基于“逆向思維學(xué)習(xí)過(guò)程模型”的3D打印教學(xué)研究

孔靜潔

摘要：隨著中外教育界的交流溝通，越來(lái)越多的國(guó)外先進(jìn)教育理論被我國(guó)教育界吸收運(yùn)用，其中逆向思維學(xué)習(xí)的過(guò)程模型就是由國(guó)外引入的一種較為新型的學(xué)習(xí)方式，此種學(xué)習(xí)方式變學(xué)生的被動(dòng)接受為主動(dòng)設(shè)計(jì)，改變了過(guò)去教師在教授新知識(shí)時(shí)直接講授的方式，而是讓學(xué)生自主嘗試設(shè)計(jì)，在嘗試設(shè)計(jì)中探索知識(shí)，增強(qiáng)動(dòng)手能力。本文論述了逆向思維學(xué)習(xí)過(guò)程模型在3D打印教學(xué)中的可行性及具體應(yīng)用，明確了該模型對(duì)3D打印教學(xué)的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：逆向思維學(xué)習(xí)過(guò)程模型；六步半；實(shí)踐；創(chuàng)新

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2017）23-0043-03

● 引言

3D打印是以3D數(shù)字建模為基礎(chǔ)，以可高溫溶解的可黏合材料為原料，通過(guò)逐層打印構(gòu)造物體的快速成型技術(shù)。3D打印憑借著材料的多樣性，目前已應(yīng)用到了珠寶、鞋類(lèi)、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、醫(yī)療等領(lǐng)域，同時(shí)也讓教育行業(yè)的引入成為可能。據(jù)了解，在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的很多中小學(xué)甚至幼兒園都早已開(kāi)設(shè)了3D打印課程，對(duì)青少年進(jìn)行3D打印創(chuàng)新意識(shí)、技術(shù)手段的培養(yǎng)，3D打印已成為“美國(guó)智造”的有力手段。3D打印技術(shù)可以讓抽象的教學(xué)概念更加容易理解，可以使學(xué)生在現(xiàn)實(shí)中抓住靈感驗(yàn)證想法并證明理論、直觀生動(dòng)的構(gòu)建空間及創(chuàng)造能力，打破創(chuàng)新之路上的障礙，提升學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。在我國(guó)，隨著“大眾創(chuàng)業(yè)，萬(wàn)眾創(chuàng)新”號(hào)角的吹響，作為創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)標(biāo)志性成果的3D打印課程也備受學(xué)校青睞，隨著3D打印技術(shù)走進(jìn)尋常課堂，如何上好一堂3D打印課是教師關(guān)注的重中之重。下面，筆者結(jié)合3D打印技術(shù)特征，探討逆向思維學(xué)習(xí)過(guò)程模型在3D打印教學(xué)中的應(yīng)用。

● 逆向思維學(xué)習(xí)過(guò)程模型在3D打印教學(xué)中的可行性分析

3D打印課程是以3D設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的一門(mén)綜合性課程，為什么說(shuō)它是綜合性課程呢？因?yàn)橐粋€(gè)完美的設(shè)計(jì)需要以數(shù)學(xué)、科學(xué)、工程知識(shí)為依據(jù)，也需要融入藝術(shù)感，所以3D打印課程是以多學(xué)科相結(jié)合為基礎(chǔ)的綜合性學(xué)科，是對(duì)當(dāng)下流行的STEAM教學(xué)理念最好的詮釋。那么，面對(duì)這樣一門(mén)綜合性的學(xué)科如果還沿用傳統(tǒng)的“學(xué)—做”教學(xué)模式的話(huà)，學(xué)生可能會(huì)成為知識(shí)的掌握者、產(chǎn)品的制作者，卻不可能成為很好的設(shè)計(jì)者，這是與3D打印課程基礎(chǔ)理念相違背的。因此，如何展開(kāi)教學(xué)讓學(xué)生不僅成為制造者，同時(shí)也成為設(shè)計(jì)者，這是3D打印教學(xué)的難點(diǎn)。在近幾年的3D打印課程教學(xué)中，筆者經(jīng)過(guò)反復(fù)地探索與實(shí)踐，終于找到了較為適合3D打印課程教學(xué)的“做—學(xué)”模型，也就是基于設(shè)計(jì)的逆向思維學(xué)習(xí)過(guò)程模型（BackWard Thinking）。

