3D打印技术对学生科学思维形成及创新能力培养的研究 论文

2022年安徽省中小学教育教学论文3D打印技术对学生科学思维形成及创新能力培养的研究摘要：3D打印技术自2018年引入学校教育教学活动中，在课题组成员孜孜不倦的推广与运用，探究中提升。对学生的影响巨大，让学生进入3D时代，他们在经过一系列培训后，主动探究学习3D技术，表现为想法再现实物，进而是创作阶段，学生时代是一个人思维最活跃时期，他们想创作，运用3D打印技术实现他们所想所思。对学生立体空间认识产生，让学生能更好理解认识空间，感知空间。对学生思维方面影响是非常大，激发学生学习兴趣，让学生运用3D打印技术为实现方法与手段。关键词：3D打印，三维空间，创意设计，创新能力引 2018年开始在学生与教师中推广3D打印技术应用，经历几年探索20203D3Done3Done实现。教师在日常教学中借助于3D打印技术可以把一些抽象的不易讲解清楚让学生体验后，学生理解非常到位，师生均收获多多。3D打印技术是一种实现理想的方法与手段，是一种“工具”，我们让学生掌握这一利器后，为学生打开一扇智慧大门，激发学生积极思考，在学生参加科学小发明时，他们就用了3D打印设计出来物件。一、研究问题：本课题是研究中小学生3D打印设计的创意能力及思维品质。1、3D打印技术这几年在中小学创客教育中表现尤为突出，学生经过一段时间培训，掌握软件的运用后，就会的他们的想法，他们就会想到3D打印技术实现，这一过程实质是提升学生思维的品质，而学生在没有学习运用3D打印技术，他们的想法较为肤浅，仅停留在表层，而学习掌握3D打印技术后，他们能主动运用所学3D打印技术分析解决问题，他们的思维置身于3D环境中，会更进一步去思考，去探究。学生思维12022年安徽省中小学教育教学论文由二维空间转到三维空间，是一个巨大飞跃。2、研究3D打印课程对学生科学思维和创新能力的促进作用。3D打印技术相当于学生前进成长路上一件利器，它打开了另一扇门，让学生思维由二维空间进行三维空间，而这些正是我们成年人丢失的，他们有幸借助于3Done直接拾起来，在培训过程中，我们看到教师学习远不及学生，小学生仅在刚入门时，有点乱，但会马上进入角色，孩子眼中3D世界与我们成人不同，我们非常希望有更多的学生学习3D打印技术，这是激活孩子（人类一种天生本能）空间能力，他们能轻松在3D世界中思考问题，分析解决问题。3、研究能激励学生学习及创新能力的3D打印课程评价方式。我们在探究评价学生学习3D打印评价，走过曲折的路，刚引入时，采取与其他学科类似的方法，后来感觉可能会让学生走入“重复与再现”怪圈中，没有充分考虑3D打印技术的特点，它是一件利器，关键看学生如何运用的，我们先前考虑的仅是一小部分而已，借助于评价机制，引导学生积极思考，如何运用3D打印技术设计作品，从一件小的物件，到大型的组合式3D空间。如何巧妙运用，而不是简单堆砌，根据学生的作品，我们给予一定奖励。二、研究背景2015年8月23日，中共中央政治局常委、国务院总理李克强主持国务院专题讲座，讨论加快发展先进制造与3D打印等问题。随着《国家增材制造产业发展推进计划（2015-20162025》等政策出台，以3D打印技术为代表的新型制造方式被提升到国家战略层面。3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打机上的蓝图变成实物。3D打印带来了全世界性制造业革命，以前是部件设计完全依赖于生产工艺能否实现，而3D打印技术的出现，将会颠覆这一生产思路，任何复杂形状的设计均可以通过3D打印技术来实现，它无需机械加工或模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体，从而极大地所缩短了产品的生产周期，提高了生产率。3D打印技术在本质上是多媒体技术的延伸，是虚拟现实技术的延伸，它拓展了人22022年安徽省中小学教育教学论文的感觉和知觉，促进了人的思维能力的进一步发展。3D打印技术可以给学生的“学习方式”带来新的思考，让抽象的教学概念更加容易理解，可以激发学生对科学、数学尤其是工程和设计创意的兴趣，带来实践与理论、知识与思维、现实与未来三方面的相互结合。但如何将3D打印技术从有限的课堂走向广阔的课外，形成丰富多样的教学方式，寻找创新活动的的途径，培养学生对创新活动的积极情感，有效提高学校教学质量，是当前应该思考的重要内容。基于以上思考，我们提出了本课题。三维空间不仅给我们带来空间上变化，更重要拓展我们的视野，能帮助我们更好分析解决问题，从而更好探索未知的领域，解决更多的问题，是一种质的飞跃。三、研究过程2017年接触3D打印技术，学习3Done软件使用，2018年申报课题，组建研究团队与实验对照学生。