摘 要：計(jì)算思維是信息技術(shù)課程教學(xué)中需要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)之一，在3D打印課程中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，讓學(xué)生完成一個(gè)探索、思考和操作實(shí)現(xiàn)的完整過程，可以為學(xué)生開辟一種全新的思維通道?；谝陨侠砟?，通過“建模抽象，形成思維；分解問題，理清思維；抓住重點(diǎn)，關(guān)注思維；糾錯(cuò)歸納，鞏固思維；展示評(píng)價(jià)，沉淀思維”這五方面將計(jì)算思維融入學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)和問題解決過程中，從而達(dá)到在小學(xué)3D打印教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的目的。

關(guān)鍵詞：3D打??；計(jì)算思維；策略

“中小學(xué)信息技術(shù)課程是信息技術(shù)教育的基本途徑，應(yīng)當(dāng)順應(yīng)時(shí)代特征，承擔(dān)起發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維的重要任務(wù)?！庇?jì)算思維是什么？計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為。計(jì)算思維就像寫作、閱讀、數(shù)學(xué)一樣，應(yīng)該成為每個(gè)人具有的基本技能，讓我們處理生活中的各種事情得心應(yīng)手，受益終身。

為了完善信息技術(shù)的課程體系，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，筆者在學(xué)校開展了3D打印課程的教學(xué)。3D打印課程的教學(xué)中，筆者把知識(shí)點(diǎn)滲透到實(shí)例中，由一個(gè)實(shí)例層層遞進(jìn)知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生通過制作實(shí)例來學(xué)習(xí)，體驗(yàn)一個(gè)作品完整的開發(fā)過程，知道計(jì)算機(jī)解決問題的方法，從而發(fā)展學(xué)生的計(jì)算思維。

一、基于計(jì)算思維的3D打印課程教學(xué)的策略

在基于計(jì)算思維的3D打印課程教學(xué)中，筆者從以下幾個(gè)方面來研究。

（一）建模抽象，形成思維

抽象是指通過降低難度，將一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題轉(zhuǎn)變成為計(jì)算機(jī)可以處理的問題。學(xué)會(huì)抽象可以更容易找到3D打印課程的切入點(diǎn)，更好地理清規(guī)則。

1.模擬情境，化抽象為具體

教師根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)任務(wù)情境，并讓學(xué)生模擬情境過程，在情境中感受抽象問題，讓抽象問題具體呈現(xiàn)出來。

例如，在教學(xué)“3D挪車電話號(hào)碼牌設(shè)計(jì)”這一課中，生活中家家戶戶幾乎都有自己的汽車，外出停車時(shí)免不了會(huì)阻擋別人的汽車，這個(gè)時(shí)候在汽車內(nèi)留一個(gè)挪車電話是非常有必要的。老師出示3D挪車電話號(hào)碼牌，一方面讓學(xué)生實(shí)際接觸這個(gè)車牌激發(fā)興趣，另一方面讓學(xué)生覺得可以給自己家的車制作一個(gè)挪車電話號(hào)碼牌也是一件非常有意義的事情。

用模擬情境的方式導(dǎo)入增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生體驗(yàn)抽象與實(shí)際的關(guān)系，從而把抽象變成具體事物。

2.呈現(xiàn)導(dǎo)圖，化思維為直觀

思維導(dǎo)圖能很好地理清思維中的關(guān)系，讓學(xué)生一目了然地了解現(xiàn)實(shí)生活和計(jì)算機(jī)世界的聯(lián)系，學(xué)會(huì)把無形的思維過程轉(zhuǎn)化為直觀有形的導(dǎo)圖。

出示思維導(dǎo)圖，并層層提問，引導(dǎo)學(xué)生思考問題的關(guān)鍵點(diǎn)。以“圖”的方式來整體提問，將現(xiàn)實(shí)生活中的對(duì)象與計(jì)算機(jī)要處理的對(duì)象一一對(duì)應(yīng)，化無形為有形。

