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文档简介

1、Solid Learning Model在STEAM教育的应用研究王雨峰冯园摘要随着现代科学技术的开展,3D打印已经成为深受教育界欢迎的重要技术,被称为创客教育的“三剑客之一,基于3D打印技术形成的行塑学习模型SolidLearningModel也成为教学改革研究热点。本文根据3D打印技术特点,通过对行塑学习模型的理论研究,结合3D打印技术在创客教育的应用,创设可供师生设计与参与的优质工程,为其提供深层次的体验活动,探索行塑学习模型在STEAM教育中应用的有效途径,推动“做中学、做中创,极大激发师生学习热情,实现跨学科创新学习与思考,进而培养其创新思维、空间想象及创造设计等综合能力。关键词3D

2、打印技术;行塑学习;SolidLearning教学;STEAM教育中图分类号:G712           文献标识码:ADOI:10.19694/j ki.issn2095-2457.2021.03.0460引言3D打印技术属于快速成型技术的一种,建立在数字模型的根底之上,通过把粉末状塑料常见有ABS和PLA材料或金属等材料,按模型参数逐层叠加,实现物体建构。3D打印技术具有快速制造、三维集成、完全再现及零废弃的最优经济性等特点,目前已经在航空航天、工业制造、机械加工、建筑、医学、文

3、化艺术等众多领域取得重要应用。随着3D打印技术的快速开展,创客教育越来越受欢迎,进而促进STEAM教育理念开展及推广。【1】2021年,基于3D打印技术的行塑学习模型SolidLearningModel由美国学者拉尼柯克.豪斯曼率先提出,该教学方法推动教育改革创新,让教学变动更加直观、生动而真实,促进师生更加及时有效互动,提供丰富的沉浸式学习和立体化的思维,有效培养创新精神。1核心概念1.1行塑学习模型SolidLearningModelSolidLearningModel是在体验式学习理论根底之上的升级,通过把3D打印技术和数字制造技术引入传统课堂,为学生提供了沉浸式学习,创造了个性化、交互

4、性和情境性等丰富多彩的教学方式,激发师生学习热情,提高学生参与度。1.2STEAM教育STEAM教育指五个学科的融合教育,具体包括有科学Science、技术Technology、工程Engineering、数学Mathematics和艺术Art。该教育理念由美国人在20世纪80年代提出,得到奥巴马的大力支持,在中小学得到广泛应用推广,对课程融合、综合教育起到积极推动作用,为学生培養了动手实践、改革创新及跨学科综合运用能力。【2】STEAM教育首先打破传统学科教育的隔膜,强调跨学科知识融合,重视学生亲自去体验与实操的过程,旨在把知识运用到实践中;其次,通过开展工程化学习过程,实现“做中学、做中创

5、,培养学生发现问题、分析问题及解决问题的能力;最后在学以致用的过程,培养学生的创新精神,促成实践创新的教学目标。2理论依据创新能力是一种创造新颖和适切工作的能力,本质上培养的是一种精神,具体包括探索未知、发现及挖掘新事物、主动学习并掌握新技术及新方法,在此根底上做到灵活运用所学知识、创新思维、分析及解决现实生活真实问题。创新能力的培养主要有三个因素:1教师直接或间接鼓励行为的影响。教师支持鼓励学生开展积极有效创新实践,学生发挥个人主观能动性,创新学习的过程。2培育主动学习、积极探索的学习气氛,这是培育创新能力的重要因素。教师应高度关注并鼓励学生主动参与的勇气,让学生在一个开放包容、多元化的学习

6、环境中,可更好调动其学习热情及创新能力。3创新需要有效交互性活动。传统教学局限于教室空间,随着现代信息技术开展,更多虚拟学习与3D技术都为创造交互学习环境做出重要奉献。行塑学习模式是一直高度沉浸时的学习方式,相比传统教学,学生可以获得更多参与时机,以培养创新能力。1个性化学习。传统教学仅提供选择空间,本质上属于“被动式的个性化教学;相比而已,行塑学习为学生提供更多可能性,借助3D打印技术让任何设计可以快速变为现实,学习充满立体感和深度感,让学生更愿意去尝试不同的个性化效果,由此推动个性化气氛营造,激发学生学习兴趣,提高其自信心,实现创新思维的培育。2交互性学习。社会建构主义理论认为,学习应该是

7、学生与环境相互作用,相互影响的建构。教学过程是帮助学生学习掌握知识,解决关键问题的过程,而任何问题的真正解决离不开团队的相互协作。行塑学习提供丰富的团队协作任务,每一个工程的设计、制作都需要团队相互支持,共同协商确定解决方案。最终实物成果也是方便相互学习,从二维升级到三维空间,创造更多交流空间,促进思维分享和行为互动。3情境学习。基于建构主义的认知理论,情境学习的当代学习理论最重要的核心,在做中学的效果是最好的。在情境中的实践应用,有助于知识的创新与应用。行塑学习创造了真实丰富的情境,相比传统的抽象知识的学习,通过设计实物模型将知识与动手实践有机结合,促使学生获得愉快的学习体验,帮助学生革新思