● 逆向思維學(xué)習(xí)過(guò)程模型定義

逆向思維學(xué)習(xí)過(guò)程模型是由美國(guó)加州理工大學(xué)的著名學(xué)者多林·尼爾森（Doreen Nelson）教授最早提出的基于設(shè)計(jì)的操作模型，傳統(tǒng)的教學(xué)是順向思維模式，往往重視知識(shí)而忽略實(shí)踐能力。多林·尼爾森提出的“逆向思維學(xué)習(xí)過(guò)程”強(qiáng)調(diào)把“先做”的理念融入教學(xué)，變被動(dòng)接受為主動(dòng)獲取，通過(guò)設(shè)計(jì)、實(shí)踐，再設(shè)計(jì)、再實(shí)踐的迭代過(guò)程，不斷挑戰(zhàn)任務(wù)同時(shí)獲取“知”，在達(dá)到學(xué)習(xí)目的的同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維和實(shí)踐能力。

多林·尼爾森通過(guò)在教育實(shí)踐中的不斷探索，總結(jié)出逆向思維模型主要分為六個(gè)完整的步驟和一個(gè)半步，其具體內(nèi)容如下圖所示。

● 逆向思維學(xué)習(xí)過(guò)程模型在3D打印課程教學(xué)中的應(yīng)用

多林·尼爾森的逆向思維模型的六步半較為詳細(xì)地闡述了具體的實(shí)施策略。傳統(tǒng)教學(xué)的過(guò)程是先講授再實(shí)踐。而運(yùn)用逆向思維學(xué)習(xí)過(guò)程模型進(jìn)行教學(xué)，其教學(xué)是一個(gè)分析、實(shí)踐、總結(jié)、調(diào)整以及修正的迭代的教學(xué)過(guò)程，學(xué)生是在實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題，最終解決問(wèn)題的。下面，筆者以“3D打印”課程中《制作圖章》一課為例介紹逆向思維模型在教學(xué)中的應(yīng)用，具體實(shí)施步驟如下。

1.建構(gòu)原型

以基礎(chǔ)原型作為參照，教師先通過(guò)展示與課堂內(nèi)容相關(guān)的原型作為課堂導(dǎo)入，并對(duì)原型搭配相應(yīng)的分析與解說(shuō)。例如，在教學(xué)《制作圖章》一課中，筆者以現(xiàn)實(shí)生活中的圖章作為導(dǎo)入，讓學(xué)生觀察圖章的組成結(jié)構(gòu)特征，構(gòu)建圖章的初步原型。

2.任務(wù)分解

這一環(huán)節(jié)是基于上一環(huán)節(jié)完成知識(shí)原型建構(gòu)后，試圖將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐，從而內(nèi)化處理方式的過(guò)程。在此過(guò)程中，學(xué)生可以通過(guò)討論的方式分解出關(guān)鍵任務(wù)，也可以通過(guò)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)分解任務(wù)。例如，筆者布置了“制作圖章”的任務(wù)，學(xué)生已基本建構(gòu)出了“圖章”的原型，了解了圖章主要由印章體、連接柱、把手三部分組成，從而就能明確在制作圖章時(shí)要分別完成制作印章體、制作連接柱、制作把手三個(gè)任務(wù)。

3.探索實(shí)踐

探索實(shí)踐是“試完成”任務(wù)的環(huán)節(jié)。學(xué)生在“試完成”過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題。這個(gè)過(guò)程完成得好與壞直接決定了整堂課的成與敗，每個(gè)學(xué)生的個(gè)性、學(xué)習(xí)能力、知識(shí)基礎(chǔ)都存在差異，如何能高效地探索、高效地實(shí)踐“組織方式”很重要，教師循循善誘的“點(diǎn)撥”也很重要，在此過(guò)程中可采取的組織形式有小組合作制、一幫一合作制等。教師在點(diǎn)撥時(shí)可以以知識(shí)遷移的方式給學(xué)生參考性的建議。例如，在教學(xué)《制作圖章》一課中的難點(diǎn)“文字工具的使用與鏡像”時(shí)，筆者先讓學(xué)生自主嘗試與發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并記錄下自己存在的問(wèn)題。學(xué)生在制作印章體時(shí)，如果不會(huì)使用文字工具，可以先完成“連接柱”與“把手”的制作，再?lài)L試制作印章體，記錄嘗試制作印章體過(guò)程中存在的困難。

