三維融通：3D打印泛在學(xué)習(xí)路徑研究

［摘要］三維融通是指三維學(xué)習(xí)空間的融通，即思維空間、實(shí)踐空間和展示空間之間的融通。教師基于泛在學(xué)習(xí)理念開展教學(xué)，在思維空間與展示空間中研究廣義泛在學(xué)習(xí)的應(yīng)用，在實(shí)踐空間中以狹義的泛在學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生在信息技術(shù)支持下進(jìn)行實(shí)踐探索，在三維學(xué)習(xí)空間中學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)，在悟?qū)W、探學(xué)、展學(xué)三條泛在學(xué)習(xí)路徑中提升應(yīng)用分析、實(shí)踐創(chuàng)造、批判思維能力，最終促進(jìn)學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新能力的發(fā)展。［關(guān)鍵詞］三維融通；3D打印;泛在學(xué)習(xí)《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》倡導(dǎo)真實(shí)性學(xué)習(xí)，注重創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，引入多元化學(xué)習(xí)資源。隨著3D打印技術(shù)在中小學(xué)教育中的廣泛應(yīng)用，其在核心素養(yǎng)培育方面的作用也越來越受到重視。當(dāng)前，3D打印學(xué)習(xí)存在許多問題：其一，目標(biāo)不清，學(xué)習(xí)機(jī)械盲目；其二，成品以模仿為主，缺乏創(chuàng)造性；其三，評價(jià)不足，缺乏對過程的反思。那么，如何使學(xué)生明確3D打印的學(xué)習(xí)目標(biāo)，提高3D作品的創(chuàng)造性，提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)呢？一、思維空間中的泛在悟?qū)W路徑廣義的泛在學(xué)習(xí)認(rèn)為，學(xué)習(xí)的發(fā)生、需求無處不在。悟?qū)W路徑解決的是“為什么學(xué)”的問題。泛在悟?qū)W路徑強(qiáng)調(diào)多維度學(xué)習(xí)，包括創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境、轉(zhuǎn)化適齡性問題、分析挑戰(zhàn)性任務(wù)，需要師生共同收集信息并轉(zhuǎn)換成問題、加工信息并分析任務(wù)。如果忽略情境的創(chuàng)設(shè)、技術(shù)的應(yīng)用，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣就會(huì)降低。因此，教師要引導(dǎo)學(xué)生從不同的維度發(fā)現(xiàn)問題，并對問題進(jìn)行分析。1.創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境情境創(chuàng)設(shè)能為驅(qū)動(dòng)性問題的產(chǎn)生做鋪墊。由于學(xué)生的學(xué)習(xí)多發(fā)生在學(xué)校，基于學(xué)校創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境更有利于學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題。為了豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)生活，學(xué)校開發(fā)了豐富多彩的拓展課程。教師要從中尋找與3D打印技術(shù)相關(guān)或是能使用3D打印技術(shù)解決某些問題的課程內(nèi)容，基于學(xué)生在課程實(shí)踐中的經(jīng)歷創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境。學(xué)生或親自參與了相關(guān)活動(dòng)，體驗(yàn)了活動(dòng)過程；或雖然沒有親身體驗(yàn)，但通過觀察對活動(dòng)有了初步了解。教師創(chuàng)設(shè)與這些活動(dòng)相關(guān)的情境，能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，有利于學(xué)生后期充分體會(huì)3D實(shí)物成品在相關(guān)情境中的應(yīng)用價(jià)值。