VR與3D打印的深度融合 在初中綜合實踐活動課中的應用

李巖

【摘 要】VR與3D打印技術(shù)的融合應用變革了初中綜合實踐課程的教學模式。通過兩種新技術(shù)的使用，學生可以借助VR進行探究，使用三維設計軟件和3D打印機將所學的知識和萌生的創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實成果，并與其他同學進行分享。這種全新的教學模式能夠真正培養(yǎng)學生的自主探究精神，提高學生的動手實踐能力，為養(yǎng)成學生的核心素養(yǎng)搭建了平臺，促進學生的全面發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】VR ；3D打印；深度融合；初中綜合實踐課程

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2018）02、03-0121-04

近幾年，3D打印技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)正在以迅雷不及掩耳之勢來到我們的面前。創(chuàng)新教育得以快速平穩(wěn)的發(fā)展，這兩項技術(shù)至關(guān)重要。然而，如何能夠?qū)烧哌M行有效地融合，從而最大限度地激發(fā)學生的創(chuàng)新思維和能力，全面提升學生的核心素養(yǎng)，是廣大科技教師亟需認真思考的。

綜合實踐活動課程是提升學生實踐能力、培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的重要課程類型，探索VR與3D打印技術(shù)的交互式教學方法，可以幫助教師提高創(chuàng)新教育的效率，改進和變革教學方法。將這兩種前沿技術(shù)進行融合，并嘗試應用于初中綜合實踐課程的教學中，無疑是變革綜合實踐課程教學方式的一種嘗試，教學效果值得期待。

根據(jù)國家教育部頒布的《基礎教育課程改革綱要（試行）》規(guī)定，從小學至高中設置綜合實踐活動并作為必修課程。綜合實踐活動課程著力培養(yǎng)學生的實踐能力、創(chuàng)新思維和社會責任感，承載著新課程的核心理念和改革目標，是新課程改革的亮點。此后，教育部又頒布了《國家九年義務教育課程綜合實踐活動指導綱要》，對該課程的性質(zhì)、基本理念、目標、內(nèi)容領(lǐng)域與實施做了原則性的規(guī)定，這需要學校對該課程內(nèi)容進行校本化開發(fā)和實施，這為習慣于學科教學的教師提出了新的挑戰(zhàn)。

科技類綜合實踐活動是一種探究性的創(chuàng)造活動，基于學生的直接經(jīng)驗，聯(lián)系學生自身生活和社會生活，體現(xiàn)對知識的綜合運用的課程形態(tài)；是一種以學生的經(jīng)驗與生活為核心的實踐性課程。這與VR和3D打印強調(diào)體驗、注重探究的特點不謀而合。參與VR和3D打印綜合實踐活動的學生均來自初一年級，共22人。教學設計時希望學生在實踐活動過程中達到如下學習效果：（1）能進一步建構(gòu)活動中涉及的相關(guān)科學知識，獲得相關(guān)基本技能，并且能將科學知識和技能運用于生活中解決一些實際問題。（2）能形成科學探究所需要的能力，包括觀察現(xiàn)象和提出問題的能力；提出猜想和做出假設的能力；進行簡單實驗設計和手腦并用的實踐能力；形成收集信息和處理信息的能力；形成科學解釋、評價和交流的能力。（3）能增進對科學探究過程的理解。（4）能形成科學的情感、態(tài)度和價值觀。

活動主題設定

航天事業(yè)的發(fā)展以及學生綜合能力提升的需要，使得航天知識的科普越來越受到重視。特別是我國近些年在航天領(lǐng)域取得的巨大成就，對于培養(yǎng)學生的愛國情懷能夠起到極大的激勵作用。從學科的角度來說，以往的學科對于航天知識的學習非常缺乏，即使有所涉及也是從學科的角度讓學生進行理解，屬于知識的傳遞，少有探究?；谝陨显颍疚膶⒊踔芯C合實踐活動的主題設定為“我的航天夢”，借助VR中航天器案例的體驗激發(fā)學生的學習興趣，并對我國的航天發(fā)展史進行自主探究，分組討論后使用三維設計軟件完成中國空間站的建模設計，通過3D打印機打印成型，最終在校內(nèi)進行學習成果的分享。

VR互動探究

利用桌面式VR便于小組合作的優(yōu)勢，我將學生按4人一組分為五組。組員在組長的帶領(lǐng)下，使用Zspace Studio軟件，進入“課件探索”模塊，在案例包中選擇“航天器”選項，可以看到45個與航天器相關(guān)的VR課件。其中，包含美國伽利略衛(wèi)星、阿波羅號運載火箭、挑戰(zhàn)者航天飛機、中國運載火箭、國際空間站，以及各種功能衛(wèi)星。學生可根據(jù)自己的興趣來觀察和拆解不同的航天器。軟件中對于每一種航天器和每一個航天器不同的組成部件的名稱和功能都有比較詳細的注解，這對于平時極少關(guān)注航天的同學來說是一次非常好的航天器知識體驗。學生學習和探究的積極性在本環(huán)節(jié)得到了極大的提升，教師在此時提出要求——探究我國航天事業(yè)的發(fā)展史，了解我國航天建設的現(xiàn)狀。

