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【摘要】隨著科學技術的突飛猛進，人工智能已經(jīng)成為了一個人們?nèi)粘５挠谜Z。在AlphaGo與人類的對決中，人工智能大獲全勝，這引起我們又一次對人工智能的思考。所謂的人工智能其實就是一種模仿人類高階思維的程序，研究人工智能的前提就是研究高階思維。在現(xiàn)代教育中，3D 打印作為一種個性化、數(shù)字化的直接制造技術，既是創(chuàng)新教育不可或缺的技術平臺，也是教育創(chuàng)新提質(zhì)增效的技術手段。目前，我國正在教育改革的路上，對學生高階思維的鍛煉培養(yǎng)成為當前教育的熱點，而3D打印教學也是近年來教育界的熱門話題，那么對基于高階思維的3D打印教學的研究就顯得尤為重要。

【關鍵詞】高階思維  3D打印  學習

一、高階思維的認識

談到高階思維，必然我們會下意識反應出低階思維?！暗碗A思維”是一種“即時思維”，或者說低效思維，哲學以及心理學的舶來詞匯。指缺少辨析與判斷或者識別的思維，并且在行為人的意識或精神上幾乎沒有任何對于眼前客觀情況進行調(diào)查或探索的欲求。因此又被稱作，該思維主體專注于眼前發(fā)生的事件的細節(jié)與變化以至于不能在意識上相應進行對于該事件發(fā)生的動機與結果等方面的思考。但是高階思維卻不同，根據(jù)李春華教師的觀點，所謂“高階思維”，是指發(fā)生在較高認知水平層次上的心智活動或認知能力。它在教學目標分類中表現(xiàn)為分析、綜合、評價和創(chuàng)造。高階思維是高階能力的核心，主要指創(chuàng)新能力、問題求解能力、決策力和批判性思維能力。高階思維能力集中體現(xiàn)了知識時代對人才素質(zhì)提出的新要求，是適應知識時代發(fā)展的關鍵能力。發(fā)展學習者高階思維能力蘊涵系列新型的教學設計假設。我們把在學習知識的認知過程分成：包括記憶、理解、應用、分析、評價和創(chuàng)造六個方面。其中知識、理解、應用被稱為低階思維，分析、綜合、評價被稱為高階思維。高階思維是發(fā)生在較高認知水平層次上的心智活動或較高層次的認知能力，主要由問題求解、決策、批判性思維、創(chuàng)造性思維這些能力構成。

由此可見，高階思維的重要性，培養(yǎng)學生的高階思維是教育者們一直以來的目標，也是教育界近年來的熱點追求。為培養(yǎng)出適應知識時代需要的人才，教育工作者就必須要重視培養(yǎng)學生的高階能力，正因為如此，培養(yǎng)高階能力所必需的高階思維課堂教學成為了當代教育者研究最為重要的課題之一。

二、3D打印學習的實踐操作模式

3D 打印技術，又稱增材制造技術。相比于傳統(tǒng)的減材制造方法，成形靈活性高、技術難度小。目前，3D 打印技術廣泛地應用于建筑、醫(yī)療、食品、模具制造及教育等多個行業(yè)。3D 打印被譽為一項改變世界的顛覆性技術，正在快速應用到人們生活和生產(chǎn)的各個領域。學習和掌握3D打印技術，對于激發(fā)學生的創(chuàng)新創(chuàng)造潛力，提高學生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，營造全新的學習體驗，均具有重要意義。學生學習3D打印的過程筆者認為可以分三個階段：模仿中思考、思考中創(chuàng)新、創(chuàng)新中成長。

（一）最低層操作—模仿性實踐

模仿性實踐是指3D 打印學習的初始階段，在初學者對3D建模軟件缺乏了解的前提下，由老師演示模型的制作，然后由學生操作模仿老師提供的3D模型的一種學習模式。模仿性操作強調(diào)老師的演示和學生的模仿體驗，它注重的是模仿的結果，而不是操作的過程。這種模仿性操作對于3D打印的初學者來說是必不可少，也是不可替代的，它在3D打印學習過程中屬于最低層的操作。