經(jīng)過篩選，筆者將3D打印學(xué)習(xí)的情境來源分為學(xué)校項(xiàng)目中心課題、學(xué)校勞動(dòng)實(shí)踐課程、學(xué)生學(xué)習(xí)生活實(shí)際、三維技術(shù)社團(tuán)活動(dòng)這四大類。2.轉(zhuǎn)化適齡性問題適齡性問題是學(xué)生在學(xué)習(xí)情境中發(fā)現(xiàn)的真實(shí)問題，也是驅(qū)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的關(guān)鍵問題。它貫穿學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)過程，需要學(xué)生運(yùn)用3D打印技術(shù)的相關(guān)知識來回答，具有一定的挑戰(zhàn)性和開放性。依據(jù)3D打印學(xué)習(xí)的四大情境來源，適齡性問題也可以分為四類，分別是在學(xué)校項(xiàng)目中產(chǎn)生的問題、在勞動(dòng)實(shí)踐課程中產(chǎn)生的問題、在學(xué)習(xí)生活中產(chǎn)生的問題、在三維技術(shù)社團(tuán)活動(dòng)中產(chǎn)生的問題。這些問題的產(chǎn)生，為學(xué)生搭建了技術(shù)學(xué)習(xí)與實(shí)際生活之間的橋梁。如教師節(jié)時(shí)，有的學(xué)生看到教師辦公桌上堆放的自制賀卡和花朵，提出了“如何制作一個(gè)美觀、方便的收納瓶？”這一問題。3.分析挑戰(zhàn)性任務(wù)挑戰(zhàn)性任務(wù)由師生共同提出，旨在解決適齡性問題，依據(jù)學(xué)習(xí)過程可分為若干子任務(wù)。為了解決適齡性問題，學(xué)生廣泛搜集并加工信息，分析挑戰(zhàn)性任務(wù)。在3D課堂上，每一個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)，如制作花瓶、塑料碗、模型、筆筒等都與學(xué)生的學(xué)習(xí)生活相聯(lián)系，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。對挑戰(zhàn)性任務(wù)的分析分為信息加工和結(jié)構(gòu)分析兩大類。信息包括視頻、文字、訪談?dòng)涗?、?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等。學(xué)生通過訪談、查閱資料、觀看視頻、小組交流、頭腦風(fēng)暴等搜集信息，篩選其中的有用信息，并通過問題鏈、提示詞、表單和思維導(dǎo)圖等建立信息之間的聯(lián)系。這樣分析挑戰(zhàn)性任務(wù)，能有效發(fā)展學(xué)生的思維能力和數(shù)字素養(yǎng)?！景咐?】為學(xué)?！扒墒峙嗑G種植園”制作“蔬菜名牌”創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境：種植園中，同學(xué)們之前播種的蔬菜種子紛紛長出了幼苗。有些班級在泥土里插上了名牌，有些則沒有插。轉(zhuǎn)化適齡性問題：由于蔬菜還是幼苗，沒有結(jié)出果實(shí)，大多數(shù)同學(xué)都叫不出名字。我們能不能利用所學(xué)3D打印技術(shù)，幫助同學(xué)們辨識這些蔬菜？分析挑戰(zhàn)性任務(wù)：問題提出后，教師讓學(xué)生以小組為單位，采用討論、表單記錄等方式，總結(jié)出“蔬菜名牌”要具備清晰、便于放置、不易損壞、吸引人等要素，并形成指向明確的挑戰(zhàn)性任務(wù)——如何設(shè)計(jì)并制作一款清晰、便于放置、不易損壞、吸引人的“蔬菜名牌”？二、實(shí)踐空間中的泛在探學(xué)路徑狹義的泛在學(xué)習(xí)是指以計(jì)算機(jī)為核心的信息技術(shù)支持下的學(xué)習(xí)，以學(xué)習(xí)者為中心，以學(xué)習(xí)任務(wù)為焦點(diǎn)，使學(xué)習(xí)者在技術(shù)加強(qiáng)的學(xué)習(xí)環(huán)境下，進(jìn)行知識的建構(gòu)。探學(xué)路徑解決的是“怎么學(xué)”的問題。教師可以通過“設(shè)計(jì)方案—實(shí)踐操作—交流迭代—解決問題”四個(gè)步驟為學(xué)生構(gòu)建實(shí)踐創(chuàng)造的探學(xué)路徑（見表1），切入學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”，搭建學(xué)習(xí)支架，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中解決問題。