为更好进行研究，学校聘请业界名师指导课题组研究。定期召开课题研究组例会，交换信息，分析问题，拟定解决方案。我们首先在师生中宣传发动，让广大师生均对3D打针技术有所了解，对相关教师与爱好者进行培训，组建教师3D技术创意设计团队，并让参与同仁把所掌握3D打印知识运用各自学科教育教学中。语文教师设计出赵州桥的模型，让学生体验，学生理解并感知“桥墩”的作用，理解“桥面很薄，能承受力不太大，所受到的压力均分解3D打印创意设计社团，利用课余时间及社团活动时间进行3D打印相关知识学习，培训学习使用3Done软件，学生经过一两次培训后就开始设计3D作品。我们发现教师学习软件与理解认识3D打印技术均很快，但在创意设计方面有所不足，往往他们有想法但很难用3Done软件设计出来。而学生刚接触软件时，学习成效不是很突出，但他们理解掌握3Done软件后，就能设计出一些作品。学生团队的建设与培训是我们研究重点，我们采取分阶段培训与提升，首先是基础阶段，任务是理解3D相关知识与学习3Done软件使用，主要是招收三年级及以下学生，也包括高年级喜欢3D创意设计的学生在内，利用社团活动时间进行培训，大约进行约20到30课时，期间学生运用所学在现实物，部分学生在此阶段就开始创意设计，运用所学把他们奇思妙想用3Done设计出来，分享给大家。第二阶段是改造“实理解体验3D相关知识，熟练使用3Done软件。第三阶段是提升拓展阶段，学生熟练掌32022年安徽省中小学教育教学论文握3Done软件使用，同时又具备较好的3D方面知识与技能，引导学生进行创意设计，可以在现有实物基础上进一步升级改造，凭借个人理解设计出相关的作品，例如刘某有理论依据的，不过要在现实中实现是有一定的困难，而学生运用3Done就轻松实现了，从此件作品中我们看到学生脑洞大开的想法，天马行空的无拘无束的思维。学生设计出台灯，2020年学生设计出防护功能齐全的消毒用具等等，这些作品虽有一点幼稚，但也看到学生深思熟虑，在设计制作过程达到启迪学生开发学生智慧，让学生梦想腾飞的目的。2020年暑期上级组织专家结题考察。考察后，一致认为：课题组研究达到预期目标，可以结题；同时对课题组提出希望：课题结题不是研究的结束，只是下一阶段的开始，应当让3D打印技术更深入学生的学习，更好地启发学生。四、研究发现与结论3D打印技术对开拓学生的思维的非常好效能，激发学生思维，放飞学生自我，不再受到课本束缚。学生对空间认识更准确到位。学生在设计创作作品时，思考许多问题，方方面面都要考虑，实质是培养学生综合运用各科知识的能力，例如，设计未来生活，如何让我们未来生活更“绿色”更“环保”呢，他们想到时少用电，如何让生活中能发电，如风力发电，沼气发电，生活中水如何更充分使用等等。学生思维由日常的二维空间发展到时三维空间，另一方面我们发现孩子学习掌握比成人快，这与孩子与生俱来天性有关，我们在成长发展过程中丢掉了许多，如人类天生游泳能力，我们认为3D立体空间感知也一样，学生在学习时自觉搭建组合，而同期学习的教师则都没有这样认识，仅有数学教师与物理教师在方面略微好点。所以我们研究认为，3D打印技术是一种方法，是一种手段，促进学生对三维空间感知理解认识，他们的思维由二维进行三维，开拓思路，拓展视野，激发学生的探索精神。二是人类这种认识会随着年龄增长有所减少，若利用学生时代学习3D打印技术则利于日后学习工作。三是学生学习3D打印技术，进行创意设计等是占用学生有限的时间，但一定会促进学生成绩的提高，几位佼佼者都是学习成绩高手，是学霸级的学生。42022年安徽省中小学教育教学论文五、分析和讨论3D打印技术对于开拓学生的思维，启发学生的创新思考有积极的意义，但目前对于基层学校而言，若非有专项资金解决问题，学生难以实现，因为3D打印技术应用是学生把他们头脑思考的结果展示出来的，是一个具体化的过程，实现思维突破的过程，但这一过程中所涉及3D打印机与耗材，是难以承受。另一方面是上级主管部门对学校对学生考核时是否能与时俱进，更深入考察学生的能力发展情况，我们经常遇到尴尬的事，学员有时难以参加培训，是因为他们要完成一堆作业。每当他们在培训或者社团活动时被请走，离开活动室那瞬间，那眼神我难以忘怀，是多么困难。六、3D打印社团培训所带来的新气象我们在培训学生的时候，也在关注学生文化课成绩变化，不能因学习3D打印技术而耽误学生文化课学习，我们对学生参加社团时的文化课成绩进行登记，经过一段时间培训学习，现看看这些学生成绩变化，主要是考察学生成绩相对成绩也就是名次，还有就是绝对成绩也就是考试成绩分数，三是考察学生对文化课学习态度与情怀是否正向变化，实验结果是都是正向发展，因学生要参加社团活动，他们务必认真完成各科书面作业，提高作业质量，提高学习质量，同时由于学生思维由二维空间进行三维空间，学生思考分析问