8、维去完成学习任务。4跨学科学习。行塑学习在提供感知沉浸学习的同时,对学生提出跨学科要求,需要综合运用数学、艺术、工程、科学等多学科的知识,来综合解决实际问题。从理论研究到设计、从三维模型到实物,整个过程都有利于培养学生的跨界能力,尤其是跨越学科边界获取延伸、拓展和迁移能力。3应用研究3D打印技术应用包括3D设计建模和3D打印输出两个局部,3D打印输出只是把创新设计的3D数字模型进行实体化的过程,而3D设计建模才是3D打印技术的关键环节。因此基于3D打印技术开展STEAM教育的核心是三维创意设计,即以三维软件和3D打印机应用为主的课程。13D打印的创造性3D打印的创新首先在于使用的“墨水不同。传

9、统打印使用的普通墨水包括激光和喷墨打印完成是平面的打印,而3D打印需要完成空间三维的打印,就必须使用不同的材料,常用有ABS和PLA。ABS树脂全称是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物,英文名AcrylonitrileButadieneStyrene,具有较高强度及韧性,易于加工成型,属于热塑型高分子材料;PLA再生塑料全称是聚乳酸,英文名Polylacticacid,由于该材料使用是可再生的植物资源,由其淀粉原料加工而成,可在自然环境中实现生物见解,属于环境友好材料。这些固体材料通过电脑程序控制,在打印头中加热变成液体后挤出,在空气中迅速冷却后又变成固体,像春蚕吐丝一样通过层层堆积,最后由3D数字

10、模型转变化为3D固体模型,完成了3D打印任务。另外还有像普通塑料、尼龙、石蜡、食材、纸、水泥、金属或陶瓷的粉末等都可以作为3D打印机的“墨水。在STEAM教育中,3D打印技术帮助师生把创意和想法变为现实,可用于各个学科的教学中,把具体知识点或问题转变为生动、立体的3D打印作品,基于SolidLearning教学,让3D打印技术与各学科教学紧密联系在一起。例如在根底学科中,把语文、英语中典型人物、代表建筑打印成实物模型,帮助学生更好理解故事情节与人物感情;把数学中立体几何模型打印出来,帮助学生更好学习了解三维空间的结构;把物理中抽象的磁場、电力结构图形打印出来,把无形抽象的知识有形化;把化学中3

11、D分子、原子模型,实现微观粒子结构实体化;把生物中细胞、病毒、器官等打印出来,让不能直接看到的内容样本化;把历史中有考古意义的古代器物复制出来,方便进一步的观察和研究;把地理中真实的地势图和人口分布图打印出来,帮助学生更直观地分析地形及人口分布;把美术中艺术品打印出来,提升学生对美术作品鉴赏能力。【3】而在专业课程中,3D打印技术可以发挥更大的价值,比方在机器人制作课程中可打印自己设计出的机器人配件,根据自己的想象创造一台新型机器人;在无人机维修课程,可以根据需要自行定制零部件,实现个性化创意作品。【4】2基于3D打印的行塑学习模型随着无人机、人工智能及大数据技术的快速开展,创客教育深受学生及

12、家长的青睐,3D打印技术由快速成型、逆向工程和三维设计组成,已经成为创客教育重要组成局部,为学生的创新学习提供更多可能。因此,基于3D打印开展行塑学习教学,首先是创设工程情境,问题源自生活及实践需要,有一定针对性,学生在教师引导下,以小组合作的方式,开展探究式学习,分析问题,查找资料,团队交流协作,共同提出解决问题的方案,总结思考不断改进,进而完成更好作品。整个教学过程中教师为引导,学生为主体,强调由学生亲自操作,通过3D打印过程获得最有效的学习体验,帮助学生开展好自主化学习、组织丰富多彩的个性化及探究式学习,获得分析及解决问题的能力,学会辩证思维,提高专业技能,提升创新创造能力等。【5】为了

13、促进资源共享,建立3D模型资源平台,提供常用技术支持,比方2D转3D、3D积木、3D浮雕等,让三维建模变成简单轻松的事情,让设计的过程变得更加轻松愉悦;同时有助于思想碰撞,产生更多创意与优秀作品。3创新评价体系教学模式的改革创新必然推动教学评价的创新,因此根据教学过程及思维层次制定合理评价体系。学校层面从学校整体创新环境、学生创新能力、创新学习特点、教师创新教学等方面来综合评价学校创新指数。教师层面从教师师德、教学能力、教育创新、科研能力等方面综合评价教师专业开展。学生层面从品德素养、学习素养、创新素养等方面综合评价学生个体开展。4结束语创客教育把信息技术融入传统学科教学,创新开辟了新的教育园地。在3D打印技术能够将电脑里的虚拟3D数字模型快速地打印出3D实物模型功能的支持下,行塑学习模型SolidLearningModel为STEAM教育提供了丰富实践,从“思到“造再到“创,让学生的想象变为现实,让其在主动参与创新与设计的过程中,充分发挥想象力与创造力,认真细致地分析所建造三维模型,利用3D打印机最终实现个性化作品创作,并反响于现代教育与教学,不仅促进3D打印技术广泛用于教育领域的各个学科,更是在新的教学理念下,为新时期教与学的改革提供示范与引领。参考文献【1】高勇,刘娜.3D打印与三维创意设计课程牵引下的创新课程体系研究J.中小

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