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1、从教学结构转向学习结构智慧教育背景下，教育研究与实践领域在不断探讨如何将以教师教为主的 “教学结构”，转变为以学生学为主的“学习结构”，进而真正关注学习者的主观能 动性，实现以学习者为中心。从教与学的角度看，3D打印践行的“做中学”和“学 中做“教育理念，不仅为变革传统教学结构、改变传统师生关系提供机会，还为 师生创设更加自主与真实的学习环境，促进实现以学为主的学习结构提供条件。 以教与学的基本形态要素“人、物、事、境、脉”作为分析框架，分析3D打印如 何从教与学的不同形态要素出发，助力教学结构向学习结构转型，一方面有助于 研究者和实践者建立对3D打印教育价值的清晰认知；另一方面引导他们进一步
2、 以3D打印技术为抓手，开展相关教育变革，真正落实“以学习者为中心”的教育 理念，实现智慧学习。人的视角：融入新型教育理念，塑造新型师生关系和教与学直接相关的人主要是教师和学生。3D打印践行的“做中学”和“学中 做”理念，使学生能够在融合3D打印的教与学过程中形成“新知需求一新知获取 新知应用一新知迁移一新知再需求”的良性迭代学习循环。在此过程中，学习 者不再是知识的被动接受者，而是根据自己的爱好，借助不同学习组织形式、资 源内容和表征形式，在自主设计、打印、修正数字原型等学习过程中，自主发现 问题、产生学习需求，成为问题探究与解决的知识建构者。教师由知识传授者转 变为学习活动的统筹、规划与设
3、计者，发现学习需求、补充学习资源、提供针对 性辅导。3D打印具备创设深度参与式学习活动的潜质，为充分发挥学生主体性 与塑造新型师生关系提供契机。物的视角：提供选择性外部条件，满足个性化需求“物”主要指3D打印支持下的教与学行为发生的环境或条件。首先，就过程 而言，现存的3D建模软件、打印材料成分、颜色等都有多种类型，学习者可以 在按需选择的基础上，自主设计、创造指向目标达成的多样化数字制品原型，最 终用3D打印机打印实现。该过程能够为学生选择工具与路径，完成指向目标达 成的学习任务提供机会，有利于充分尊重学生的个性化需求。其次，就结果而言， 它是师生获得私人订制式教具、学具的重要方式，3D打印
4、制作不仅可以实现快 速小规模生产，而且更加忠于师生的真实需求。教师可以将备课灵感借助3D打 印快速实现，形成促进学生理解或帮助学生修正设计方案的实体模型，类似数学 中的立体几何和双曲线模型、科学课中的火箭和桥梁测试模型等。3D打印过程 和结果对教与学的支持，都既有利于满足真实需求，又有利于关注差异与个性， 助力实现以学习者为中心。事的视角：暗含有序活动序列，实现能力进阶“事，指与3D打印相融合的教与学相关事宜。当前，国内外关于3D打印的 教育应用虽不丰富，但已有研究几乎都强调以项目化学习为载体，最终都要形成 指向真实问题解决的策略、制品或方案，且这些策略、制品或方案的设计思想都 会借助3D打印
5、制品进行表征、检验与修订，以确保其有效性。因而，融入3D 打印的教与学会主要以打印制品创作为线索展开。创作过程可概括为三个阶段： 前期思想构思、中期制品设计、后期制品验证与方案修订。由此可见，融入3D 打印的教与学过程，本身暗含有序、连贯且富有层次的活动序列，学生可以自主 选择指向目标达成的项目主题，通过教师授导、合作探究等学习方式，在“构思 设计一打印一验证一修正的迭代循环中，实现问题意识、空间意识、制品设 计以及创新、问题解决等多重能力的双向促进与螺旋上升，为创新型和智慧型人 才培养创造契机。境的视角：创设真实学习情境，促进知识迁移“境，指真实世界的情境。3D打印能够将不同学科知识映射于数
