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【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，人工智能已經(jīng)成為了一個(gè)人們?nèi)粘５挠谜Z。在AlphaGo與人類的對(duì)決中，人工智能大獲全勝，這引起我們又一次對(duì)人工智能的思考。所謂的人工智能其實(shí)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(gè)性化、數(shù)字化的直接制造技術(shù)，既是創(chuàng)新教育不可或缺的技術(shù)平臺(tái)，也是教育創(chuàng)新提質(zhì)增效的技術(shù)手段。目前，我國(guó)正在教育改革的路上，對(duì)學(xué)生高階思維的鍛煉培養(yǎng)成為當(dāng)前教育的熱點(diǎn)，而3D打印教學(xué)也是近年來教育界的熱門話題，那么對(duì)基于高階思維的3D打印教學(xué)的研究就顯得尤為重要。

【關(guān)鍵詞】高階思維  3D打印  學(xué)習(xí)

一、高階思維的認(rèn)識(shí)

談到高階思維，必然我們會(huì)下意識(shí)反應(yīng)出低階思維?！暗碗A思維”是一種“即時(shí)思維”，或者說低效思維，哲學(xué)以及心理學(xué)的舶來詞匯。指缺少辨析與判斷或者識(shí)別的思維，并且在行為人的意識(shí)或精神上幾乎沒有任何對(duì)于眼前客觀情況進(jìn)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(xì)節(jié)與變化以至于不能在意識(shí)上相應(yīng)進(jìn)行對(duì)于該事件發(fā)生的動(dòng)機(jī)與結(jié)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(diǎn)，所謂“高階思維”，是指發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動(dòng)或認(rèn)知能力。它在教學(xué)目標(biāo)分類中表現(xiàn)為分析、綜合、評(píng)價(jià)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(shí)時(shí)代對(duì)人才素質(zhì)提出的新要求，是適應(yīng)知識(shí)時(shí)代發(fā)展的關(guān)鍵能力。發(fā)展學(xué)習(xí)者高階思維能力蘊(yùn)涵系列新型的教學(xué)設(shè)計(jì)假設(shè)。我們把在學(xué)習(xí)知識(shí)的認(rèn)知過程分成：包括記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造六個(gè)方面。其中知識(shí)、理解、應(yīng)用被稱為低階思維，分析、綜合、評(píng)價(jià)被稱為高階思維。高階思維是發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動(dòng)或較高層次的認(rèn)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(gòu)成。

由此可見，高階思維的重要性，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維是教育者們一直以來的目標(biāo)，也是教育界近年來的熱點(diǎn)追求。為培養(yǎng)出適應(yīng)知識(shí)時(shí)代需要的人才，教育工作者就必須要重視培養(yǎng)學(xué)生的高階能力，正因?yàn)槿绱?，培養(yǎng)高階能力所必需的高階思維課堂教學(xué)成為了當(dāng)代教育者研究最為重要的課題之一。

二、3D打印學(xué)習(xí)的實(shí)踐操作模式

3D 打印技術(shù)，又稱增材制造技術(shù)。相比于傳統(tǒng)的減材制造方法，成形靈活性高、技術(shù)難度小。目前，3D 打印技術(shù)廣泛地應(yīng)用于建筑、醫(yī)療、食品、模具制造及教育等多個(gè)行業(yè)。3D 打印被譽(yù)為一項(xiàng)改變世界的顛覆性技術(shù)，正在快速應(yīng)用到人們生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。學(xué)習(xí)和掌握3D打印技術(shù)，對(duì)于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造潛力，提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，營(yíng)造全新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，均具有重要意義。學(xué)生學(xué)習(xí)3D打印的過程筆者認(rèn)為可以分三個(gè)階段：模仿中思考、思考中創(chuàng)新、創(chuàng)新中成長(zhǎng)。

（一）最低層操作—模仿性實(shí)踐

模仿性實(shí)踐是指3D 打印學(xué)習(xí)的初始階段，在初學(xué)者對(duì)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(xué)生操作模仿老師提供的3D模型的一種學(xué)習(xí)模式。模仿性操作強(qiáng)調(diào)老師的演示和學(xué)生的模仿體驗(yàn)，它注重的是模仿的結(jié)果，而不是操作的過程。這種模仿性操作對(duì)于3D打印的初學(xué)者來說是必不可少，也是不可替代的，它在3D打印學(xué)習(xí)過程中屬于最低層的操作。

