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3D打印助力以学习为中心 从教学结构转向学习结构

  智慧教育背景下,教育研究与实践领域在不断探讨如何将以教师教为主的“教学结构”,转变为以学生学为主的“学习结构”,进而真正关注学习者的主观能动性,实现以学习者为中心。从教与学的角度看,3D打印践行的“做中学”和“学中做”教育理念,不仅为变革传统教学结构、改变传统师生关系提供机会,还为师生创设更加自主与真实的学习环境,促进实现以学为主的学习结构提供条件。以教与学的基本形态要素“人、物、事、境、脉”作为分析框架,分析3D打印如何从教与学的不同形态要素出发,助力教学结构向学习结构转型,一方面有助于研究者和实践者建立对3D打印教育价值的清晰认知;另一方面引导他们进一步以3D打印技术为抓手,开展相关教育变革,真正落实“以学习者为中心”的教育理念,实现智慧学习。

  人的视角:融入新型教育理念,塑造新型师生关系

  和教与学直接相关的人主要是教师和学生。3D打印践行的“做中学”和“学中做”理念,使学生能够在融合3D打印的教与学过程中形成“新知需求—新知获取—新知应用—新知迁移—新知再需求”的良性迭代学习循环。在此过程中,学习者不再是知识的被动接受者,而是根据自己的爱好,借助不同学习组织形式、资源内容和表征形式,在自主设计、打印、修正数字原型等学习过程中,自主发现问题、产生学习需求,成为问题探究与解决的知识建构者。教师由知识传授者转变为学习活动的统筹、规划与设计者,发现学习需求、补充学习资源、提供针对性辅导。3D打印具备创设深度参与式学习活动的潜质,为充分发挥学生主体性与塑造新型师生关系提供契机。

  物的视角:提供选择性外部条件,满足个性化需求

  “物”主要指3D打印支持下的教与学行为发生的环境或条件。首先,就过程而言,现存的3D建模软件、打印材料成分、颜色等都有多种类型,学习者可以在按需选择的基础上,自主设计、创造指向目标达成的多样化数字制品原型,最终用3D打印机打印实现。该过程能够为学生选择工具与路径,完成指向目标达成的学习任务提供机会,有利于充分尊重学生的个性化需求。其次,就结果而言,它是师生获得私人订制式教具、学具的重要方式,3D打印制作不仅可以实现快速小规模生产,而且更加忠于师生的真实需求。教师可以将备课灵感借助3D打印快速实现,形成促进学生理解或帮助学生修正设计方案的实体模型,类似数学中的立体几何和双曲线模型、科学课中的火箭和桥梁测试模型等。3D打印过程和结果对教与学的支持,都既有利于满足真实需求,又有利于关注差异与个性,助力实现以学习者为中心。

  事的视角:暗含有序活动序列,实现能力进阶

  “事”指与3D打印相融合的教与学相关事宜。当前,国内外关于3D打印的教育应用虽不丰富,但已有研究几乎都强调以项目化学习为载体,最终都要形成指向真实问题解决的策略、制品或方案,且这些策略、制品或方案的设计思想都会借助3D打印制品进行表征、检验与修订,以确保其有效性。因而,融入3D打印的教与学会主要以打印制品创作为线索展开。创作过程可概括为三个阶段:前期思想构思、中期制品设计、后期制品验证与方案修订。由此可见,融入3D打印的教与学过程,本身暗含有序、连贯且富有层次的活动序列,学生可以自主选择指向目标达成的项目主题,通过教师授导、合作探究等学习方式,在“构思—设计—打印—验证—修正”的迭代循环中,实现问题意识、空间意识、制品设计以及创新、问题解决等多重能力的双向促进与螺旋上升,为创新型和智慧型人才培养创造契机。

  境的视角:创设真实学习情境,促进知识迁移

  “境”指真实世界的情境。3D打印能够将不同学科知识映射于数字原型设计和制品检验与修正等过程中,通过数字原型向实体模型的转换,为学习者提供完整真实的学习体验。3D打印创设的境主要包含两种:一种是真实世界问题情境,即学科知识映射以真实世界为依托的问题情境,旨在帮助学习者建立书本知识与真实世界的关联,进一步体会知识的价值;另一种是真实原型测试情境,即应用3D打印技术将设计的数字原型或方案实现为实体模型,创设制品运行的真实应用情境,以实现数字原型或方案的及时测试、修正与改进,如打印桥梁、火箭实体模型,测试其受重性能、飞行能力等,对设计原型进行修正与改进。这两种情境均立足于真实性,为学习者创建知识应用或知识起源的真实场所,在真实问题解决中,建立知识与真实世界关联的同时,实现知识的应用与迁移。

  脉的视角:形成清晰学习主线,构建完整知能体系

  “脉”指学习内容间的关联。3D打印教育应用以项目化学习为载体,通常涉及科学、数学、技术、艺术、工程等多学科领域知识,不仅是实现跨学科融合教学的有效技术工具,还是形成以制品创作为学习主线的技术载体。在制品创作过程中,3D打印各阶段以串联活动序列的方式将学习内容有效衔接,使学习者在有序的制品创作过程中,厘清知识间的内在逻辑,建立知识的内在关联,将其快速纳入原有认知结构,建立完整知能体系,促进形成面向未来的学习力。

  3D打印能够从助力教与学过程基本形态要素的变革出发,促进教学结构向学习结构转型,后续研究与应用即可立足“人、物、事、境、脉”基本形态要素,探索3D打印之于具体学科的教育价值。

  (作者单位:南京师范大学教育科学学院,本文系“江苏高校优势学科建设工程资助项目”成果)

  《中国教育报》2019年11月28日第7版

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编辑:安然

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