初等中等教育における3Dプリント教育機器の現状と課題の分析

近年、3Dプリント教育機器の教育への応用が広く推進され、その教育的価値が徐々に顕著になり、学生の革新意識、革新思考、革新能力を育成する重要な担い手となっている。 3Dプリント教育設備は、その特性上、「考えた通りの成果が得られる」という自然な利点があり、学生の創造性を目に見える具体的な作品に変えることができ、実践の過程で達成感と喜びを得ることができ、学生の学習への興味と内なる原動力を刺激します。 3Dプリンティング技術は、数学、材料科学、物理学、情報技術、アートデザインなど複数の分野の有機的な統合を実現でき、STEAM教育やメーカー教育を行うための効果的な手段です。同時に、3Dプリント技術は工業、建築、軍事、医療などの分野で広く使用されているため、3Dプリント教育機器を通じて、学生を単純な革新的なデザインからより広い分野へと導くことができます。

教育部教育機器研究開発センターは、3Dプリント教育機器の普及状況、教育と教授の具体的な融合形態、教育への応用方法、応用効果など、小中学校における3Dプリント教育機器の応用について深く総合的に理解するため、2017年に瀋陽、武漢、成都、深セン、江門、広州、南京の7つの都市にある約30の小中学校で「3Dプリント教育機器の教育と教授への応用」に関する特別調査を実施しました。

3Dプリント教育機器応用の現状 3D プリント技術の進歩と成熟に伴い、あらゆるレベルの学校における教育および指導活動への応用が急速な発展傾向を示しています。調査によると、大都市と中規模都市の小中学校の大半には3Dプリンターが備え付けられており、そのほとんどはメーカーラボと一体化しており、少数の学校が独立した3Dプリンティングイノベーション（メーカー）ラボを構築していることがわかりました。南京と広州は、3D プリント教育をいち早く開始した地域です。各地の教育局は、3Dプリント実験室を建設し、包括的な教育を提供することが彼らの強い願いであり、多くの学生の願いでもあると反省しています。多くの学校は、今後2〜3年以内に3Dプリント機器を購入する計画を立てています。

3Dプリント教育機器の応用方法を教える観点からは、全クラスコース、興味グループ、競争グループなど、さまざまな方法があります。その中で、3Dプリント実験室を構築する学校は、教室での授業の条件が整っているため、教室での授業が基本的な応用形態となります。 3D プリント機器を使用して興味グループやコミュニティ活動を組織することが、主な教育応用方法です。現在、3Dプリント教育はまだ比較的エリート層向けでニッチな教育であり、学びたい学生の多くが機会を得られず、まだ誰もがアクセスできるレベルには達していません。

学校の実践の観点から見ると、3Dプリント教育機器が教育で繁栄できる最も重要な理由は、3Dプリントが体現する現代的、包括的、実用的、革新的な教育価値です。これは、過去の知識教育を重視した機器とは異なります。伝統的な教育機器は、主にデモンストレーション、検証、科学的探究をサポートするために使用されます。情報化とインテリジェンスを特徴とする新しい時代では、科学技術が急速に発展しています。将来の社会の発展に適応するためには、学生の革新精神を育成する必要があります。 3Dプリントと教育・指導の組み合わせは非常に多様で、教科指導、学校ベースのカリキュラム、実践活動、科学技術コンテストなど、学校におけるさまざまな教育活動と有機的に統合できます。ここにも3Dプリントの活力があります。調査中、教師らは、3Dプリントが学校のカリキュラムから切り離された場合、その適用範囲は大幅に制限されるだろうとも述べた。

3Dプリント教育機器の応用における問題点 多くの小中学校が3Dプリント設備を購入し、3Dプリント実験室を建設しているにもかかわらず、多くの学校、特に教育が遅れている地域の学校では、まだそれを使用できないか、十分に使用していません。3D実験室は建設後も利用率が非常に低いため、徐々にイメージプロジェクトになってきています。まとめると、以下の側面に分けられます。

1. 教育の概念が比較的遅れている 調査によると、ほとんどの教師は学校への3Dプリント教育機器の導入に対して前向きな姿勢を示しているものの、3Dプリントをどのように活用して生徒の革新精神と実践能力を育成するかについての理解が不足している。彼らは、生徒のコアリテラシー育成の文脈において、3Dプリントコース特有の技術リテラシー、創造リテラシー、デジタルリテラシーを深く理解できていない。彼らは、3Dプリント教育機器に代表される現代の教育機器が、学校のカリキュラム構築や教育指導と深く融合し、カリキュラム改革を推進・主導する重要な要素になり得ることを十分に理解しておらず、3Dプリントを単なる技術手段としてしか見ていない。

2. コースのガイダンスと教材が完璧ではない 現在、小中学校の教育と指導における3Dプリントの応用にはカリキュラム標準のガイダンスが欠けており、学習段階ごとに科学的に設計された教材も不足しています。教師は指導を行う際に、体系化されていない外国の教材に頼るか、3Dプリント機器メーカーが提供する教材本を使用するしかありません。その結果、全国の小中学校では、さまざまな指導方法、さまざまなコース形式、そして不均一な指導結果が見られます。

3. 授業スケジュールが厳しい 現在、各レベルの学校が提供する3Dプリントコースは、一般的に総合的な実践活動の一部となっています。授業時間が限られているため、多くの学校では3Dプリントはクラブ活動に限定されており、少数の生徒のための贅沢なコースとなっています。これは、質の高い教育リソースへの普遍的なアクセスという概念に反しています。

4. 教員不足
新興科学技術である 3D プリンティングは、情報、力学、物理学、材料などの学際的な知識を統合しており、一定の技術的および専門的な限界があります。わが国の教員教育は長い間、単科専門研修を実施してきたため、3Dプリントなどの現代の教育機器技術が教育に導入されると、教員は一般的に、自分たちの知識と能力の構造が教育のニーズを満たせないと感じています。特に、3D プリント技術と分野の融合は非常に密接であり、情報技術などの専門の教師が教育業務を担うだけでなく、さまざまな分野の教師が 3D プリント技術を習得する必要があります。現在、3Dプリント関連の研修は、機器メーカーが提供する技術研修がほとんどであり、専門技術教員や重点教科教員の専門レベルを真に向上させることができる教育・研究研修はほとんどありません。

5. 資金不足 3D プリンター設備は価格面で優位性があるものの、多くの分野で導入がまだ難しく、学校が導入するには困難で時間がかかります。さらに、建設コストには消耗品やトレーニングが含まれていないことが多く、その結果、建設後にシステムが適切に機能しなくなることがあります。

要約と展望 3Dプリント教育は、教師、授業時間、教材、会場、資金など、推進の過程でさまざまな困難に直面していますが、すべての地域が徹底的な推進に積極的な熱意を示しています。3Dプリント革新教育の模索を主導してきた学校や教師、学生は、一般的に、教育効率の向上、教育方法の充実、個別学習の満足、革新能力の育成における3Dプリントの教育的価値と意義を認識しており、3Dプリント革新教育の全面的な普及を促進するために投資を増やします。

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