江蘇常州市武進(jìn)區(qū)星河小學(xué) 張蝶嬪

目前，3D打印技術(shù)已經(jīng)逐漸融入各個(gè)領(lǐng)域，大到建筑物，小到零件，自2014年以來，3D打印課程以普及化的方式在小學(xué)蔓延。在學(xué)校層面，許多學(xué)校添置了3D打印設(shè)備；在課程層面，開設(shè)了各種特色課程；在教師層面，成立了專門研制此課程的教師團(tuán)隊(duì)。因此，如何更好地認(rèn)識(shí)、理解、開發(fā)、實(shí)施3D打印課程，成為我們關(guān)注和思考的問題。

一、現(xiàn)實(shí)丈量，回望“3D打印課程”的價(jià)值體認(rèn)

每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)都有著關(guān)鍵期，然而能一輩子流淌在學(xué)生心田的是他的學(xué)習(xí)品質(zhì)：一種對(duì)自我學(xué)習(xí)、探究等的計(jì)劃性和堅(jiān)持性，而3D打印課程以其獨(dú)特的探索、實(shí)踐、發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造的綜合體能點(diǎn)燃學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

中小學(xué)信息技術(shù)課程的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)信息技術(shù)的興趣和意識(shí)，讓學(xué)生了解信息技術(shù)的基本知識(shí)和技能，培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)，為適應(yīng)信息社會(huì)的學(xué)習(xí)、工作和生活打下基礎(chǔ)。以此為載體，3D打印課程可以更好地彰顯小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的落地，并承載著課程獨(dú)有的價(jià)值。

二、思維關(guān)照，眺望“3D打印課程”的模型建構(gòu)

1.用科學(xué)精神的關(guān)照認(rèn)識(shí)模型思維

“錢學(xué)森之問”問了那么多年，始終沒有給出應(yīng)有的答案，在學(xué)校的課程開發(fā)研制和實(shí)施中，我們始終要問自己為什么而出發(fā)？創(chuàng)新性人才不僅僅是高校的事情，更需要中小學(xué)的奠基和啟蒙。3D打印，就是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和形成計(jì)算思維的課程。3D打印最核心的部分，是3D建模，所以我們會(huì)想到“模型思維”。

2.用科學(xué)認(rèn)知的邏輯建立模型結(jié)構(gòu)

模型是為了一定目的，對(duì)客觀事物的一部分特征、屬性，而進(jìn)行簡化、抽象、提煉出來的原型替代物，模型不是原型，既比原型簡單，又高于原型。學(xué)生模型思維能力是學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的具體體現(xiàn)，學(xué)生行為表現(xiàn)則是發(fā)展學(xué)生模型思維能力的途徑，結(jié)合3D課程，構(gòu)建學(xué)生模型思維能力發(fā)展的結(jié)構(gòu)（見圖1）。

圖1 學(xué)生模型思維能力發(fā)展的結(jié)構(gòu)

3.用科學(xué)方法的維度形成學(xué)習(xí)進(jìn)階

學(xué)習(xí)進(jìn)階是學(xué)生以學(xué)習(xí)序列的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，并在各年級(jí)學(xué)習(xí)某一主題時(shí)所表現(xiàn)的連貫的逐漸深入的學(xué)習(xí)理解過程。我們所開設(shè)的3D打印課程的課程序列特點(diǎn)在于：一是充分考慮學(xué)生對(duì)知識(shí)的實(shí)際理解過程而不是單純從知識(shí)本身的邏輯出發(fā)；二是關(guān)注思維理解深度的發(fā)展，提升其多樣性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性，而不只是信息的增加。

三、杠桿撬動(dòng)，守望“3D打印課程”的學(xué)習(xí)進(jìn)階

模型思維能力的發(fā)展在不同的階梯具有不同的表征，如初級(jí)層次就是要求學(xué)生區(qū)別判斷模型，表征模型類型。根據(jù)3D打印課程所表現(xiàn)的形式不同，可以繼續(xù)分為概念模型、實(shí)物模型、方法模型與思維模型。而在3D打印課程的研發(fā)、實(shí)施和發(fā)展中，我們需要運(yùn)用模型思維來撬動(dòng)學(xué)生核心素養(yǎng)的杠桿。

