儿童教育应用3D打印技术实践

摘要：信息技术飞速发展，在教育领域得到了广泛的应用。本文从儿童视角出发，以智慧教育理念为抓手，通过对幼儿园3D打印技术的应用与实践进行分析，以期在此基础上将智慧教育理念在实践中不断落实与调整，从而探索儿童3D打印活动的实践路径。

关键词：智慧教育理念；儿童；3D打印；创新；实践

2014年，国务院推出“3D打印创新教育播种”计划，意在为学生的创新创造提供良好的氛围，以培养其“创客”精神和提升其“创客”能力[1]。从国际到国内，3D 打印技术应用已经成为各界研究的焦点[2]。随着该技术的不断发展，近几年也逐渐开始应用于教育领域。智慧教育理念以学生为中心，关键在于激发学生主观能动性，学生不再一味地被灌输知识，而是更加主动地学、更有效地练，从而提升自主学习能力和语言综合应用能力。在儿童3D打印活动中，教师如何进行有效指导，如何提供多元支持？如何在智慧教育理念下实施3D打印活动？这些问题都是非常值得研究讨论的。本文以儿童为中心，将智慧教育理念运用于3D打印活动中，并在智慧教育理念的指导下，探索儿童3D打印活动的实践路径，以求更加有效地提升活动的趣味性、有效性、科学性。

二、研究相关述评

（一）智慧教育

智慧教育的研究主要分为两个方面。一方面是依托于大数据、物联网、云计算基础之上的智能化教育，注重教育技术功能性方面，是教育系统的信息化改革和资源的网络化支持；另一方面是指培养学生智慧的教育[3]。祝智庭认为：通过构建智慧学习环境，运用智慧教学法，促进学习者进行智慧学习，从而提升成才期望，即培养具有高智能和创造力的人，利用适当的技术智慧地参与各种实践活动并不断创造智慧和价值，实现对学习环境、生活环境和工作环境灵巧机敏的适应、塑造和选择[4]。

智慧教育理念则是指利用智能化技术构建与学科融合的智能化环境，让师生施展灵巧的教与学方法，从而培养新世纪智慧型人才的一种教育理念[5]。智慧教育理念是全面、多元的，重点强调将智能技术与教学活动相融合，从而培养幼儿的主观能动性，发展幼儿的创新能力。与此同时，以智慧教育理念为抓手，依托信息技术，能更加有利于激发幼儿学习兴趣，促进幼儿全面发展。

（二）3D打印

3D打印是指利用塑料或树脂等可粘连的原料进行层层打印形成物件的增材制造技术[6]。它是一种新型快速成型技术，其原理是先将实体模型分为若干薄层，每次打印材料生成一个薄层，通过塑料或粉末状金属等可黏合材料，层层叠加生成物体[7]。时至今日，3D打印技术已经经历过了30余年，尤其最近十年3D打印技术发展更是进入快车道，对各行各业都产生了影响。

近年来，我国积极推进3D打印技术在教育领域的应用，并逐步受到了越来越多的关注。许多省市中小学、幼儿园开始积极尝试和开展3D打印活动。这些活动在幼儿园的开展，潜移默化地激发了幼儿的创新潜能，培养了创新能力。

三、理论依据

（一）建构主义理论

“情境、协作、会话和意义建构”是建构主义的关键思想，学生要想在学习上有所收获，就需要依靠特定的学习环境。通过教师的引导、班级成员的协作，借助学习资源，再通过意义建构才可以得到[8]。教师在组织开展3D打印活动中，应成为幼儿的支持者、合作者、引导者。在智慧教育理念下，借助信息技术为幼儿提供游戏化学习环境，引导幼儿结合现有的知识与经验，充分发挥主观能动性和创造性，实现知识经验的建构。

（二）多元智能理论

美国哈佛大学的霍华德·加德纳教授提出了新的智能概念，多元智能理论所倡导的教育理念是：以帮助孩子找到一个可以尽情施展才能的地方为最有用的教育方法。在智慧教育理念指导下开展儿童3D打印活动，可以让活动更有趣味性，通过引导幼儿自由创作，能够发展幼儿的语言智能、空间智能、人际交往智能等，让幼儿在愉悦体验的同时身心得以全面发展。