（二）第二層操作—思考性實踐

在3D打印學習的中期，當學習3D打印的學生對3D建模軟件和工具命令有了一定的認識和了解之后，可以讓學生運用已有的3D建模軟件知識進行3D打印作品的制作，作品可以是一件學習用品模型、一件生活用品模型、一件體育器材、一件建筑模型、一件交通工具模型等。模型制作是一項綜合性、技術性、藝術性很強的實踐，因此需要學生在制作過程中善于思考、樂于思考，將要制作的模型做詳細的規(guī)劃。思考性實踐是檢驗學生3D打印學習成果的重要性指標，也是學習獨立創(chuàng)作的基礎，在3D打印學習過程中最重要的環(huán)節(jié)。

【案例1】 3D拓展課教材第4課《靈感源于生活—花瓶》

教師展示本課的課例—花瓶

師：花瓶的制作比較簡單，三步就可以完成了。 

第一次模仿性探究：如何使用三個步驟來完成花瓶的制作呢？會用到哪些命令？

教師演示三步完成花瓶的制作，學生模仿完成花瓶的制作。

第二次思考性探究：三個步驟（草圖繪制、旋轉、抽殼），四個命令（直線命令、通過點繪制曲線命令、旋轉命令、抽殼命令）完成了花瓶的制作，能不能使用類似的方法制作出其他的作品呢？

首先學生思考，花瓶口和底是圓形的，那么想要使用類似的方法制作出來的作品也要有這樣的特點，比如說家中吃飯用的飯碗；其次，嘗試制作，使用制作花瓶的命令及方法制作飯碗；然后，集體討論自己的發(fā)現(xiàn)，并探索此類作品制作的規(guī)律；最后，應用規(guī)律，研討如何制作出菜盤子、水杯等作品來。

【評析】本課是3D打印學習中的第1節(jié)實踐操作課，學生沒有任何的技術基礎，教師演示花瓶的制作，讓學生在模仿中掌握了花瓶的制作技巧，通過一次思考性探究讓學生發(fā)現(xiàn)制作花瓶類作品的制作規(guī)律，讓學生明白一件作品的制作方法不只是只能做一件，而是可以舉一反三制作出各種各樣的作品來。

三、基于高階思維的3D打印學習實踐操作

3D打印的學習不可能永遠停留在模仿和思考上，3D打印課堂更不能成為形式上的制物課、作品課等，那這樣的3D打印課就失去了它開設的初衷。

最高層操作—創(chuàng)新性實踐

在3D打印學習的后期，我們需要學生以已有的生活閱歷為基礎創(chuàng)作出具有一定功能的創(chuàng)意作品，讓學生了現(xiàn)問題、思考問題、并用已有3D打印知識去解決問題。創(chuàng)新性實踐相比于思考性實踐更具挑戰(zhàn)性，它將技術學習和問題解決有機契合，體現(xiàn)了學以致用的思想，是3D打印學習的終極目的。

【案例2】湖州市青少年創(chuàng)客大賽，主題《高溫下解決動植物降溫》

這是2017年湖州市首屆“南太湖”計劃青少年創(chuàng)客大賽的主題--在高溫下給動植物降溫，輔導學生采用3D打印技術，設計問題的解決方案并制作出作品。

師：烈日炎炎，我們?nèi)绾尾拍軒椭彝獾膭又参锒冗^高溫酷暑呢？

首先， 明確解決的是動物降溫還是植物降溫；

其次，要讓學生了解高溫下動植物生存的必要因素，例如遮陰、保持水份、降低周邊溫濕度等；

第三，尋求科學原理的支持，找到解決問題的方法。例如可以用風扇給植物吹風，風扇吹風可以加快空氣的流動，加速植物的蒸騰作用，帶走熱量，從而起到降溫的作用；

最后，運用已有3D建模能力創(chuàng)作解決實際問題的創(chuàng)新作品。

【評析】本例以學生參加創(chuàng)客大賽，解決大賽主題為契機，學生從遇到問題、思考分析問題、解決問題，充分體現(xiàn)了學生的自主探究性，是從思考性實踐成功邁向創(chuàng)新性實踐的標志性案例。它的成功在于多學科知識的融合，將科學原理融入到3D作品的設計之中。

