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3D打印教育装备在中小学教育应用的现状和问题分析

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近年来,3D打印教育装备在教育中的应用得到普遍的推广,其教育价值也逐渐凸显,成为培养学生创新意识、创新思维和创新能力的重要载体。从其本身所具有的特点来说,3D打印教育装备具有“所想即所得”的天然优势,能够将学生的创意变成看得见、摸得着的作品,使学生在实践过程中获得成就感、喜悦感,从而激发学生的学习兴趣及内在驱动力。3D打印技术能够实现数学、材料学、物理学、信息技术、艺术设计等多学科的有机融合,是开展STEAM教育或创客教育的有效手段。同时,3D打印技术在工业、建筑、军事、医学等领域均有广泛应用,因此,通过3D打印教育装备可以引导学生由简单的创新设计向更广阔的领域延伸。
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为了深入和全面了解3D打印教育装备在中小学的应用情况,如普及程度、与教育教学结合的具体形态、教学应用方式和应用效果等,教育部教育装备研究与发展中心于2017年对沈阳、武汉、成都、深圳、江门、广州、南京7地的近30所中小学进行了“3D打印教育装备在教育教学中的应用”专项调研。

3D打印教育装备应用现状
随着3D打印技术的进步和成熟,其在各级学校教育教学活动中的应用呈现快速发展趋势。调研发现,大中城市绝大多数中小学校都配备有3D打印机,大部分是和创客实验室结合在一起的,有少部分单独建设3D打印创新(创客)实验室。南京市、广州市是较早开启3D打印教育的地区。各地教育局反映,建设3D打印实验室、开展普惠式教育是他们的强烈愿望,也是广大学生的愿望,不少学校都在未来2~3年内有购置3D打印设备的计划。

从3D打印教育装备的教学应用方式来看,有全班开课、兴趣小组、竞赛小组等多种方式。其中,建设3D打印实验室的学校具备了班级授课的条件,因此班级授课是应用的基本形式。利用3D打印设备组织兴趣小组或社团活动是最主要的教学应用方式。目前3D打印教育还是一种相对精英化和小众化的教育,很多想学习的学生得不到机会,尚未达到普惠的程度。
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从学校实践来看,3D打印教育装备在教学中之所以能够蓬勃发展,最重要的原因是3D打印体现出的现代性、综合性、实践性和创新性的教育价值,这和以往强调知识教育的装备不同,传统教育装备主要用以支撑演示、验证和科学探究,在以信息化和智能化为特征的新时代,科技发展日新月异,需要培养学生的创新精神,才能适应未来的社会发展。3D打印同教育教学的结合形态非常多样化,可以和学校的各项教学活动如学科教学、校本课程、实践活动、科技竞赛等有机融合,这也是其生命力所在。调研中教师们也表示,如果3D打印脱离了校内的课程,其应用范围就会大大受限。

3D打印教育装备在应用中存在的问题
虽然很多中小学购买了3D打印设备,建设了3D打印实验室,但是不少学校还存在“用不了”“用不好”的现象,特别是一些教育欠发达地区的学校,由于3D实验室建好后利用率很低,逐步沦为形象工程。总结起来,可分为以下几方面。
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1.教育理念相对落后
在调研中发现,尽管多数教师对3D打印教育装备进入学校持积极态度,但对如何利用3D打印培养学生创新精神和实践能力缺乏理解,不能在学生发展核心素养背景下深刻认识3D打印课程特有的技术素养、创意素养和数字素养内涵,不能充分理解以3D打印教育装备为代表的现代教育装备可以同学校的课程建设、教育教学深度融合,成为促进和引领课程改革的重要因素,仅仅把3D打印当作一种简单的技术手段。

2.课程指导和教材资源不够完善
目前,3D打印在中小学教育教学中的应用缺少课程标准指导,也缺少针对不同学段科学设计的教材,教师在开展教学时只能依靠国外不成体系的资料或者使用3D打印设备生产厂商提供的教学用书进行使用,导致各地中小学呈现的教学方式五花八门,课程形态多种多样,教学效果良莠不齐。

3.课时安排较为紧张
目前,各级学校开设的3D打印课程一般是作为综合实践活动的组成部分,由于课时受限,在很多学校里3D打印只限于社团活动,成了少数学生的奢侈课程,这与优质教学资源普惠理念背道而驰。


4.师资力量有所欠缺
3D打印作为一门新兴科学技术,融合了信息、机械、物理、材料等跨学科知识内容,存在一定的技术专业门槛。由于我国教师教育长期以来实行单科专业化培养与培训,因此,当3D打印等现代教育装备技术进入教学中时,教师普遍感觉到知识和能力结构不能满足教学需要。特别是3D打印技术与学科的融合非常紧密,这就要求不仅信息技术等专业教师要承担起教学任务,各学科教师也要掌握3D打印技术。目前,3D打印有关的培训多是设备生产商提供的技术培训,真正能够提升专业技术教师和学科骨干教师专业水平的教研培训很少。
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5.经费保障不足
尽管3D打印设备在价格上已经具有优势,但是在很多地区,全面建设仍然有一定的困难,学校在申请时难度较大、周期较长。而且建设费用往往不包含耗材、培训,致使建设之后不能很好发挥作用。

总结和展望
尽管3D打印教育在推进过程中面临师资、课时、教材、场地、资金等各种困难,但是各地都表现了深入推进的积极热情,率先探索3D打印创新教育的学校和师生普遍认可3D打印在提高教学效率、丰富教学手段、满足个性化学习、培养创新能力等方面的教育价值和意义,并将加大投入推动3D打印创新教育的全面普及。

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