6、字原型设计 和制品检验与修正等过程中，通过数字原型向实体模型的转换，为学习者提供完 整真实的学习体验。3D打印创设的境主要包含两种：一种是真实世界问题情境, 即学科知识映射以真实世界为依托的问题情境，旨在帮助学习者建立书本知识与 真实世界的关联，进一步体会知识的价值；另一种是真实原型测试情境，即应用 3D打印技术将设计的数字原型或方案实现为实体模型，创设制品运行的真实应 用情境，以实现数字原型或方案的及时测试、修正与改进，如打印桥梁、火箭实 体模型，测试其受重性能、飞行能力等，对设计原型进行修正与改进。这两种情 境均立足于真实性，为学习者创建知识应用或知识起源的真实场所，在真实问题 解决中，建
7、立知识与真实世界关联的同时，实现知识的应用与迁移。脉的视角：形成清晰学习主线，构建完整知能体系“脉指学习内容间的关联。3D打印教育应用以项目化学习为载体，通常涉 及科学、数学、技术、艺术、工程等多学科领域知识，不仅是实现跨学科融合教 学的有效技术工具，还是形成以制品创作为学习主线的技术载体。在制品创作过 程中，3D打印各阶段以串联活动序列的方式将学习内容有效衔接，使学习者在 有序的制品创作过程中，厘清知识间的内在逻辑，建立知识的内在关联，将其快 速纳入原有认知结构，建立完整知能体系，促进形成面向未来的学习力。3D打印能够从助力教与学过程基本形态要素的变革出发，促进教学结构向 学习结构转型，后续
8、研究与应用即可立足“人、物、事、境、脉基本形态要素， 探索3D打印之于具体学科的教育价值。智慈课堂视角卜促进深度学习的教学设计图1智发课堂视角下促进深度学习的教学结构摘要：深度学习作为一种提倡培养学生问题解决能力、高阶能力，发展学生 批判性思维的学习方法，近年来引起了越来越多的关注。在当今寻求技术与教学 的双向融合的过程中，如何利用技术促进学生深度学习已成为必须重视和思考的 问题。本研究从智慧课堂和深度学习的内涵出发，分析了智慧课堂与深度学习的 特征，构建了智慧课堂视角下促进学生深度学习的教学结构，具体描述了每个教 学流程对促进深度学习的策略。关键词：深度学习;智慧课堂;教学结构;教学策略1智
9、慧课堂的内涵与特征1.1 智慧课堂的内涵智慧课堂的出现是技术与教学深度融合的必然结果。顾建芳认为，智慧课堂 是以学生为主体，以能力为重点，以素养为目标的课堂1。祝智庭认为，智慧 课堂是利用信息技术的力量，创造一个智慧的学习时空环境，旨在促进学习者智 慧的全面、协调和可持续发展2。钟绍春认为，智慧课堂是在信息技术支持下 的新型课堂，以主动、轻松、高效的教学方式为根本途径，其基本目标是培养学 生的智慧3。刘邦奇认为，智慧课堂是以先进的理论为指导，利用智能技术打 造一个智能、高效的，能够促进学生核心素养发展课堂4。基于以上论述，笔者认为智慧课堂是以建构主义学习理论、活动理论等学习 理论为指导，以智能
10、技术为支撑，以促进学生核心素养为目标，通过构建一个智 慧的学习环境，将技术与教学双向深度融合，改革教学方式，创新教学模式，重 塑教学流程，真正实现个性化教学的课堂。1.2 智慧课堂的特征与传统课堂相比，智慧课堂更注重学生的积极参与、亲身体验和交流合作; 更注重教师的策略优化、资源推送和支持学习。本研究认为智慧课堂主要有以下 四个特征：1）追踪学习过程学生已经成为课堂的主体，教师可以依托新兴的智能信息技术，借助教学平 台，能够获取每位学生的学习轨迹、认知水平、学习行为等过程性数据，也能全 面记录学生的学习能力、学习偏好、学习风格等个性化数据。通过对学习数据的 智能化挖掘、分析，实现对学习过程的实