（二）分解問題，理清思維

計(jì)算思維可以將問題分解成我們知道怎樣去解決的問題。經(jīng)過分解后，這些問題才能夠被解決，從而降低設(shè)計(jì)難度。

如在制作“個(gè)性化花盆”這一課教學(xué)中，讓學(xué)生知道首先要制作好一個(gè)你喜歡的實(shí)體，再利用抽象工具來制作花盆。這個(gè)實(shí)體可以是利用已有的實(shí)體進(jìn)行改造，可以利用先畫平面圖，再進(jìn)行拉伸，也可以把實(shí)體結(jié)合在一起，創(chuàng)作有個(gè)性的作品。

由此可見，學(xué)生通過理清思路，將問題進(jìn)行分解并一一突破就找到了解決問題的關(guān)鍵點(diǎn)。

（三）抓住重點(diǎn)，關(guān)注思維

放手讓學(xué)生在3D學(xué)習(xí)中進(jìn)行學(xué)習(xí)有時(shí)候是很困難的，因?yàn)橛行﹥?nèi)容很難表達(dá)清楚，為此可以抓住重點(diǎn)來鞏固思維。

例如，在教學(xué)“自制砝碼”這一課中，正方體的尺寸大小長、寬、高在1厘米左右，重點(diǎn)是在上面的這個(gè)連接圓柱上，并且這些砝碼是需要連接在一起的，因此這一課的重點(diǎn)是如何讓上面的圓柱能夠和正方體下面的接口緊密地結(jié)合在一起，那么圓柱的直徑要比正方體下面的接口要小。

讓學(xué)生在討論和不斷擺弄的過程中，抓住學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，拓展思路，發(fā)展計(jì)算思維，這才是學(xué)生學(xué)習(xí)的目的。通過對(duì)比，學(xué)生會(huì)非常容易理解，并能合理利用。

（四）糾錯(cuò)歸納，鞏固思維

學(xué)生已經(jīng)初步形成了計(jì)算思維能力，但這種思維能力并不成熟和穩(wěn)定，需要在教師的引導(dǎo)和任務(wù)支配下才能完成，因此，學(xué)生需要借助學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行糾錯(cuò)和歸納，深化學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，鞏固學(xué)習(xí)結(jié)果。

例如，在教學(xué)“自制砝碼”這一課中，如何讓上面的圓柱能夠和正方體下面的接口緊密地結(jié)合在一起，那么圓柱的直徑就要比正方體下面的接口要小，那么要小多少呢？學(xué)生通過多次的糾錯(cuò)，打印實(shí)體進(jìn)行對(duì)接，終于發(fā)現(xiàn)小1毫米就可以了。

通過糾錯(cuò)思維，可以很好地解決問題。而學(xué)生通過糾錯(cuò)歸納，不僅能鍛煉自己的計(jì)算思維能力，而且可以對(duì)知識(shí)進(jìn)行鞏固，為拓展打下基礎(chǔ)。

（五）展示評(píng)價(jià)，沉淀思維

作品展示是對(duì)學(xué)生的肯定，也是學(xué)生互相學(xué)習(xí)的一種方式。目的是更好地提高學(xué)生的計(jì)算思維能力、審美能力和創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)3D打印的興趣。

學(xué)生展示介紹作品，不僅是展示自己，也是對(duì)知識(shí)的梳理，學(xué)生在分享和交流中不僅可以鍛煉語言表達(dá)能力，而且可以理清思路，沉淀思維。

例如，在“制作個(gè)性化花盆”中，有學(xué)生展示了這樣一個(gè)作品。她把花盆和手機(jī)支架結(jié)合在一起，它既可以養(yǎng)多肉植物，也可以作為手機(jī)支架，同時(shí)也提醒“手機(jī)一族”應(yīng)注意科學(xué)用眼，多看看綠色植物，因此設(shè)計(jì)了這個(gè)創(chuàng)意花盆。通過她的講解，同學(xué)們對(duì)個(gè)性化花盆有了更深的理解，同時(shí)也明白了學(xué)習(xí)是為了更好地生活。

