◇浙江工业大学教育科学与技术学院 吕方方

通过对中职学校“3D打印”课程任课教师进行访谈调研，机械专业学习“3D打印”课程的学生进行问卷调研，了解到目前中职“3D打印”课程教师教学和学生学习现状以及需求，为后续中职机械专业《3D打印》课程开发提供一定的参考。通过调研得出目前中职“3D打印”课程存在的问题，即学生学习态度消极，课程项目设置教育性欠缺，课程评价体系有待完善，并针对具体问题一一提出了解决策略，即通过设计基于真实情境的项目提高学生学习兴趣，依据STEAM教育理念，明确能力培养目标，构建全过程多主体的课程评价体系，保证学习效果的反馈。

1 调研方案设计

（1）调研目的。为进一步了解当前中职学校“3D打印”课程以及教学现状，明确教师和学生对于“3D打印”课程的需求状况以及当前课程存在的不足之处，从而为后续的课程开发提供有效的参考。

（2）调研对象及调研方法。由于各中职院校对于“3D打印”课程具有不同定位，本次调研选取H市的三所具有代表性“3D打印”课程定位的重点中职学校为调研对象，每所学校选取一位“3D打印”课程任课教师进行访谈调查，并在访谈的基础上采取随机抽样的方式，对三所学校中已经学习过或正在学习“3D打印”课程的机电专业学生进行问卷调查。

（3）调研内容。本研究在前期对“3D打印”教育相关的文献分析的基础上，请教3D打印技术领域相关专家、课程专家、以及中职学校机电专业的一线教师，综合各方意见，特拟定“中职学校‘3D打印’课程与教学现状访谈提纲”（教师版）和“中职学校‘3D打印’课程与教学现状调查问卷”（学生版）两份调查文件。

在面向中职学校“3D打印”课程教师的访谈提纲中，第一部分依旧是基本信息的填写，主要了解任教教师的任教科目、教龄、职称、专业、学历等。第二部分包括23道访谈问题，主要了解开设“3D打印”课程的硬件及软件教学设施配置情况、课程设置情况、学生专业基础情况、教学实施现状以及基于STEAM教育理念进行“3D打印”课程开发的意见和建议等，具体如表1所示。

表1 访谈维度一览表

在面向中职学生的调查问卷中，主要包括两大部分，第一部分是学生基本信息的填写，包括学习“3D打印”课程的年级和专业以及学生的基本性别信息，第二部分是问卷的主体部分，主要了解学生学习3D打印课程前的专业基础，对于“3D打印”课程的兴趣及态度、对当前课程内容以及课堂教学方式的接受程度以及学习该课程的困境。该问卷共包括27个问题，其中24道选择题，2道填空题，1道开放性题目。

表2 问卷维度一览表

2 调研结果分析

2.1 教师访谈结果分析

本次访谈以面对面形式进行，共访谈3位分别来自三个不同中职学校（称其为学校A，学校B，学校C）的“3D打印”课程优秀任课教师，每位教师访谈时间为一个小时左右。通过访谈可以了解到，不同学校对“3D打印”课程的定位不同，A校定位为机电类专业的专业拓展课，B校定位为全校学生的任意选修课，C校定位为数控加工技术应用专业增材制造方向的专业实践课。但是综合来看，“3D打印”课程受到上级教育管理部门以及学校领导的重视，硬件设施齐全，但是在师资力量稍显薄弱，多数教师并未受过系统专门的培训，都是自学，边教边学，导致其在教学内容的理解和组织上还有待提高。对于教材部分，三位教师一致反映无统一规划教材，基本都是教师自编教学内容，呈现出较强的随意性。