（二）第二層操作—思考性實(shí)踐

在3D打印學(xué)習(xí)的中期，當(dāng)學(xué)習(xí)3D打印的學(xué)生對(duì)3D建模軟件和工具命令有了一定的認(rèn)識(shí)和了解之后，可以讓學(xué)生運(yùn)用已有的3D建模軟件知識(shí)進(jìn)行3D打印作品的制作，作品可以是一件學(xué)習(xí)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(xiàng)綜合性、技術(shù)性、藝術(shù)性很強(qiáng)的實(shí)踐，因此需要學(xué)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(xì)的規(guī)劃。思考性實(shí)踐是檢驗(yàn)學(xué)生3D打印學(xué)習(xí)成果的重要性指標(biāo)，也是學(xué)習(xí)獨(dú)立創(chuàng)作的基礎(chǔ)，在3D打印學(xué)習(xí)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(jiǎn)單，三步就可以完成了。 

第一次模仿性探究：如何使用三個(gè)步驟來完成花瓶的制作呢？會(huì)用到哪些命令？

教師演示三步完成花瓶的制作，學(xué)生模仿完成花瓶的制作。

第二次思考性探究：三個(gè)步驟（草圖繪制、旋轉(zhuǎn)、抽殼），四個(gè)命令（直線命令、通過點(diǎn)繪制曲線命令、旋轉(zhuǎn)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(xué)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(diǎn)，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(yīng)用規(guī)律，研討如何制作出菜盤子、水杯等作品來。

【評(píng)析】本課是3D打印學(xué)習(xí)中的第1節(jié)實(shí)踐操作課，學(xué)生沒有任何的技術(shù)基礎(chǔ)，教師演示花瓶的制作，讓學(xué)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(xué)生發(fā)現(xiàn)制作花瓶類作品的制作規(guī)律，讓學(xué)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(xué)習(xí)實(shí)踐操作

3D打印的學(xué)習(xí)不可能永遠(yuǎn)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(shè)的初衷。

最高層操作—?jiǎng)?chuàng)新性實(shí)踐

在3D打印學(xué)習(xí)的后期，我們需要學(xué)生以已有的生活閱歷為基礎(chǔ)創(chuàng)作出具有一定功能的創(chuàng)意作品，讓學(xué)生了現(xiàn)問題、思考問題、并用已有3D打印知識(shí)去解決問題。創(chuàng)新性實(shí)踐相比于思考性實(shí)踐更具挑戰(zhàn)性，它將技術(shù)學(xué)習(xí)和問題解決有機(jī)契合，體現(xiàn)了學(xué)以致用的思想，是3D打印學(xué)習(xí)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(dòng)植物降溫》

這是2017年湖州市首屆“南太湖”計(jì)劃青少年創(chuàng)客大賽的主題--在高溫下給動(dòng)植物降溫，輔導(dǎo)學(xué)生采用3D打印技術(shù)，設(shè)計(jì)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?dòng)植物度過高溫酷暑呢？

首先， 明確解決的是動(dòng)物降溫還是植物降溫；

其次，要讓學(xué)生了解高溫下動(dòng)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(xué)原理的支持，找到解決問題的方法。例如可以用風(fēng)扇給植物吹風(fēng)，風(fēng)扇吹風(fēng)可以加快空氣的流動(dòng)，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(yùn)用已有3D建模能力創(chuàng)作解決實(shí)際問題的創(chuàng)新作品。

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

創(chuàng)新性實(shí)踐是思維含量較高的3D打印學(xué)習(xí)模式，它是學(xué)生思維變革性的標(biāo)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(zhuǎn)向高階思維，是3D打印課程開展的終極目的--培養(yǎng)學(xué)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(dòng)設(shè)計(jì)

