3D打印教育裝備在中小學(xué)教育應(yīng)用的現(xiàn)狀和問(wèn)題分析

近年來(lái)，3D打印教育裝備在教育中的應(yīng)用得到普遍的推廣，其教育價(jià)值也逐漸凸顯，成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的重要載體。從其本身所具有的特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，3D打印教育裝備具有“所想即所得”的天然優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)�學(xué)生的創(chuàng)意變成看得見(jiàn)、摸得著的作品，使學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中獲得成就感、喜悅感，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力。3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)學(xué)、材料學(xué)、物理學(xué)、信息技術(shù)、藝術(shù)設(shè)計(jì)等多學(xué)科的有機(jī)融合，是開(kāi)展STEAM教育或創(chuàng)客教育的有效手段。同時(shí)，3D打印技術(shù)在工業(yè)、建筑、軍事、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，因此，通過(guò)3D打印教育裝備可以引導(dǎo)學(xué)生由簡(jiǎn)單的創(chuàng)新設(shè)計(jì)向更廣闊的領(lǐng)域延伸。

為了深入和全面了解3D打印教育裝備在中小學(xué)的應(yīng)用情況，如普及程度、與教育教學(xué)結(jié)合的具體形態(tài)、教學(xué)應(yīng)用方式和應(yīng)用效果等，教育部教育裝備研究與發(fā)展中心于2017年對(duì)沈陽(yáng)、武漢、成都、深圳、江門(mén)、廣州、南京7地的近30所中小學(xué)進(jìn)行了“3D打印教育裝備在教育教學(xué)中的應(yīng)用”專(zhuān)項(xiàng)調(diào)研。

3D打印教育裝備應(yīng)用現(xiàn)狀
隨著3D打印技術(shù)的進(jìn)步和成熟，其在各級(jí)學(xué)校教育教學(xué)活動(dòng)中的應(yīng)用呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢(shì)。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大中城市絕大多數(shù)中小學(xué)校都配備有3D打印機(jī)，大部分是和創(chuàng)客實(shí)驗(yàn)室結(jié)合在一起的，有少部分單獨(dú)建設(shè)3D打印創(chuàng)新(創(chuàng)客)實(shí)驗(yàn)室。南京市、廣州市是較早開(kāi)啟3D打印教育的地區(qū)。各地教育局反映，建設(shè)3D打印實(shí)驗(yàn)室、開(kāi)展普惠式教育是他們的強(qiáng)烈愿望，也是廣大學(xué)生的愿望，不少學(xué)校都在未來(lái)2～3年內(nèi)有購(gòu)置3D打印設(shè)備的計(jì)劃。

從3D打印教育裝備的教學(xué)應(yīng)用方式來(lái)看，有全班開(kāi)課、興趣小組、競(jìng)賽小組等多種方式。其中，建設(shè)3D打印實(shí)驗(yàn)室的學(xué)校具備了班級(jí)授課的條件，因此班級(jí)授課是應(yīng)用的基本形式。利用3D打印設(shè)備組織興趣小組或社團(tuán)活動(dòng)是最主要的教學(xué)應(yīng)用方式。目前3D打印教育還是一種相對(duì)精英化和小眾化的教育，很多想學(xué)習(xí)的學(xué)生得不到機(jī)會(huì)，尚未達(dá)到普惠的程度。

從學(xué)校實(shí)踐來(lái)看，3D打印教育裝備在教學(xué)中之所以能夠蓬勃發(fā)展，最重要的原因是3D打印體現(xiàn)出的現(xiàn)代性、綜合性、實(shí)踐性和創(chuàng)新性的教育價(jià)值，這和以往強(qiáng)調(diào)知識(shí)教育的裝備不同，傳統(tǒng)教育裝備主要用以支撐演示、驗(yàn)證和科學(xué)探究，在以信息化和智能化為特征的新時(shí)代，科技發(fā)展日新月異，需要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，才能適應(yīng)未來(lái)的社會(huì)發(fā)展。3D打印同教育教學(xué)的結(jié)合形態(tài)非常多樣化，可以和學(xué)校的各項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)如學(xué)科教學(xué)、校本課程、實(shí)踐活動(dòng)、科技競(jìng)賽等有機(jī)融合，這也是其生命力所在。調(diào)研中教師們也表示，如果3D打印脫離了校內(nèi)的課程，其應(yīng)用范圍就會(huì)大大受限。