可見，展示評(píng)價(jià)可以激發(fā)學(xué)生對(duì)3D打印課程學(xué)習(xí)創(chuàng)作的興趣，并且對(duì)學(xué)生的計(jì)算思維提出了更高的要求：在創(chuàng)作作品的過程中，學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)要進(jìn)行深入的分析和靈活的運(yùn)用。

二、基于計(jì)算思維的3D打印課程教學(xué)的成效

通過基于計(jì)算思維的小學(xué)3D打印課程的實(shí)踐與研究，不論是教師的教學(xué)，還是學(xué)生在3D打印課程的學(xué)習(xí)中，都有了或多或少的成效。

很多時(shí)候，教師非常希望通過拓展性課程，讓每一位孩子都得到成長，基于計(jì)算思維的小學(xué)3D打印課程的教學(xué)，很好地解決了教師在3D打印教學(xué)中遇到的問題，改進(jìn)教師的教學(xué)方法，提升課堂教學(xué)效率。抓住了計(jì)算思維這條線，拓展了教師的研究平臺(tái)，提高了教師教育科研能力，帶動(dòng)并促進(jìn)教師個(gè)人教學(xué)風(fēng)格的形成，引領(lǐng)教師的專業(yè)化發(fā)展。

關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生立體空間思維，激發(fā)學(xué)生充分發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。很多時(shí)候，學(xué)生是不知道怎么去做，或者說怎么做才能做得更好，通過教師一系列的學(xué)習(xí)安排和引導(dǎo)，他們對(duì)計(jì)算思維的理解有了一定的提高，并且知道了計(jì)算思維與生活是息息相關(guān)的，可以運(yùn)用計(jì)算思維幫助我們更好地生活。

學(xué)生知道了計(jì)算思維不僅是計(jì)算那么簡(jiǎn)單，學(xué)習(xí)計(jì)算思維是為了更好地處理生活中碰到的問題。在學(xué)習(xí)過程中，筆者讓每位學(xué)生選擇自己最滿意的作品，然后把它打印出來，分享給自己的家人和朋友，學(xué)生很有成就感，覺得這可是自己親手設(shè)計(jì)出來的作品，非同一般。

三、基于計(jì)算思維的3D打印課程教學(xué)的反思

3D打印課程是信息技術(shù)課程的拓展，在不斷的摸索學(xué)習(xí)過程中，既給了學(xué)生新的體驗(yàn)，也讓筆者看出了在教學(xué)過程中環(huán)節(jié)也有設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)牡胤?，下面從以下幾點(diǎn)談?wù)劷虒W(xué)的反思。

（一）打好基礎(chǔ)，必不可少

接觸3D打印也已經(jīng)有兩年的時(shí)間，通過不斷實(shí)踐練習(xí)，掌握了3D課程的教學(xué)。特別是三維軟件的設(shè)計(jì)物品，每個(gè)工具的功能都已經(jīng)知道，但是對(duì)于工具的靈活運(yùn)用還是不夠的，通過這次做的幾個(gè)作品可以看出，工具的靈活運(yùn)用能力還有待提高，在平時(shí)的教學(xué)中，也不能單獨(dú)通過一個(gè)作品學(xué)習(xí)工具的作用，要把工具的作用擴(kuò)展開，引導(dǎo)孩子靈活運(yùn)用，這樣孩子在設(shè)計(jì)新作品的時(shí)候，操作起來就靈活有余了。