由于不同的课程定位，三所学校的“3D打印”课程目标也并不相同，相较于A校注重普及3D打印技术基本操作和培养学生的创新能力，B校和C校更注重机电专业基础知识与技能与“3D打印”课程的融合；从课程内容可以看出，三所学校都统一教授三维建模，打印机操作，切片参数设置等基本内容，但是难度有差异，除此以外，B校和C校还包括3D打印机的维护与排故部分；在三维建模软件部分，由于B校和C校的“3D打印”课程与机电类专业密切相关，为了使学生更早适应未来工作环境，统一使用专业机械设计或工业设计建模软件如Solidworks或UG，而A校的建模软件较为基础和简单，为3Done；在教学活动组织形式方面，三所学校统一采用项目形式，实施理实一体化教学，但项目的设计是课程开发与实施的重点也是难点；在项目教学案例方面，B校教师提出项目案例来源于机械结构，A校教师提出来源于日常生活，C校教师提出来源于比赛，这正反映了当前中职学校“3D打印”课程案例的三种取向：专业取向，生活取向以及比赛取向；在教学方法方面，除了传统的讲授法，提问法，讨论法，突出演示法和模拟教学法；在课程评价方面，综合来看三所学校均未建立起规范的评价体系，基本都是结果性评价，忽视过程性评价，并且在评价维度上也缺乏统一的指标，值得指出的是，C校做到了评价主体的多元性；在目前课程存在问题方面，B校教师指出课程内容偏少，可以增加逆向工程的内容，C校教师指出要实现3D打印设备的多元化，尤其去培养学生的设计能力，但打印时间长以及打印机维修费用和材料费用高昂也是制约课程发展的一大问题；在课程教学效果方面，三位教师一致认为“3D打印”课程最可以提升学生的创新设计能力，同时还有计算机能力和空间想象能力。

2.2 学生问卷结果分析

对三所中职学校中已经学习过或正在学习“3D打印”课程的机电专业学生进行问卷调研，以纸质问卷的形式进行发放与回收，共发放问卷150份，去除无效问卷3份，得到有效问卷147份，有效问卷回收率为98%。本次调研对象共有男生141人，女生6人，其中高二75人，高三72人，在专业方面，主要包括数控专业101人，汽车维修专业26人，计算机辅助设计与制造专业20人。

在同学们学习“3D打印”课程之前对于3D打印相关内容的了解方面，对3D打印技术的了解程度不同，只有17.01%的同学完全没听说过3D打印技术，其余大部分同学都对3D打印技术有一定程度的了解甚至使用过3D打印机，这就为后续课程的开展奠定了基础；在选择学习“3D打印”课程的原因方面，有33.3%的同学从个人兴趣角度考虑，认为3D打印可以将想象变成现实，有助于其设计创作，有9.52%和12.93%的同学从未来个人职业发展角度考虑，认为3D打印作为新兴的生产制造技术，掌握其必将有助于个人的就业，还有6.80%的同学为了比赛选择学习“3D打印”课程，良好的选课动机成为同学们学好该课程的动力；从学生自身对于“3D打印”课程的情感态度分析，超过73%的同学表示喜欢“3D打印”课程，超过74%的同学认为“3D打印”课程很重要。综合来看，大部分以往接触过“3D打印”课程的同学对3D打印技术持正向支持态度，而这也成为我们持续改进课程以满足学生需求的不竭动力。

在“3D打印”课程中学生对每节课的学习目标的了解程度及需求方面，只有不超过13%的同学能对本节课的学习目标有清楚的把握，而超过44%的同学认为有必要在每节课之前了解本节课的学习目标，“如果学生清楚地知道他们所需到达的目的地，他们就会积极地参与学习之旅”，事实表明，学生在课前清楚地知道本节课的学习目标有助于其学习效果的提高。