4.分享完善

分享和完善是一個(gè)不斷學(xué)習(xí)、不斷總結(jié)的過(guò)程，學(xué)生在分享的過(guò)程中一般分為兩派，一派是“how to”派，另一派是“why not”派。“how to”派的學(xué)生分享的是方法，“why not”派的學(xué)生分享的是問(wèn)題。教師此時(shí)扮演的角色是組織者，組織兩派分享經(jīng)驗(yàn)與問(wèn)題，并組織學(xué)生回答問(wèn)題，點(diǎn)撥他們解決問(wèn)題。例如，在教學(xué)《制作印章》一課時(shí)，學(xué)生進(jìn)行匯報(bào)并展示各自的“制作印章”情況，筆者要求“制作印章”完成情況較好的學(xué)生分享經(jīng)驗(yàn)，完成情況稍差的學(xué)生提出問(wèn)題，以先進(jìn)帶動(dòng)后進(jìn)的形式組織學(xué)生一一來(lái)解答問(wèn)題。對(duì)于共性問(wèn)題，教師分享經(jīng)驗(yàn)，這樣知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)就在一個(gè)民主、寬松的學(xué)習(xí)氛圍中進(jìn)行了。

5.調(diào)整優(yōu)化

調(diào)整和優(yōu)化是整個(gè)環(huán)節(jié)的高潮，也是學(xué)生創(chuàng)造能力發(fā)揮的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如果把前面的“探索實(shí)踐”環(huán)節(jié)比作是“經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)”的話(huà)，那么“調(diào)整優(yōu)化”環(huán)節(jié)就是“上層建筑”。學(xué)生在聽(tīng)取了其他同學(xué)的匯報(bào)后，會(huì)有很多心得、想法，此時(shí)是再加工再創(chuàng)造的最好契機(jī)。教師可以組織學(xué)生進(jìn)行作品自查，對(duì)不當(dāng)之處進(jìn)行調(diào)整，取他人之長(zhǎng)改己之短，并在完善的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新與優(yōu)化。

6.展示評(píng)價(jià)

展示評(píng)價(jià)主要分為作品展示、評(píng)價(jià)與反思兩個(gè)過(guò)程。教師先展示優(yōu)秀作品，學(xué)生進(jìn)行自評(píng)與他評(píng)，主要包括評(píng)價(jià)與反思作品的長(zhǎng)處與有待改進(jìn)的地方，以及反思、總結(jié)解決疑難問(wèn)題等。展示與評(píng)價(jià)不僅分享了制作的結(jié)果與過(guò)程，更重要的是分享了創(chuàng)新精神，提升了自身的學(xué)習(xí)能力與實(shí)踐能力。

● 在3D打印課程教學(xué)中運(yùn)用逆向思維學(xué)習(xí)過(guò)程模型注意事項(xiàng)

逆向思維學(xué)習(xí)過(guò)程模型雖然比較成熟，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。例如，在進(jìn)行3D打印教學(xué)時(shí)，整個(gè)環(huán)節(jié)以學(xué)生的“做”為主線(xiàn)，但在實(shí)際教學(xué)中怎么把握好“做”的度也很重要。學(xué)生的“做”與教師的“教”是互相依存、對(duì)立統(tǒng)一、密不可分的整體。教師不能因?yàn)橹匾暋白觥倍鲆暳恕敖獭钡闹匾瑧?yīng)該在組織教學(xué)時(shí)重視學(xué)生對(duì)各種現(xiàn)象的理解，傾聽(tīng)學(xué)生想法的由來(lái)，引導(dǎo)他們調(diào)整自己的學(xué)習(xí)方法。

● 總結(jié)

實(shí)踐證明，逆向思維學(xué)習(xí)過(guò)程模型顛倒了已有的先學(xué)后做模式，強(qiáng)調(diào)“先行而后知”，與當(dāng)下風(fēng)靡的創(chuàng)客教育理念不謀而合，這也為當(dāng)下的教學(xué)革新研究與實(shí)踐創(chuàng)新提供了一種參照和啟示。作為一名新時(shí)代的信息技術(shù)教師，要在技術(shù)和思想上“與時(shí)俱進(jìn)”，要敢于從傳統(tǒng)教育的藩籬中走出來(lái)，探索教學(xué)新模式，在學(xué)習(xí)與教學(xué)實(shí)踐中不斷培養(yǎng)和提升自身的能力素質(zhì)。endprint