（三）从做中学理论

杜威認为，教学过程实际上就是实践的过程，要注重培养学生的动手实践能力。在项目开展的过程中，学生遇到问题的时候，需要设计解决问题的方案并进行实践，这个过程能使学生丰富自己的知识、经验。在幼儿3D打印自由创作过程中，引导幼儿在教师创设的情境中，运用自己的已有知识经验解决问题，是一种真实且有意义的“做中学”，能够培养幼儿发现问题、解决问题的能力，提升幼儿的动手能力和创造能力。

四、智慧教育理念下儿童3D打印活动实践路径

随着冬奥会的举办，经常在班上能听到幼儿在讨论自己拥有的“冰墩墩”，借此机会笔者开展了“冰墩墩”为主题的活动。2022年北京冬奥会，以世界熟知的中国国宝大熊猫为原型的“冰墩墩”是本次冬奥会的吉祥物，外形友好、温暖、可爱，深受国内外的喜爱。例：“冰墩墩”被一抢而空，孩子们想DIY属于自己的“冰墩墩”。结合冬奥会的开展，本研究以“3D打印冰墩墩”为例，尝试探索3D打印活动开展的活动路径。这不仅是一次动手动脑的手工制作过程，更能让幼儿在潜移默化中了解冬奥会，感受奥运精神，增强民族自豪感和归属感。同时，能让幼儿热爱科学，喜欢探究，对自己感兴趣的事情充满好奇。广州市人民政府机关幼儿园以信息技术为特色课程之一，近几年，幼儿园在政策引领及专家团队的指导下，全面推进信息技术应用能力提升2.0工程。本次活动将以信息技术为抓手，以微能力点C4支持学习创造性学习与表达为指引，以儿童视角为中心，用行动研究的方式，探索智慧教育理念下儿童3D打印活动应用与的实践路径。

（一）行动研究一——可视“墩墩”初体验

本次活动中，围绕“四化两创造”进行3D打印冰墩墩活动的初步展开。首先，在活动前通过微信班群布置小任务，邀请家长和幼儿在网上查阅冰墩墩的相关资料与图片。尝试用不同材料，不同形式进行创作，并将完成的作品拍照，或录制制作过程的视频上传班群。同时创设机会，引导幼儿多样化自己学习与思考的结果，达到资源、成果的共享化。然后利用午餐前后或放学前谈话时间邀请幼儿分享自己的创作过程，录制微视频发放班群，引导幼儿和家长对所有作品进行评价和投票，以此增强学生真实化体验。其次，在活动中邀请幼儿欣赏亲自创作的冰墩墩，并展示各种形态冰墩墩图片。很多小朋友在活动前积极参与查阅资料，加上对多种形式作品的欣赏，已对冰墩墩有些许了解。活动中冰墩墩图片的引入，更是吸引了幼儿的兴趣。此外，结合视频《冰墩墩是如何设计出来的》，将幼儿自己已经了解到的冰墩墩小知识与视频中的内容相融合，充分调动幼儿多感官参与，让幼儿更好地理解奥运会吉祥物冰墩墩是如何设计出来的。以此丰富幼儿经验，发展幼儿创造性思维，激发创造潜能。最后，向幼儿介绍本次活动需要的基本材料，3D打印笔，垫板，耗材等，并重点说明3D笔正确操作流程及注意事项，辅助幼儿利用3D打印笔进行自由创作。3D打印既可以是平面的，也可以是立体的。在本次活动中，由于幼儿直接接触3D打印活动较少，教师根据幼儿能力不同分层指导，能力较强的幼儿可以直接绘制打印冰墩墩；能力偏弱的幼儿可借助冰墩墩的图片底板辅助打印。活动结束后，教师对本次活动反思发现，大部分幼儿并没有将冰墩墩的特色凸显出来，只是进行了冰墩墩基本形状的打印。