11、时监控，教师能更好地诊断每位学生的 学习效果和存在的问题，制定有针对性的教学策略，以支持学生的适应性学习和 全过程学习。2）推送个性资源与传统课堂中教师先制定教学目标，再确定教学方法不同，智慧课堂可以帮 助教师提供他!性化指导与适切性干预，教师根据智能技术分析出来的学生学习的 过程性数据和个性化数据，针对学生的认知状态和起点水平情况，在预设教学目 标和教学方法的基础之上，推送个性化的学习资源，帮助学生改善学习效果。3）促进交流互动智慧课堂不仅能够分析学习者的个性化数据，推送个性化的学习资源，给予 个性化的学习指导，还可以培养学生的交流、互动、协作能力5。智慧课堂打 破传统课堂的界限，把智能技术
12、和智慧终端设备应用在了教学之中，这样可以实 现时间、地点、对象和形式的多样化，使交流互动、协同合作更立体化。在交流 合作时，不局限于同一学习环境和学习时间，运用多种交流工具和方式，在师生、 生生、学生与平台、教师与平台之间形成一对一、一对多、多对多地持续交流与 信息交互。4）即时反馈评价传统课堂对学生的评价是一个有一定延时的总结评价，而智慧课堂中对学生 的评价是基于过程的、即时性的评价。课前，根据大数据技术分析学生学习行为 数据，描绘个性化的知识图谱，能够诊断性评价学生的预习效果以及存在的问题; 课中，根据学生的提问、交流、合作、反馈等持续性的行为进行过程性评价;课 后，将根据学生的作业完成、
13、梳理总结、问题提出等情况进行总结性评价。通过 课前、课中、课后的数据跟踪和分析，教师能清楚学生掌握知识的情况和学生的 学习方式偏好，更好地处理学生学习的过程与结果，从而实现发展性的评价，发 挥教师的教学智慧，促进学生素质的发展。2深度学习的内涵与特征2.1 深度学习的内涵深度学习是美国学者Ference Marton和Roger Saljo于1976年，基于学生阅 读实验，针对孤立记忆知识的浅层学习，而提出来的一个关于学习有深浅层次之 分的概念6。拉姆斯登（RamSden）认为，浅层学习充其量是没有质量的定量变 化，而深层次学习是质和量的积累（质变）。约翰比格斯（Biggs）从认知心 理学的角
14、度分析了大学生的学习动机和学习策略，然后详细描述了浅层学习法和 深层学习法8。随着教育信息化的发展，21世纪技能的推出，核心素养框架的 发布，国内学者也逐渐开始研究能够发展学生高阶思维的深度学习。上海师范大 学黎加厚教授于2005年发表了促进学生深度学习的文章，文中指出：深度 学习是在学习的基础上，学习者可以批判性地学习新的思想和事实，并且可以将 现有知识转移到新情况中，做出决策和解决问题的学习9。2.2 深度学习的特征浅层学习强调记忆和对知识的简单理解，而深度学习是以浅层学习为基础， 强调知识整合和全面运用。本研究认为深度学习主要有以下四个特征：1）注重批判思维发展深度学习是一种基于理解的学
15、习，强调没有绝对正确的知识，要求学习者要 对任何材料都抱有一种批判和质疑的态度，主动积极地、批判性地看待新知识， 并把它们纳入原有的认知结构中，通过质疑辨析、深入思考、自我批判加深对深 层知识和复杂概念的理解，得到知识强化，并在此基础上建构新的知识。2.3 进知识整合建构学习知识的整合包括两个方面：一是内容本身的整合;二是学习过程的整合。 内容整合意味着深度学习强调知识的整合，将新知识与旧概念联系起来，执行整 合过程，整合原有认知结构，以及理解和使用新知识。过程整合是指将浅层学习 到的、孤立无联系的知识利用思维导图、表格等方式进行梳理描绘，通过在激活 的先前知识和获得的新知识之间建立联系来促进知识的理解和长期保存。