主題活動(dòng)不是從學(xué)科知識(shí)的體系出發(fā)，而是以人類的活動(dòng)和環(huán)境為背景，從學(xué)生的生活世界以及所熟悉的社會(huì)實(shí)際出發(fā)，選取學(xué)生關(guān)注的問題，融教育性、科學(xué)性、知識(shí)性、時(shí)代性于一體，集觀察、實(shí)踐、學(xué)習(xí)于一爐，從而貼近學(xué)生年齡和心理特點(diǎn)，符合學(xué)生發(fā)展需要。而問題式主題活動(dòng)就是提出一個(gè)問題，圍繞這個(gè)問題，關(guān)注各種學(xué)科知識(shí)，各種運(yùn)用能力的融入，統(tǒng)整設(shè)計(jì)，以便學(xué)生掌握問題解決的方法，最終結(jié)合3D打印進(jìn)行成果輸出，從而培育學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

【案例3】制作3D書簽，點(diǎn)亮校園讀書節(jié)

1.活動(dòng)問題：

學(xué)校讀書節(jié)活動(dòng)中同學(xué)們最需要的是什么呢？

（1）走進(jìn)同學(xué)，了解閱讀需求；（2）手繪草圖，尋找設(shè)計(jì)靈感；（3）精美書簽，助力同學(xué)閱讀。

2.活動(dòng)時(shí)間：2017年4月——2017年5月

3.活動(dòng)組：調(diào)查組、生活實(shí)踐組、技術(shù)操作組

4.活動(dòng)過程

4月，學(xué)校讀書節(jié)全面啟動(dòng)，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(dòng)。  

（1）走進(jìn)同學(xué)，了解閱讀需求

同學(xué)們?cè)陂喿x時(shí)最需要什么？怎樣才能了解到呢？于是同學(xué)們走進(jìn)了學(xué)校的圖書館，來到了同學(xué)們中間，尋找著答案。

調(diào)查結(jié)果：

閱讀工具

書簽類別

（2）手繪草圖，尋找設(shè)計(jì)靈感

經(jīng)過同學(xué)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(shè)計(jì)開始鋪墊。 

同學(xué)們經(jīng)過反復(fù)的設(shè)計(jì)、修改，終于設(shè)計(jì)出了令自己滿意的作品草圖。

（3）精美書簽，助力同學(xué)閱讀

在前期的精心準(zhǔn)備下，同學(xué)們?cè)谟?jì)算機(jī)上的建模設(shè)計(jì)就顯得比較輕松了，要設(shè)計(jì)什么、怎么設(shè)計(jì)，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(xué)們手中運(yùn)用自如，一件件精美的書簽?zāi)Ｐ驮谕瑢W(xué)們的努力下誕生了！

【評(píng)析】整個(gè)活動(dòng)，由一個(gè)問題而來，學(xué)生順著這個(gè)問題尋求解決的方法，了解學(xué)生的閱讀習(xí)慣—調(diào)查同學(xué)閱讀需求—根據(jù)需求設(shè)計(jì)作品。整個(gè)活動(dòng)的參與過程學(xué)生經(jīng)歷由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，使學(xué)生從中領(lǐng)悟解決問題的核心，提高運(yùn)用已有3D打印技術(shù)解決實(shí)際問題的能力。

運(yùn)用3D打印教學(xué)對(duì)學(xué)生的高階思維進(jìn)行培訓(xùn)鍛煉，我們的教師要做出很多改變。第一，我們的教師要轉(zhuǎn)變教育觀念。要從傳統(tǒng)的以教師為中心的教育觀念轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的教育觀念。轉(zhuǎn)變教育模式，要求教師教學(xué)應(yīng)該以學(xué)生為中心，采用3D打印教學(xué)可以讓教師將主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，由學(xué)生以自己的思維來主導(dǎo)教學(xué)。第二，關(guān)注知識(shí)的傳遞和掌握到關(guān)注學(xué)習(xí)的過程思維。注意培養(yǎng)學(xué)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(xué)應(yīng)用中倡導(dǎo)的重點(diǎn)就是高階思維的培養(yǎng)，這也是該教學(xué)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(xué)的創(chuàng)新，可以結(jié)合現(xiàn)在的在線教育、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，不斷挖掘?qū)W生的潛能和優(yōu)勢(shì)。用這種開放式教育代替封閉式教育，可以解放學(xué)生的天性，符合時(shí)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(shù)學(xué)習(xí)[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育.2014（1）