学生对3D打印技术相关理论的学习感兴趣程度较低，只有11.56%，而对偏重于计算机操作和设计思维的三维软件的学习感兴趣程度较高，达到29.25%，其余学习内容感兴趣程度较平均；对于3D打印技术的基本理论，三维建模软件的学习，切片软件的使用，3D打印机的操作，3D打印机的简单故障处理五大块学习内容，三维建模软件的学习是大部分学生学习的难点，比重达29.25%，这也警示我们在后面的课程开发中要着重构思三维软件部分内容教授，以提高学生的接受度；在3D打印课堂上，学生最常打印的是科技类产品的外壳，这与当今信息化时代科技进校园活动息息相关，也从侧面反映出学生对于科技类产品的热爱，我们在后面的《3D打印》课程内容设计时，要注重引入科技产品外壳的设计制造，既能吸引学生兴趣，又能顺应时代发展潮流；“3D打印”课程的本质是促进学生的创意设计发挥，如能有效利用机械专业基础课理论，3D打印技术与专业基础课可相得益彰，“您能在‘3D打印’课程中，体会到多门专业课知识和技能的综合应用吗?”结果显示大部分学生并不能有效利用3D打印技术促进本专业基础知识的学习和理解；在学生对“3D打印”课程内容的满意情况方面，认为“3D打印”课程与其他专业课的学习互有帮助与没有帮助的学生比例接近一比一，说明当前的“3D打印”课程对于促进其他专业课学习的效果不甚明显，而对于教学内容的设置方面，学生总体上表示满意，但仍有进步空间。

在理论学习和实际操作的安排方面，学生更喜爱理论学习和实际操作相结合的项目教学方式；学生最喜爱的课堂教学方式为教师和学生合作式，在“3D打印”课堂上，89.8%的学生会产生疑惑，只有67.35%的学生主动寻找多种途径解答疑惑，学生自学比例一般，这说明以学生为主体，促进学生主动学习的课堂氛围仍旧有待实现；关于学生对课堂活动的参与情况，60.54%的学生同意小组合作探究学习，有61.54%的学生愿意将自己的作品在同学面前分享展示，这表明学生参与课堂活动的热情高涨，我们应该有效利用这种热情，然而在自学效果方面，学生们的表现不尽如人意，只有18.36%的学生能根据老师布置的学习任务，明确要解决的问题，能对项目的实施方案进行规划设计者更是寥寥，只有12.24%，由于知识学习的碎片化，学生根据需要利用本专业知识设计模型的能力也有待加强，这也成为后续《3D打印》课程开发改进的方向。

在课程评价维度，通过上文的教师访谈了解到，当前“3D打印”课程的评价体系并未形成规范，而合理全面的评价有助于提高学习效果，有58.42%的学生也渴望通过多种评价方式检验其学习效果，提出行之有效的课堂评价方案是本次课程开发的内容之一；关于在“3D打印”课程后，学生提高的能力类型在创新设计，技术应用，工程思维三个方面对学生的训练有待加强。

3 中职学校“3D打印”课程存在问题

通过前期论文研究，对部分中职教师的访谈以及对中职学生的问卷调研分析，对于目前中职学校“3D打印”课程存在的问题，大致有以下几种：学生学习态度消极；课程项目设置教育性欠缺；课程评价体系有待完善，教师教学经验不足。

3.1 学生学习态度消极

目前，中职阶段的“3D打印”课程大多以问题为导向，以项目的形式开展，这就需要学生具备探究问题的好奇心，系统分析问题的能力，科学的研究方法以及扎实的数理基础。由实习接触，教师访谈和学生问卷调研可知，中职学生对“3D打印”课程喜爱及重视程度不够，加之理论基础薄弱，不善于思考，缺乏行之有效的学习方法，等一系列学习特点大大影响了“3D打印”课程的效果，往往教师精心设计的一个项目，由于学生的消极懒散，游离于课堂学习之外导致项目的完成率大打折扣。究其原因，首先，项目设置以及教学方法不够有吸引力，导致学生缺乏学习兴趣，对课堂活动参与度低；其次，项目设置不契合学生当前学生的学习基础，导致学生“知难而退”。我们在后续的课程开发中要注重激发学生的学习动机，吸引学生的学习兴趣，在增强项目设置及教学实施的趣味性、体验性、情境性的同时，选择契合学生当前知识技能水平的项目，从而端正学生对于《3D打印》课程的情感态度。

