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课题名称:让创意立体化——初中“3D打印”校本课程的开发与实践 一、研究问题的情境性分析:
近年来,3D打印技术作为一种新型的快速成型技术,正逐步进入人们的视野。《2013年地平线报告(基础教育版)》更将3D打印技术作为远期发展对象提出,并在《2014地平线报告(基础教育版)》中将其作为中期发展目标进一步提上日程。可见,3D打印技术正作为多媒体技术的新宠开始进入基础教育领域,受到越来越多基础教育工作者的关注。将 3D打印技术应用于教育,将会成为一个以“学生为中心”的非常好的应用典范,为教育创新提供一个全新的视角。
(一)国外实践现状
2012 年,奥巴马总统在国情咨文演讲中强调了 3D 打印技术的重要性,并表达了自己对 3D 打印技术的期望。随着可能影响美国未来教育走向的行动计划——STEM教育,被提上政府工作日程,越来越多的学校主动引进 3D 打印机,与高校合作,一起探讨如何通过新技术来吸引学生,投入到科学、技术、工程和数学学习中,成为新一代高级设计师和工程师,在未来国家科技竞争中起到引领作用。
2012 年,英国教育部将 3D 打印列入中小学国家课程表,并向 21 所国立中学的 STEM 和设计课程提供资金资源。2014 年这门课程将正式开始教授,目标为 5 岁以上,14 岁以下的孩子们。明确要求 5 至 7 岁的儿童应学习如何建造模型和改进模型, 11 至 14 岁的学生则将学习使用像 3D 和数字建模这样的高级设计技术。
(二)国内实践现状
南京市秦淮区在基础教育系统开展了 3D 打印技术在教学中应用的研究,成立了研究团队,建立了秦淮区“3D 打印数字坊”,研究基地设在马府街小学。2014 年,南京进一步在 20 所左右的中小学进行 3D 打印课程的实验性应用,并逐步扩大推广。
杭州市的保俶塔实验学校、东城实验学校、采荷三小等也已早在两年前率先开设3D打印课程,并拥有专门的3D打印机房,翠苑三小更是引进了一台巧克力3D打印机,可以直接用巧克力打印出各种模型。
可见,国内对“3D 打印”在教育方面应用的关注度越来越高,全国各地的中小学都开始陆续引进3D打印的课程,并且在逐步的探索与实践中积累经验,开展基础课程建设,培养研究型教师团队。然而,如何发挥3D打印技术的教育价值、培养学生的创新思维、打通孩子们想象-虚拟-现实之间的鸿沟,仍有许多问题值得研究和探讨。
(二)我校的实践现状
我校是杭州经济技术开发区第一个引进3D打印机的学校,目前只有一台桌面级的3D打印机,耗材为pLa塑料。3D打印课程的开设面向“3D智造工作室”社团和模块选修的学生,目前尚没有一套完整的3D打印校本课程,仍属于起步的实验性尝试阶段。由于缺乏一定的理论指导和实践经验,真正以校本课程的形式进入到课程层面,还需要一段探索时间。 二、核心概念的操作定义
3D 打印技术,学名为“快速成型技术”(Rapid Prototype),也称为“增材制造技术”,是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D 打印机与普通打印机工作原理基本相同,打印机内装有液体或粉末等“打印材料”,与电脑连接后,通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物。以制作过程为视角,3D打印需要经历物理对象的设计与构建、打印输出、后期处理三个主要阶段。具体打印流程下图所示。
三、研究指向、内容与过程 (一)研究指向
在“3D 打印”课程中,技术本身可以作为教学目标和学习内容,即要教会学生如何设计、如何建模和如何使用3D打印机。学生在掌握 3D 打印技术的基础上,才可能有效的利用该技术进行问题探究和创意设计。问题探究可能是对一个创意设计的检验,也可能是对某一概念或原理的理解、应用;学生在进行创意设计时,必定会遇到一个又一个新问题亟待解决,可能是技术上的,也可能是概念、原理上的。同时,问题探究和创意设计的过程,也是一个综合利用 3D 打印技术的过程。虽然各个学校都在开设3D打印的学习课程,但是简单
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