（二）行动研究二——智能技术助创作

通过对第一轮活动的分析、反思，发现幼儿对冰墩墩的认知各不相同，导致呈现的作品难以突出特色。为此，教师进一步调整方案，将智能技术与3D打印活动更好地融合起来，以激发幼儿创造力和想象力，帮助幼儿更好地理解冰墩墩的突出特征。在智慧教育理念下，创设智慧教育环境，能给予幼儿多元支持，将幼儿的学习过程与结果可视化、共享化。先以软件希沃白板5.0为例，引导幼儿了解并认识思维导图，使幼儿直观感受，更深入、细致地观察，共同绘制“冰墩墩”思维导图。在这个过程中，幼儿将观察到的冰墩墩组成部分、特征及颜色等，做成可视化思维导图，能帮助幼儿以多种形式外化自己的思考。相比第一轮，本次活动幼儿能够更加顺利地打印，冰墩墩的形态也更加形象。幼儿根据已有的图形模板进行打印，或是根据自己的喜好，自主设计创作冰墩墩。同时，教师引导一些能力较强的幼儿直接在垫板上绘制冰墩墩，能力中等的幼儿则借助一定的辅助材料先将冰墩墩的轮廓绘制好，再将辅助材料撤离，而能力偏弱的幼儿则可以借助图片继续绘制平面的冰墩墩。通过教师对不同层次幼儿的进行个别化指导，每位幼儿都能在原有基础上获得了提高，并体验到成功的快乐。活动后利用平板电脑及时拍摄上传幼儿作品，创造机会，给予幼儿交流的平台，让每个幼儿都有表现自己的机会，分享交流自己的作品和创作过程。培养幼儿自信心的同时，引导幼儿互相欣赏评价作品，并进行投票。

（三）行动研究三——多元支持促探究

通过之前两轮的实践，幼儿自主想象、设计，并将其制作出来，这个从无到有的过程，一定程度上提升了幼儿的想象力、创造力和动手能力，也让幼儿在活动中 “会学、会玩、会制作”，有效地促进了幼儿各方面能力的提高。但是，幼儿独立、自主创作依然是最需要关注的部分。本次活动将结合“四化两创造”，重点介绍如何将幼儿最关注的问题——冰墩墩从平面到立体的转变，变成具体可操作的实践过程。

3D打印分为平面打印和立体打印，立体打印对于幼儿来说可能有一定的难度。于是我们邀请幼儿将自己家里不同形式的冰墩墩作品带回幼儿园与小朋友分享，通过真实化、可视化实物丰富幼儿感知体验，让幼儿初步具有“物”的概念。其次，借助VR技术，让幼儿全面观察立体冰墩墩的形态。幼儿结合自己的想法，尝试利用不同材料辅助3D打印。通过“计划——工作——回顾”循环，幼儿选择利用椭圆形物体和轻黏土做冰墩墩的身体，将轻黏土与3D打印相融合，进而实现了平面到立体的转变，极大地激发了幼儿的兴趣和创造潜能，并真实感受到了平面与立体之间的空间关系。教师在活动中及时捕捉幼儿精彩瞬间，将此作为幼儿活动结束后反思回顾的重点，将真实化、可视化的学习过程与结果共享，以支持幼儿在活动后的多样化学习与表达。

综上，通过三轮活动不断反思改进，本研究初步完成了智慧教育理念下儿童3D打印技术的探索路径，并逐渐得以完善。伴随着智慧教育理念的发展，社会对促进幼儿全面发展的重视程度逐渐提高，对教师的要求也在不断地提高。在智慧教育理念下开展儿童3D打印活动相比传统教学来说，一方面教师的教学过程更加轻松愉悦，教学手段更加丰富，教学能力得以提升；另一方面可以给予幼儿更多发挥的空间和更多元的支持，丰富幼儿的想象力和创造力，让幼儿在3D打印過程中，发现美、感受美，进而用自己的方式表现美和创造美。

该路径的特色主要体现在：首先，路径的探索是在智慧教育理念的指引下，结合建构主义理论、多元智能理论、从做中学理论等理论进行分析探究，以理论指导三轮实践活动的组织开展。其次，路径的探索中以问题式学习为主，将智慧教育理念与儿童3D打印活动相融合，激发幼儿兴趣，引导幼儿更加主动地学与做。