學生分組討論

根據(jù)老師提出的要求，學生以小組為單位，利用互聯(lián)網(wǎng)進行探究。在探究過程中，學生會提出各種與航天相關(guān)的問題，而老師則可以將這些問題進行分類和匯總，引導學生進行自主學習。小組成員獲得知識后，再通過小組討論的方式將所獲得的知識進行分享，并對知識與信息進行匯總和加工，最終形成組內(nèi)成員認可的統(tǒng)一內(nèi)容。這一過程作為學生自主探究的重要環(huán)節(jié)，要求教師具有很強的課堂掌控能力，既能夠激發(fā)學生的探究熱情，保證學生探究的持續(xù)性，又能夠有效引導學生的思維聚焦于探究本身，確保其不會發(fā)散到其他不相關(guān)的活動內(nèi)容上。學生在完成探究后還需要將所掌握的新知識內(nèi)化于心，為下一環(huán)節(jié)的創(chuàng)造性設計打下堅實的基礎。

三維設計與3D打印

得益于3D打印技術(shù)在教育領(lǐng)域的快速普及，許多學生已經(jīng)接觸，甚至掌握了三維設計軟件與3D打印的操作。在此階段，學生可以根據(jù)之前探究的結(jié)果進行設計。在活動中學生在了解我國航天發(fā)展過程后，結(jié)合“航天夢”的主題制作中國未來空間站模型，并用3D打印機打印成型。在分組討論的過程中，學生已經(jīng)對空間站的五個艙位（核心艙、實驗艙、載人艙、貨運艙、連接艙）進行了分工，每個小組承擔一個艙位的三維設計工作。

由于需要連接艙將其余四個艙位進行連接，因此，分小組進行三維設計更需要團隊協(xié)作與配合。在三維設計之初，學生就需要以連接艙為中心，統(tǒng)一設計尺寸。這一環(huán)節(jié)培養(yǎng)了學生的團隊協(xié)作能力。設計完成后，使用3D打印機打印成型，并用丙烯顏料上色。

學生成果分享

作品完成后，同學們非常興奮。畢竟，從對航天知識的一知半解到合作完成中國空間站模型的設計制作，再到對祖國航天精神的自豪，完成了一個質(zhì)的飛躍。然而，這還沒有結(jié)束，這么棒的實踐活動需要向全校的同學進行推廣。因此，在綜合實踐活動匯報展示時，學生們自己制作PPT，自己安排匯報順序，自己設計匯報形式。帶著興奮和自豪，他們向全校同學展示了學習的過程和成果。

效果討論

學生完成“中國空間站”的作品后非常興奮，而且這種興奮是一種持久的體驗。在VR尚未普及的今天，學生們能夠有機會親自體驗和操作感到非常幸運。與此同時，他們對于全新的教學技術(shù)充滿著期待，希望能夠一展身手。這種期待對于激發(fā)學生的學習興趣是非常有益的。傳統(tǒng)課堂教師講、學生聽的教學方式很難照顧到每位學生的獨特性。而這種借助先進教學技術(shù)，引導學生自主式探究的教學方法可以給予學生充分的自由，讓他們能夠在規(guī)定的主題內(nèi)獲取自己感興趣的知識和信息。這是改善教學效果、提升學習效率的重要保證。相信學生在這次綜合實踐課中所收獲的不僅僅是持久的興奮，更多的是對知識持久的掌握。

過程反思

教育部的《基礎教育改革綱要》中明確將初中綜合實踐課程定位在培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)新思維和社會責任感。這就需要教師適應時代發(fā)展，主動改變教學模式，以學生為主體，以實踐為方式，以創(chuàng)新為目標。本課程中，以VR為手段，激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望；以分組討論為重點，引導學生自主探究和集體思考；以3D打印為工具，幫助學生將自己的創(chuàng)意設計變?yōu)楝F(xiàn)實；以成果分享為鞏固，促使學生將所學知識內(nèi)化于心。這四個環(huán)節(jié)歸納為四個字：學、探、做、享，很好地兼顧了學生的全面發(fā)展。

隨著科技的發(fā)展，很多高科技手段將逐步應用于教育領(lǐng)域。然而，不可否認的是，教育技術(shù)是手段，而教師對學生思路的引導和對課堂進程的把握永遠是最重要的。作為教師，只有不斷地學習和思考，才能夠把握好課堂，引導好學生。我相信，VR與3D打印在初中綜合實踐課程中的應用只是開始，未來將逐步滲透到各個學科，讓我們一起期待吧。

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