3D打印教育裝備在中小學教育應(yīng)用的現(xiàn)狀和問題分析

近年來，3D打印教育裝備在教育中的應(yīng)用得到普遍的推廣，其教育價值也逐漸凸顯，成為培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的重要載體。從其本身所具有的特點來說，3D打印教育裝備具有“所想即所得”的天然優(yōu)勢，能夠?qū)�學生的創(chuàng)意變成看得見、摸得著的作品，使學生在實踐過程中獲得成就感、喜悅感，從而激發(fā)學生的學習興趣及內(nèi)在驅(qū)動力。3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)學、材料學、物理學、信息技術(shù)、藝術(shù)設(shè)計等多學科的有機融合，是開展STEAM教育或創(chuàng)客教育的有效手段。同時，3D打印技術(shù)在工業(yè)、建筑、軍事、醫(yī)學等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，因此，通過3D打印教育裝備可以引導學生由簡單的創(chuàng)新設(shè)計向更廣闊的領(lǐng)域延伸。

為了深入和全面了解3D打印教育裝備在中小學的應(yīng)用情況，如普及程度、與教育教學結(jié)合的具體形態(tài)、教學應(yīng)用方式和應(yīng)用效果等，教育部教育裝備研究與發(fā)展中心于2017年對沈陽、武漢、成都、深圳、江門、廣州、南京7地的近30所中小學進行了“3D打印教育裝備在教育教學中的應(yīng)用”專項調(diào)研。

3D打印教育裝備應(yīng)用現(xiàn)狀
隨著3D打印技術(shù)的進步和成熟，其在各級學校教育教學活動中的應(yīng)用呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大中城市絕大多數(shù)中小學校都配備有3D打印機，大部分是和創(chuàng)客實驗室結(jié)合在一起的，有少部分單獨建設(shè)3D打印創(chuàng)新(創(chuàng)客)實驗室。南京市、廣州市是較早開啟3D打印教育的地區(qū)。各地教育局反映，建設(shè)3D打印實驗室、開展普惠式教育是他們的強烈愿望，也是廣大學生的愿望，不少學校都在未來2～3年內(nèi)有購置3D打印設(shè)備的計劃。

從3D打印教育裝備的教學應(yīng)用方式來看，有全班開課、興趣小組、競賽小組等多種方式。其中，建設(shè)3D打印實驗室的學校具備了班級授課的條件，因此班級授課是應(yīng)用的基本形式。利用3D打印設(shè)備組織興趣小組或社團活動是最主要的教學應(yīng)用方式。目前3D打印教育還是一種相對精英化和小眾化的教育，很多想學習的學生得不到機會，尚未達到普惠的程度。

從學校實踐來看，3D打印教育裝備在教學中之所以能夠蓬勃發(fā)展，最重要的原因是3D打印體現(xiàn)出的現(xiàn)代性、綜合性、實踐性和創(chuàng)新性的教育價值，這和以往強調(diào)知識教育的裝備不同，傳統(tǒng)教育裝備主要用以支撐演示、驗證和科學探究，在以信息化和智能化為特征的新時代，科技發(fā)展日新月異，需要培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神，才能適應(yīng)未來的社會發(fā)展。3D打印同教育教學的結(jié)合形態(tài)非常多樣化，可以和學校的各項教學活動如學科教學、校本課程、實踐活動、科技競賽等有機融合，這也是其生命力所在。調(diào)研中教師們也表示，如果3D打印脫離了校內(nèi)的課程，其應(yīng)用范圍就會大大受限。

3D打印教育裝備在應(yīng)用中存在的問題
雖然很多中小學購買了3D打印設(shè)備，建設(shè)了3D打印實驗室，但是不少學校還存在“用不了”“用不好”的現(xiàn)象，特別是一些教育欠發(fā)達地區(qū)的學校，由于3D實驗室建好后利用率很低，逐步淪為形象工程�？偨Y(jié)起來，可分為以下幾方面。

1.教育理念相對落后
在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，盡管多數(shù)教師對3D打印教育裝備進入學校持積極態(tài)度，但對如何利用3D打印培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實踐能力缺乏理解，不能在學生發(fā)展核心素養(yǎng)背景下深刻認識3D打印課程特有的技術(shù)素養(yǎng)、創(chuàng)意素養(yǎng)和數(shù)字素養(yǎng)內(nèi)涵，不能充分理解以3D打印教育裝備為代表的現(xiàn)代教育裝備可以同學校的課程建設(shè)、教育教學深度融合，成為促進和引領(lǐng)課程改革的重要因素，僅僅把3D打印當作一種簡單的技術(shù)手段。

2.課程指導和教材資源不夠完善
目前，3D打印在中小學教育教學中的應(yīng)用缺少課程標準指導，也缺少針對不同學段科學設(shè)計的教材，教師在開展教學時只能依靠國外不成體系的資料或者使用3D打印設(shè)備生產(chǎn)廠商提供的教學用書進行使用，導致各地中小學呈現(xiàn)的教學方式五花八門，課程形態(tài)多種多樣，教學效果良莠不齊。

3.課時安排較為緊張
目前，各級學校開設(shè)的3D打印課程一般是作為綜合實踐活動的組成部分，由于課時受限，在很多學校里3D打印只限于社團活動，成了少數(shù)學生的奢侈課程，這與優(yōu)質(zhì)教學資源普惠理念背道而馳。


4.師資力量有所欠缺
3D打印作為一門新興科學技術(shù)，融合了信息、機械、物理、材料等跨學科知識內(nèi)容，存在一定的技術(shù)專業(yè)門檻。由于我國教師教育長期以來實行單科專業(yè)化培養(yǎng)與培訓，因此，當3D打印等現(xiàn)代教育裝備技術(shù)進入教學中時，教師普遍感覺到知識和能力結(jié)構(gòu)不能滿足教學需要。特別是3D打印技術(shù)與學科的融合非常緊密，這就要求不僅信息技術(shù)等專業(yè)教師要承擔起教學任務(wù)，各學科教師也要掌握3D打印技術(shù)。目前，3D打印有關(guān)的培訓多是設(shè)備生產(chǎn)商提供的技術(shù)培訓，真正能夠提升專業(yè)技術(shù)教師和學科骨干教師專業(yè)水平的教研培訓很少。

5.經(jīng)費保障不足
盡管3D打印設(shè)備在價格上已經(jīng)具有優(yōu)勢，但是在很多地區(qū)，全面建設(shè)仍然有一定的困難，學校在申請時難度較大、周期較長。而且建設(shè)費用往往不包含耗材、培訓，致使建設(shè)之后不能很好發(fā)揮作用。

總結(jié)和展望
盡管3D打印教育在推進過程中面臨師資、課時、教材、場地、資金等各種困難，但是各地都表現(xiàn)了深入推進的積極熱情，率先探索3D打印創(chuàng)新教育的學校和師生普遍認可3D打印在提高教學效率、豐富教學手段、滿足個性化學習、培養(yǎng)創(chuàng)新能力等方面的教育價值和意義，并將加大投入推動3D打印創(chuàng)新教育的全面普及。