1.基于目標(biāo)，設(shè)計(jì)方案基于解決問題的目標(biāo)，學(xué)生綜合運(yùn)用已學(xué)知識，完成挑戰(zhàn)性任務(wù)的方案設(shè)計(jì)，根據(jù)要求明確3D產(chǎn)品的基本要素，如大小、顏色、圖案等，最終完成草圖的繪制，必要時(shí)增加產(chǎn)品使用說明、功能介紹等。在設(shè)計(jì)方案時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生借助學(xué)習(xí)表單進(jìn)行獨(dú)立思考，并適時(shí)開展小組討論，以幫助學(xué)生發(fā)散思維，在確保可行性的基礎(chǔ)上形成多種解決方案。需要注意的是，方案既是學(xué)生思維的呈現(xiàn)，又是學(xué)生創(chuàng)造的開端，還是后續(xù)軟件建模的基礎(chǔ)，因此，方案設(shè)計(jì)要充分尊重學(xué)生的個(gè)性特點(diǎn)。2.搭建支架，實(shí)踐操作首先，建模之前，教師可以借助學(xué)具，使學(xué)生對3D虛擬模型的形成過程有一個(gè)形象化的了解，促使學(xué)生在制作過程中產(chǎn)生更多的創(chuàng)意。其次，教師通過問題大發(fā)現(xiàn)、頭腦風(fēng)暴等方式，幫助學(xué)生形成問題清單，如借助自查表，幫助學(xué)生厘清已經(jīng)掌握的操作和需要學(xué)習(xí)的操作。然后，教師引導(dǎo)學(xué)生開展小組合作，梳理出本次任務(wù)需要掌握的技能。最后，建模時(shí)，教師適當(dāng)提供微視頻、學(xué)習(xí)資料等，使學(xué)生通過自主探究或小組合作探究，完成初步建模。3.合作互助，交流迭代交流迭代即先交流再迭代，是指學(xué)生對照產(chǎn)品量規(guī)，對虛擬產(chǎn)品進(jìn)行的自我修改，也包括小組、個(gè)體階段性展示和評價(jià)之后進(jìn)行的作品修改。通過重新對照評價(jià)量規(guī)中對產(chǎn)品的具體要求，以及展示和組內(nèi)討論，學(xué)生取長補(bǔ)短，吸收其他作品的優(yōu)點(diǎn)，并修改自己的作品。在交流過程中，教師可以提供簡單的發(fā)言支架，幫助學(xué)生厘清自己作品的特點(diǎn)，使學(xué)生能夠更加全面、細(xì)致地進(jìn)行介紹；同時(shí)，教師還要包容學(xué)生的有效失敗，并幫助學(xué)生從失敗中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。4.打印成品，解決問題打印一個(gè)3D作品需要花費(fèi)較多的時(shí)間。因此，只有符合產(chǎn)品量規(guī)，學(xué)生在3DOne軟件中建立的模型才能被打印出來。此外，對于相似度較高的作品，在不影響美觀、使用的基礎(chǔ)上，應(yīng)選擇耗材少的作品進(jìn)行打印。在自評和互評的基礎(chǔ)上，學(xué)生將符合要求的作品打印出來，進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，并對作品的使用效果進(jìn)行調(diào)查，實(shí)現(xiàn)了虛擬和現(xiàn)實(shí)之間的連接。這既是應(yīng)用3D作品解決實(shí)際生活中的問題的體現(xiàn)，也是學(xué)生后期展示評價(jià)的有力證明?！景咐?】3D創(chuàng)意花盆的設(shè)計(jì)與制作設(shè)計(jì)方案：在小組討論的基礎(chǔ)上，提煉出3D創(chuàng)意花盆應(yīng)該具備的三大要素（見下表），并根據(jù)要求完成草圖繪制，明確花盆的具體樣式。[要求具體內(nèi)容美觀外觀、大小、顏色合適功能符合花盆的實(shí)用功能創(chuàng)意形狀、圖案有創(chuàng)意]實(shí)踐操作：運(yùn)用3DOne軟件建模。填寫學(xué)習(xí)自查表，明確哪些操作已經(jīng)掌握、哪些操作需要學(xué)習(xí)。通過自查，學(xué)生得出“浮雕命令”和“減運(yùn)算方法”是新內(nèi)容，并通過微視頻、學(xué)習(xí)資料自主探究，嘗試初步建模。交流迭代：先小組討論遇到的問題，再向全班介紹分享。教師針對重難點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)撥指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生取長補(bǔ)短，完成作品的迭代更新。