1.感知模型表征，融入邏輯3D思維

（1）畫出一條橫軸

建立3D打印課程的套餐系列，以主題橫向推進(jìn)。如3D打印學(xué)習(xí)用品課程，是根據(jù)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和好奇心理而開設(shè)的課程套餐，從3D打印課程介紹，到“象棋和軍棋”“打造筆筒”“我的自動(dòng)鉛筆”“創(chuàng)意書桌”課程組合（見圖2），形成一個(gè)課程結(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)藝術(shù)與科學(xué)技術(shù)、信息技術(shù)與模型思維相互關(guān)聯(lián)結(jié)合而成，組合課程可以根據(jù)學(xué)生發(fā)展的階段設(shè)置課時(shí)數(shù)，并進(jìn)行任意組合，學(xué)生可以根據(jù)自身需要完成課程學(xué)習(xí)。

圖2 課程結(jié)構(gòu)

（2）描畫一條縱軸

圍繞不同的年段開發(fā)不同的主題序列，設(shè)置不同的目標(biāo)系列，形成縱向一條線，以下是圍繞學(xué)習(xí)用品主題、生活用品主題、健康主題、環(huán)保主題等形成的課程系列。

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在此基礎(chǔ)上形成課程綱要、教師指導(dǎo)用書以及課程方案和課程評(píng)價(jià)等。

2.應(yīng)用模型解決，彰顯進(jìn)階杠桿能量

思維模型的形成不僅能應(yīng)用于3D打印課程本身，在信息技術(shù)常態(tài)課中，也可以與課標(biāo)模塊相結(jié)合，將模型進(jìn)一步優(yōu)化和拓展，將3D打印與學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)整合，在教學(xué)實(shí)踐中通過對(duì)模型的應(yīng)用來達(dá)成思維的進(jìn)階。我們以WPS文字教學(xué)為例。

（1）因需：“切入點(diǎn)”，3D打印對(duì)WPS軟件的需求

我們可以先來看一下WPS文字在蘇科版小學(xué)信息技術(shù)四年級(jí)中的教學(xué)內(nèi)容（見圖3）。

圖3 WPS文字四年級(jí)教學(xué)內(nèi)容

從上圖可以看出，四年級(jí)WPS文字的教學(xué)以文字處理教學(xué)為主，然而3D打印的主要教學(xué)內(nèi)容是3D建模，它們本身并沒有什么交集。然而如果在我們應(yīng)用模型思維關(guān)聯(lián)項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，從現(xiàn)象思考到方案設(shè)計(jì)，學(xué)生可以使用文字處理工具來完成一個(gè)設(shè)計(jì)方案以及完成作品后的項(xiàng)目說明，這就是兩者的切入點(diǎn)。

（2）有行：“項(xiàng)目化”，項(xiàng)目實(shí)施與課程統(tǒng)整

在項(xiàng)目課程實(shí)施過程中，學(xué)生需要了解工程設(shè)計(jì)的總流程，在理論和基礎(chǔ)認(rèn)知上進(jìn)行思維模型的構(gòu)建（見圖4）。

圖4 項(xiàng)目課程工程設(shè)計(jì)流程

①撰寫方案階段。

學(xué)生通過交流確定主題，使用WPS文字記錄方案，在撰寫方案的過程中，鍛煉了學(xué)生的文字輸入和信息處理的基礎(chǔ)能力。

②3D設(shè)計(jì)階段。

使用3D軟件建模。這個(gè)階段主要是3D打印的學(xué)習(xí)階段，是學(xué)生接觸和體驗(yàn)新技術(shù)的過程，也是學(xué)生完成從創(chuàng)想到實(shí)踐過渡的重要階段。

③展示和評(píng)價(jià)階段。

展示自己的作品，可以增強(qiáng)學(xué)生的表達(dá)能力，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用能力，對(duì)學(xué)生今后的發(fā)展有著極其重要的作用。

展示與評(píng)價(jià)相輔相成，好的教學(xué)評(píng)價(jià)可以達(dá)到診斷、激勵(lì)、調(diào)節(jié)和強(qiáng)化的作用，在3D打印常態(tài)化教學(xué)作品展示課上，由學(xué)生共同參與，制定了根據(jù)創(chuàng)意度、完成度、美觀度、技能度、合作度在五個(gè)維度的評(píng)價(jià)模型，讓學(xué)生根據(jù)模型進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)，促進(jìn)共同發(fā)展。