3.2 课程项目设置教育性欠缺

首先，大多数“3D打印”课程都要打印不同的作品作为学习成果，我们称之为“项目”。而这些“项目”的完成从构思到实现是一个复杂的过程，由于诸多条件限制，大部分“3D打印”课程简化了问题分析，方案制定，迭代设计等极具思考性的过程。据统计，“3D打印”课程的作品有生活用品，科技类作品，手办，机械零部件以及教学用具等，而这些作品的生成过程往往是教师直接给出模型或者让学生去网上下载开源三维模型，或者学生根据教师给出的数据独立用三维软件建立模型，然后用切片软件切片以后直接用3D打印机打印，整个学习过程单调枯燥，缺乏学生独立探究和设计的内容。“3D打印”课程对学生来说仅仅是体验由虚拟到实物的过程，而丧失了用3D打印机实现创意设计的本质功能。其次，“项目”类型单一，“项目”设置呈现较强的随意性，并未严格按项目教学法的要求实施，导致整个教学过程混乱，达不到想要的教学效果。

3.3 课程评价体系有待完善

从教师访谈中了解到，对于“3D打印”课程的评价部分，大部分学校都是最后布置一个课程作业，即学生按照教师要求打印出一个3D打印成品，教师通过该成品做出对该生的本门课程评价。评价内容包括成品的实用性，美观性，支撑设置，光洁度，创意性等，主要评教师的主观评价，并无定量的标准。由此可以看出，在评价时间上，“3D打印”课程评价只包括终结性评价，缺乏对学生学习过程的关注；在评价主体上，仅仅是教师对学生进行评价，忽视了学生互评和学生自我评价；在评价内容上，仅凭教师主观判断，缺乏明确标准，这导致学生在完成作业过程中的无目的性。

4 中职学校“3D打印”课程问题解决策略

针对当前中职学校“3D打印”课程存在的问题，STEAM教育理念能提供解决途径，STEAM 教育理念具有跨学科性、趣味性、情境性、协作性、设计性等特征，而“3D打印”课程最大的目的是通过该课程，借助3D打印机这个工具，培养学生通过创意设计解决真实问题的能力，这也与STEAM 教育理念不谋而合，两者相得益彰。

（1）设计基于真实情境的项目，提高学习的趣味性。针对“3D打印”课程学生学习态度消极的问题，要通过增强学习内容和学习形式两方面的趣味性，吸引学生参与到课堂中来。首先，学习内容的规划本质是项目主题的设置，选择与学生的日常生活息息相关的主题有助于吸引其学习兴趣，通过在课堂上为学生营造生活中的真实问题情境，促进学生沉浸式参与；其次，学习形式依旧是项目的形式，学生要立足实际问题，构思解决方案，最后形成成品用以解决问题，整个过程中学生通过协作探究、数理分析、创造设计、技术应用、实践操作等活动来理解、掌握、建构知识，独立自主地学习，真正成为学习的主人。但在项目难度设置时要注意应用到知识的范围，尽量在学生的“最近发展区”内。

（2）依据STEAM教育理念，明确能力培养目标。STEAM教育理念是跨学科的教育、做中学的教育、基于项目的教育、依托资源的教育、情境探究的教育、多元主体的教育[1]，在基于项目的STEAM教育形式下，有一套科学完整的理论支持体系，包括学习环境设计和学习科学方面的研究，它们共同规定着在课堂上如何随着时间的推移而分阶段实施项目教学，由于科学的理论支持，每个教学步骤都有其独特的促进学生发展的意义。对基于项目的STEAM教育的简单定义就是“明确的结果和模糊的任务”[2]，通过合理设计跨学科问题情境，明确规定要达成的结果而不限制具体的任务，这给了教师和学生按照流程规划进行自主发挥的空间，既保证了学习过程的有序性和连续性，又保证了思维过程的开放性，能够实现问题解决能力，科学探究能力，工程思维能力，技术应用能力等多种能力的综合培养。

（3）构建全过程多主体的课程评价体系，保证学习效果的反馈。评价是基于项目的STEAM教育的一个重要组成部分，其认为学生的学习过程比学习结果更值得重视，所以将评价重点由终结性评价转变为形成性评价，并且对人际互动给予了更多的关注。STEAM教育理念根据学习环境的不同综合运用多种评价方法，并且开发出多套可以帮助教师对学生的学习进行高效评估的评价量规，其先进的评价观念和科学的评价方法有助于我们构建科学的《3D打印》课程评价体系，从而保证学生的学习效果。