解決問題：展示評價(jià)之后，教師引導(dǎo)學(xué)生挑選部分優(yōu)秀作品進(jìn)行打印，并投入使用。三、展示空間中的泛在展學(xué)路徑展學(xué)路徑解決的是學(xué)習(xí)評價(jià)的問題。針對學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中形成的研究報(bào)告、虛擬作品和實(shí)物成品等，教師搭建課內(nèi)外展示平臺，通過匯報(bào)、展覽、義賣等不同方式，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)3D打印技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，拓寬學(xué)生的“認(rèn)知化疆域”。展示的對象是學(xué)生的實(shí)踐成果。展學(xué)路徑的開拓有助于學(xué)生重新審視自己的學(xué)習(xí)過程，并在批判性評價(jià)的過程中發(fā)展思維能力。1.研究報(bào)告發(fā)布將學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中形成的所有圖表組合起來，就形成了一份研究報(bào)告，其中包括作品的評價(jià)量規(guī)、設(shè)計(jì)圖、自評表、互評表、團(tuán)隊(duì)合作評價(jià)表、作品介紹發(fā)言稿、問題清單等。報(bào)告發(fā)布指向課內(nèi)的過程性評價(jià)，采用組內(nèi)和組間交流相結(jié)合的方式。組內(nèi)交流由小組長負(fù)責(zé)，組織組員針對研究報(bào)告進(jìn)行討論；組間交流指全班性的介紹發(fā)布，由教師組織。過程性評價(jià)有助于學(xué)生反思學(xué)習(xí)過程，梳理知識內(nèi)容，思考學(xué)習(xí)方法，為其后續(xù)學(xué)習(xí)奠基。自評表包括對本次學(xué)習(xí)任務(wù)中知識難點(diǎn)的掌握和實(shí)踐程度，團(tuán)隊(duì)合作評價(jià)表則包括組內(nèi)和組間的互助競爭評價(jià)。所有評價(jià)均采用量化標(biāo)準(zhǔn)，方便學(xué)生操作。2.虛擬作品展示虛擬作品是指根據(jù)設(shè)計(jì)草圖，利用3DOne軟件制作的虛擬作品。由每個(gè)小組展示介紹本組作品，包括設(shè)計(jì)緣由、面臨困難、創(chuàng)意點(diǎn)，等等。教師可以為學(xué)生提供介紹的文字支架，幫助學(xué)生提煉主要內(nèi)容。雖然虛擬作品不是最終的學(xué)習(xí)成果，但是由于3D打印學(xué)習(xí)的特殊性，筆者認(rèn)為，在實(shí)物成品產(chǎn)出之前，對虛擬作品進(jìn)行評價(jià)也非常重要。學(xué)生根據(jù)評價(jià)量規(guī)，對虛擬作品進(jìn)行評價(jià)修改、迭代更新。這樣，在實(shí)物成品產(chǎn)出之后，就可以將虛擬作品和實(shí)物成品進(jìn)行比較，從而了解3D打印技術(shù)的限制條件，形成從不同角度思考問題的思維方式。3.實(shí)物成品發(fā)布實(shí)物成品發(fā)布多采用課內(nèi)外相結(jié)合的方式進(jìn)行。課內(nèi)，教師引導(dǎo)學(xué)生先借助發(fā)言稿和實(shí)物成品詳細(xì)介紹自己的作品，再利用評價(jià)量規(guī)進(jìn)行評價(jià)；課外，教師為學(xué)生提供面向全校的展示舞臺，將學(xué)生制作的3D實(shí)物成品介紹給全校。在這個(gè)過程中，學(xué)生介紹作品亮點(diǎn)、說明制作過程、聽取“用戶”反饋等，有效提升了自身的綜合素養(yǎng)，而三維學(xué)習(xí)的育人作用也得以持續(xù)發(fā)揮。能將自己在3D課堂中設(shè)計(jì)并打印出來的作品帶出課堂，并在全校進(jìn)行展示、介紹，學(xué)生倍感興奮。教師根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況，把握全校性活動(dòng)的契機(jī)，如“愛心義賣”活動(dòng)期間，讓學(xué)生挑選部分3D實(shí)物成品參加義賣活動(dòng)；“植樹掛牌”活動(dòng)期間，讓學(xué)生利用3D打印技術(shù)制作植物名牌并懸掛。借助這些活動(dòng)，學(xué)生將在3D課堂中制作的實(shí)物成品展示出來，體會(huì)到3D作品