3D打印教育裝備在應(yīng)用中存在的問(wèn)題
雖然很多中小學(xué)購(gòu)買(mǎi)了3D打印設(shè)備，建設(shè)了3D打印實(shí)驗(yàn)室，但是不少學(xué)校還存在“用不了”“用不好”的現(xiàn)象，特別是一些教育欠發(fā)達(dá)地區(qū)的學(xué)校，由于3D實(shí)驗(yàn)室建好后利用率很低，逐步淪為形象工程。總結(jié)起來(lái)，可分為以下幾方面。

1.教育理念相對(duì)落后
在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，盡管多數(shù)教師對(duì)3D打印教育裝備進(jìn)入學(xué)校持積極態(tài)度，但對(duì)如何利用3D打印培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力缺乏理解，不能在學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)背景下深刻認(rèn)識(shí)3D打印課程特有的技術(shù)素養(yǎng)、創(chuàng)意素養(yǎng)和數(shù)字素養(yǎng)內(nèi)涵，不能充分理解以3D打印教育裝備為代表的現(xiàn)代教育裝備可以同學(xué)校的課程建設(shè)、教育教學(xué)深度融合，成為促進(jìn)和引領(lǐng)課程改革的重要因素，僅僅把3D打印當(dāng)作一種簡(jiǎn)單的技術(shù)手段。

2.課程指導(dǎo)和教材資源不夠完善
目前，3D打印在中小學(xué)教育教學(xué)中的應(yīng)用缺少課程標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)，也缺少針對(duì)不同學(xué)段科學(xué)設(shè)計(jì)的教材，教師在開(kāi)展教學(xué)時(shí)只能依靠國(guó)外不成體系的資料或者使用3D打印設(shè)備生產(chǎn)廠商提供的教學(xué)用書(shū)進(jìn)行使用，導(dǎo)致各地中小學(xué)呈現(xiàn)的教學(xué)方式五花八門(mén)，課程形態(tài)多種多樣，教學(xué)效果良莠不齊。

3.課時(shí)安排較為緊張
目前，各級(jí)學(xué)校開(kāi)設(shè)的3D打印課程一般是作為綜合實(shí)踐活動(dòng)的組成部分，由于課時(shí)受限，在很多學(xué)校里3D打印只限于社團(tuán)活動(dòng)，成了少數(shù)學(xué)生的奢侈課程，這與優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源普惠理念背道而馳。


4.師資力量有所欠缺
3D打印作為一門(mén)新興科學(xué)技術(shù)，融合了信息、機(jī)械、物理、材料等跨學(xué)科知識(shí)內(nèi)容，存在一定的技術(shù)專(zhuān)業(yè)門(mén)檻。由于我國(guó)教師教育長(zhǎng)期以來(lái)實(shí)行單科專(zhuān)業(yè)化培養(yǎng)與培訓(xùn)，因此，當(dāng)3D打印等現(xiàn)代教育裝備技術(shù)進(jìn)入教學(xué)中時(shí)，教師普遍感覺(jué)到知識(shí)和能力結(jié)構(gòu)不能滿足教學(xué)需要。特別是3D打印技術(shù)與學(xué)科的融合非常緊密，這就要求不僅信息技術(shù)等專(zhuān)業(yè)教師要承擔(dān)起教學(xué)任務(wù)，各學(xué)科教師也要掌握3D打印技術(shù)。目前，3D打印有關(guān)的培訓(xùn)多是設(shè)備生產(chǎn)商提供的技術(shù)培訓(xùn)，真正能夠提升專(zhuān)業(yè)技術(shù)教師和學(xué)科骨干教師專(zhuān)業(yè)水平的教研培訓(xùn)很少。

5.經(jīng)費(fèi)保障不足
盡管3D打印設(shè)備在價(jià)格上已經(jīng)具有優(yōu)勢(shì)，但是在很多地區(qū)，全面建設(shè)仍然有一定的困難，學(xué)校在申請(qǐng)時(shí)難度較大、周期較長(zhǎng)。而且建設(shè)費(fèi)用往往不包含耗材、培訓(xùn)，致使建設(shè)之后不能很好發(fā)揮作用。

總結(jié)和展望
盡管3D打印教育在推進(jìn)過(guò)程中面臨師資、課時(shí)、教材、場(chǎng)地、資金等各種困難，但是各地都表現(xiàn)了深入推進(jìn)的積極熱情，率先探索3D打印創(chuàng)新教育的學(xué)校和師生普遍認(rèn)可3D打印在提高教學(xué)效率、豐富教學(xué)手段、滿足個(gè)性化學(xué)習(xí)、培養(yǎng)創(chuàng)新能力等方面的教育價(jià)值和意義，并將加大投入推動(dòng)3D打印創(chuàng)新教育的全面普及。