（二）開闊視野，迫在眉睫

在教學(xué)中，確實(shí)也借鑒了不少其他的作品，讓學(xué)生在課下之余可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)來開闊自己的視野，多和擁有一樣興趣愛好的朋友交流成長，這是一件很快樂的事情，不要把自己，把課程教學(xué)鎖定在課堂，鎖定在單單的幾個(gè)作品之上，要注意走出去，多學(xué)習(xí)，多交流，在這個(gè)過程中一定會(huì)有很多收獲。

在教學(xué)前，筆者經(jīng)常將幾個(gè)3D打印的實(shí)物呈現(xiàn)在學(xué)生面前時(shí)，看到的是他們一個(gè)個(gè)好奇的小眼神，使他們有信心去學(xué)習(xí)接下來的知識(shí)，一定程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，成就了學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，但是在一定程度上也束縛了他們的創(chuàng)新思維。

（三）培養(yǎng)思維，由點(diǎn)帶面

計(jì)算機(jī)解決問題的過程和人類解決問題的過程最大的區(qū)別在于，人類有大量的包含個(gè)人禁言在內(nèi)的隱形知識(shí)，而計(jì)算機(jī)解決問題時(shí)，要求有清晰的問題定義和描述，通過對(duì)問題的層層抽象，將學(xué)生的隱形知識(shí)顯性化，思維過程可視化，不斷對(duì)計(jì)算機(jī)思維能力進(jìn)行強(qiáng)化和訓(xùn)練，思維能力才能得到提升。

（四）獎(jiǎng)勵(lì)評(píng)價(jià)，勢(shì)在必行

獎(jiǎng)勵(lì)是特殊的評(píng)價(jià)，這對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)更具有不一般的鼓勵(lì)作用，恰當(dāng)使用獎(jiǎng)勵(lì)，讓獎(jiǎng)勵(lì)被看做是提供有關(guān)成功或自我效能感的信息時(shí)，提高內(nèi)部動(dòng)機(jī)。筆者認(rèn)為課堂中可以打印一些3D小徽章，對(duì)表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生進(jìn)行表揚(yáng)和獎(jiǎng)勵(lì)，這在很大程度上可以培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生的成就動(dòng)機(jī)，對(duì)表現(xiàn)一般的學(xué)生的成就動(dòng)機(jī)的培養(yǎng)和激發(fā)也有一定的提高和改善。

（五）思維評(píng)價(jià)，因勢(shì)利導(dǎo)

通過學(xué)生自創(chuàng)的或者程序作品草圖設(shè)計(jì)來評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)于抽象、有條件限制的邏輯、算法思維以及其他用來解決問題的計(jì)算思維概念的理解和使用，闡述了學(xué)生在學(xué)習(xí)算法、信息技術(shù)等概念時(shí)的基本路徑，通過現(xiàn)實(shí)生活中的問題以及一些熱點(diǎn)問題來反映學(xué)生的計(jì)算思維能力。

當(dāng)前關(guān)于計(jì)算思維教育的評(píng)價(jià)，主要是通過對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的過程進(jìn)行分析，但是計(jì)算思維評(píng)價(jià)不是單一的考查，需要綜合多種評(píng)價(jià)工具進(jìn)行計(jì)算思維系統(tǒng)性評(píng)價(jià)。

學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)是一項(xiàng)需要長期堅(jiān)持的工作，特別要關(guān)注問題解決方案的形成過程。我們要將計(jì)算思維融入學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)和問題解決的過程，不斷地改善3D打印課程教學(xué)策略，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和積極性，讓學(xué)生在自主、協(xié)作、交流、分享的過程中促進(jìn)思維的發(fā)展，進(jìn)而讓“計(jì)算思維”在教學(xué)中落地生根，讓每一位學(xué)生學(xué)會(huì)創(chuàng)造性地思考，從而達(dá)到更好地培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的目的。

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作者簡(jiǎn)介：嚴(yán)明崗（1981—），男，漢族，蕭山，本科，二級(jí)教師，研究方向：Arduino機(jī)器人和3D打印課程的實(shí)踐研究。