（3）進(jìn)階：“序列化”，不同年段3D打印課程整合

在《中小學(xué)信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》中，包括計(jì)算機(jī)作文、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、制作多媒體作品、編程語言的學(xué)習(xí)、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等模塊。圍繞不同的知識(shí)點(diǎn)，應(yīng)用模型化思維，我們可以進(jìn)行項(xiàng)目化重構(gòu)，結(jié)構(gòu)如下：

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基于項(xiàng)目增加的復(fù)雜度及開放度，逐步形成序列化、自主化、協(xié)作化的3D常態(tài)化教學(xué)。

（4）成果：“反思”，實(shí)施效果與重構(gòu)不足

在完成四年級(jí)的教學(xué)實(shí)踐后，我們收到學(xué)生作品264件，創(chuàng)意突出、項(xiàng)目完整的作品有32件，占12%；創(chuàng)意、設(shè)計(jì)、展示有一方面或兩方面比較突出的作品占86%，作品的創(chuàng)意性和完整性比過去單純教3D打印或者WPS文字處理工具都有很大提升。從實(shí)踐成果來看，建立兒童模型思維，在3D學(xué)習(xí)進(jìn)階中有其優(yōu)勢(shì)：

①“一多”：多合作。

多合作：在完成項(xiàng)目時(shí)，小組是基礎(chǔ)單位。學(xué)生在這個(gè)過程中會(huì)根據(jù)自身需求主動(dòng)學(xué)習(xí)新知和解決問題，由被動(dòng)合作轉(zhuǎn)向主動(dòng)合作，加強(qiáng)了學(xué)生自主探究和合作學(xué)習(xí)的能力。

②“二高”：高效率、高質(zhì)量。

高效率：學(xué)生形成模型思維后，在后期階段的學(xué)習(xí)中就會(huì)形成較好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，知道完成這個(gè)項(xiàng)目需要先做什么、再做什么、你做什么、我做什么，分工迅速，合作高效。

高質(zhì)量：高效的合作帶來質(zhì)量的提升，項(xiàng)目化的學(xué)習(xí)模式也讓學(xué)生能夠更深入地去完成既定的目標(biāo)，學(xué)生制作的作品不再是生搬硬套，也不再是漫無目的，質(zhì)量有了顯著的提高。

③“三有”：有目標(biāo)、有條理、有策略。

有目標(biāo)：在建立了一個(gè)模型后，知識(shí)也更加系統(tǒng)化，每一個(gè)階段都有讓學(xué)生為之努力的目標(biāo)，如進(jìn)階式3D課程中的學(xué)習(xí)用品系列是一個(gè)大目標(biāo)，而完成一支自動(dòng)鉛筆則是小目標(biāo)。

有條理：學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和思維的發(fā)展過程都更加明晰，將一個(gè)內(nèi)容由淺入深充分挖掘，再將同類型課程作為一個(gè)單元，不同主題作為一個(gè)系列，形成一個(gè)三維的思維模型來引導(dǎo)學(xué)習(xí)的進(jìn)階，讓學(xué)生的思維成長有序化、立體化。

有策略：一個(gè)模型可以形成相應(yīng)的解決問題的策略，在習(xí)慣于運(yùn)用模型來解決問題之后，當(dāng)再次遇到問題，學(xué)生會(huì)習(xí)慣于用模型解決相應(yīng)的問題，讓解決問題更加快捷有效。

但是在教學(xué)實(shí)施的過程中，也暴露了很多不足：在計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)操作上的問題，如打字和保存等，影響了項(xiàng)目完成的效率。但在后期學(xué)生經(jīng)過多個(gè)項(xiàng)目的鍛煉提升，這些方面的能力也有了一定的提高。再者，對(duì)于這種新型的教學(xué)方式，授課教師有時(shí)還引導(dǎo)偏多，需要教師更進(jìn)一步提升自己的教學(xué)水平，相信學(xué)生，關(guān)注合作，提高教學(xué)效率。

信息技術(shù)是發(fā)展最快的學(xué)科，在新舊知識(shí)的交替和融合中，我們關(guān)注的是學(xué)生信息素養(yǎng)的提升，我們探究的是教學(xué)的方法而并不僅僅是教學(xué)的內(nèi)容，我們發(fā)掘的是學(xué)生思維模型的建立。以模型思維促進(jìn)3D學(xué)習(xí)的進(jìn)階，以3D課程反哺學(xué)生思維的成長，讓學(xué)生建立模型思維，并使用模型思維有效率、有創(chuàng)意地解決更多的問題。