3D 打印融入中小学 STEM 教育项目的设计与教学.pdf

第 14 卷 第 4 期 Vol. 14， No. 4 2017 年 8 月 Journal of Schooling Studies Aug. 2017 3D 打印融入中小学 STEM 教育项目的设计与教学 ——从国外融入 3D 打印的典型 STEM 教育项目谈起 1 1 2 首　新 ，胡卫平 ，刘　斌 （1.陕西师范大学 现代教学技术教育部重点实验室，陕西 西安 710062； 2.陕西师范大学 教育学院，陕西 西安 710062） 摘　要：3D 打印融入 STEM 教育项目近年来受到国内外研究者的普遍关注。但是，有关现有 STEM 教育 项目整合 3D 打印之后，如何改进设计和教学，还存在一些争议和质疑。本文在探析国外典型项目、追踪文献 结果的基础上，探讨了 3D 打印融入中小学 STEM 教育项目的设计理论、设计要点、以及教学理念、实施过程等； 并据此构建了我国中小学融入 3D 打印的 STEM 教育项目的顶层框架，以期从理论与实践两个层面厘清融入 3D 打印的 STEM 教育项目设计与教学思路，从而为我国发展该类教育项目提供一定的参考。 关键词：3D 打印；STEM 教育；项目设计；教学设计 中图分类号：G434　 文献标识码：A doi:10.3969/j.issn.1005-2232.2017.04.008 3D 打印又称增量制造（Additive Manufacturing, AM），可指任何打印三维物体的过程，其原理是基 于对3D 模型的三维扫描而进行逐层分割，并将逐层分割的薄片通过塑料或金属粉末等可粘合材料层 层堆积打印出来。由于技术的发展，3D 打印在工业制造、医药、建筑、生物科技、服装等领域已有广 泛应用。 3D 打印也融入了教育领域，推进了数字制造与 STEM 教育的融合发展 [1] 。埃尔文（Irwin，2014）认 为，3D 打印带来了 STEM 教育前所未有的“变革”，特别是开源的、DIY 的 RepRap 3D 打印机①广泛运用 于 STEM 学习活动中，学生在 STEM 课堂中探索3D 打印的应用潜力，如设计制作物体模型、绘制地形 图、制造零部件等[2] 。通过体验这些活动，学生对概念的理解、创造力、问题解决能力等都有所提升， 并且其对信息化社会的适应力也有增加 [3] 。目前，融入3D 打印的 STEM 教育项目已成为 STEM 教育创 收稿日期：2017-05-30 基金项目：陕西省重点科技创新团队项目 ( 项目编号：2014KTC-18)；中央高校基本科研业务费专项资助项目“基于项目的 STEM 学习国际比较研究”（项目编号：2016CBY017）; 北京师范大学中国基础教育质量监测协同创新中心研究生自主课题 资助（项目编号：SXSP-2016A2-15001）。 作者简介：首新，陕西师范大学现代教学技术教育部重点实验室博士研究生；胡卫平，陕西师范大学现代教学技术教育部 重点实验室教授，博士生导师；刘斌，陕西师范大学教育学院博士研究生。 通讯作者：胡卫平，Email：weipinghu@163.com ① RepRap是Replicating Rapid-prototyper的缩写，意指快速复制原型。RepRap能够通过复制和组装其自身的塑料部件实现自我复制，是“技 术免费”的廉价3D打印机，其开源特性意味着任何人都可以自由的改进和制造满足个性需求的RepRap-3D打印机。由于上述优点，它很快 引起了教育界的关注，成为中小学实施STEM教育的新型工具。 68 首　新，等.3D打印融入中小学STEM教育项目的设计与教学 新发展的重要形式。 一、研究背景 我国对发展先进制造与3D 打印技术的重视也激发了3D 打印融入教育领域，据笔者了解和一些报 道所见，在馆校结合、公司拉动、技术完善、教研创新等众多因素的驱动下，融入3D 打印的 STEM 教育 项目呈蓬勃发展之势，如开发校本课程，编写中小学适用的教材，基于3D 打印 STEM 教育项目创新人 才培养模式，建设课程内容、资源