才，如数控专业(可以做底层编程，使用计算机控制打印机操作)、材料学专业(可以针对不同的打印结构研发不同的打印材料)等。

另外，开设3D打印技术应用于课堂教学的教师培训课程也是很有必要的。教师培训主要分为三个阶段：第一阶段，让教师全面掌握3D打印教学的必备知识，同时培训教师对于3D打印机器后期维护方面的技能；第二阶段，注重教师实践设计方面的培养，使教师成为设计能手，并进一步强化第一阶段的学习；第三个阶段，主要培训教师项目开发的能力，从单一的设计能力转变为项目开发能力。在课程开展过程中，教师便可以充分利用项目教学法对学生进行相应的项目式教学，将课程分为理论与实践两部分，专门对学生的创新思维与动手能力进行有意识的培养，实现所想即所学。

4 结语

本文通过分析3D打印在中小学创客教育课堂中的应用现状，以及在设备材料、课程教材、师资教法等方面存在的问题，并探讨解决策略。政府应逐步加大对中小学3D打印设备的投资，推动学校和企业建立合作机制；应该支持校本课程的开发，并统一课程评价标准，构建基于项目式的3D打印教学模式；学校引进相关技术人才，开展教师培训。将3D打印技术应用在教育教学课堂，使得工程教育和人文教育相融合，不仅能促使教师的教学改革，也能帮助学习者获取学习经验和认知体验，培养学生的想象力和创造力。