創(chuàng)新性實踐是思維含量較高的3D打印學習模式，它是學生思維變革性的標志，從模仿作品到思考制作作品、從思考制作作品到創(chuàng)作作品，由起初的低階思維轉向高階思維，是3D打印課程開展的終極目的--培養(yǎng)學生的創(chuàng)新素養(yǎng)。

四、基于高階思維的3D打印問題式主題活動設計

主題活動不是從學科知識的體系出發(fā)，而是以人類的活動和環(huán)境為背景，從學生的生活世界以及所熟悉的社會實際出發(fā)，選取學生關注的問題，融教育性、科學性、知識性、時代性于一體，集觀察、實踐、學習于一爐，從而貼近學生年齡和心理特點，符合學生發(fā)展需要。而問題式主題活動就是提出一個問題，圍繞這個問題，關注各種學科知識，各種運用能力的融入，統(tǒng)整設計，以便學生掌握問題解決的方法，最終結合3D打印進行成果輸出，從而培育學生的綜合素養(yǎng)。

【案例3】制作3D書簽，點亮校園讀書節(jié)

1.活動問題：

學校讀書節(jié)活動中同學們最需要的是什么呢？

（1）走進同學，了解閱讀需求；（2）手繪草圖，尋找設計靈感；（3）精美書簽，助力同學閱讀。

2.活動時間：2017年4月——2017年5月

3.活動組：調(diào)查組、生活實踐組、技術操作組

4.活動過程

4月，學校讀書節(jié)全面啟動，為配合讀書節(jié)的開展，3D小創(chuàng)客們也開始了他們的行動。  

（1）走進同學，了解閱讀需求

同學們在閱讀時最需要什么？怎樣才能了解到呢？于是同學們走進了學校的圖書館，來到了同學們中間，尋找著答案。

調(diào)查結果：

閱讀工具

書簽類別

（2）手繪草圖，尋找設計靈感

經(jīng)過同學們的閱讀需求調(diào)查后，決定為大家制作閱讀的小伴侶—書簽。大伙兒在紙上開始勾勒出各種各樣的圖案來，為建模軟件中的設計開始鋪墊。 

同學們經(jīng)過反復的設計、修改，終于設計出了令自己滿意的作品草圖。

（3）精美書簽，助力同學閱讀

在前期的精心準備下，同學們在計算機上的建模設計就顯得比較輕松了，要設計什么、怎么設計，都胸有成竹了！

圓孤、拉伸、組合等3Done建模軟件中的命令在同學們手中運用自如，一件件精美的書簽模型在同學們的努力下誕生了！

【評析】整個活動，由一個問題而來，學生順著這個問題尋求解決的方法，了解學生的閱讀習慣—調(diào)查同學閱讀需求—根據(jù)需求設計作品。整個活動的參與過程學生經(jīng)歷由簡單到復雜，使學生從中領悟解決問題的核心，提高運用已有3D打印技術解決實際問題的能力。

運用3D打印教學對學生的高階思維進行培訓鍛煉，我們的教師要做出很多改變。第一，我們的教師要轉變教育觀念。要從傳統(tǒng)的以教師為中心的教育觀念轉變?yōu)橐詫W生為中心的教育觀念。轉變教育模式，要求教師教學應該以學生為中心，采用3D打印教學可以讓教師將主動權交給學生，由學生以自己的思維來主導教學。第二，關注知識的傳遞和掌握到關注學習的過程思維。注意培養(yǎng)學生的思維模式，正所謂授人以魚，不如授人以漁。3D 打印在教學應用中倡導的重點就是高階思維的培養(yǎng)，這也是該教學過程中的困難之處。第三，開放性教育代替封閉式教育。3D 打印教學的創(chuàng)新，可以結合現(xiàn)在的在線教育、大數(shù)據(jù)等新技術，不斷挖掘學生的潛能和優(yōu)勢。用這種開放式教育代替封閉式教育，可以解放學生的天性，符合時代的潮流，利于高階思維的建立。

【注釋】

[1]許憬.基于高階思維的信息技術學習[J].中小學信息技術教育.2014（1）