五、智慧教育理念下儿童3D打印实践反思

（一）创设环境，打造创作空间

创设环境是开展儿童3D打印活动的重要环节。活动前教师需做好物质环境和心理环境的创设。首先，物质环境。物质环境包括材料准备和环境布置。在3D打印材料的选择上，在幼儿园的大力支持下购买了创客小型3D激光打印机，以及幼儿自己可以参与操作的3D打印笔、耗材、垫板等。环境布置方面，不需要过多的物质装饰，只需要在打造创作空间中强调幼儿的参与和互动。其次，心理环境。儿童3D打印过程是一个幼儿主导、教师引导的过程，教师要充分发挥自身的引导作用，根据幼儿可以接受的方式向幼儿示范展示，充分激发幼儿对3D打印活动的兴趣。

其次，对于幼儿来说3D打印是一种新的操作体验，在激发幼儿兴趣的同时能够充分调动幼儿的想象力，激发幼儿的创造潜能。幼儿利用普通的画笔画出来的画都是平面的，但是3D打印不仅是可以平面打印，还可以实现从平面到立体的转变，能够让幼儿更加直观地感受。其次在日常建构区的搭建活动中，幼儿的作品不能被完整保存下来，只能以照片形式进行保存展示。但是3D打印正好可以将幼儿搭建出的物体，进行完整地保存。因此，教师在创作空间时要为幼儿搭建展示平台，将幼儿日常的作品进行展示。同时，利用信息技术将幼儿创作的过程进行即时拍摄记录，制作成二维码投放在区域，并引导幼儿实时进行互动，不断丰富幼儿的知识经验。

（二）转变观念，理论指导实践

在儿童3D打印活动中从确定主题，到平面打印，再到材料辅助立体打印，这是一个循序渐进的过程。目前，对于在智慧教育理念大环境下开展儿童3D打印活动的研究较少。在幼儿园，教师们能够充分意识到开展3D打印活动对于幼儿的重要性，但是对于智慧教育理念下如何有效引导幼儿，如何组织开展，如何多元评价还有些欠缺。教师首先要转变观念，除了在实践操作中尝试探索，还要有更加丰富的相关理论知识支撑。只有理论知识更扎实了，在理论的指导下，才可以更加理解智慧教育理念在儿童3D打印活动中的意义和价值。才能更好地在智慧教育理念指导下，进一步有效指导3D活动的组织开展。

（三）提供平台，丰富活动主题

儿童3D打印的主题是开展活动最重要的部分，主题的引发、开展、延伸，这些环节相对比较简单，且完全是教师根据幼儿的兴趣进行的，幼儿将自己好奇的问题，感兴趣的事物在教师的引导下进行分享交流，最终确定主题。教师可以通过线上、线下相结合的方式将幼儿的创作进行即时反馈，请幼儿把3D打印的乐趣带到家里与家长一起分享，丰富幼儿经验的同时让家长感受3D打印的魅力。其次，邀请家长一起加入，和幼儿以小组形式进行，这能更加丰富主题，促进幼儿与家长之家的亲子互动和情感沟通。

六、结束语

总之，智慧教育理念下儿童3D打印技术的应用，要始终以智慧教育理念为抓手，融合多种教育资源，形成教育合力，才能进一步促进智慧教育的纵深发展。

作者单位：吴亚琴 广州市人民政府机关幼儿园

参  考  文  献

[1]周路菡.教育成为3D打印新蓝海[J].新经济导刊，2015（08）：65-69

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[4]祝智庭，贺斌.智慧教育：教育信息化的新境界[J].电化教育研究，2012，33（12）：5-13.

[5] 朱求胜.基于常态课表的中职校本资源库应用系统设计[J].中国职业技术教育，2018（11）：79-83.

[6] DIMITROY D，SCHREVE K，BEER N D .Advances in Three Dimensional Printing-state of the Art and Future Perspectives [J].Rapid Prototyping Journal（S1355-2546），2006，12（3）：136- 147.

[7]王娟，吴永和，段晔.3D打印技术教育应用创新透视[J].現代远程教育研究，2015（01）：62-71.

[8]何克抗.建构主义──革新传统教学的理论基础：上[J].电化教育研究，1997（03）：3-9.