基于STEAM的小學(xué)《3D打印》課程——設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)踐研究

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1、基于STEAM的小學(xué)《3D打印》課程——設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)踐研究 編者注：鄭賢老師曾榮獲國培專家、全國模范教師、廣東省小學(xué)特級(jí)教師、廣東省勞動(dòng)模范、廣東省首批名教師、廣州市優(yōu)秀專家等稱號(hào)。她現(xiàn)不僅是全國模范教師，而且是全國五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)抡摺V州亞運(yùn)會(huì)火炬手，執(zhí)教20多年，所培訓(xùn)的學(xué)生參加全國、省、市小學(xué)計(jì)算機(jī)競賽獲獎(jiǎng)達(dá)392人次。受省教育廳的委托，她合編的廣東省小學(xué)計(jì)算機(jī)課本第三冊(cè)《上機(jī)實(shí)驗(yàn)手冊(cè)》，獲得1998年度海珠區(qū)優(yōu)秀科技項(xiàng)目四等獎(jiǎng)；所撰寫的教學(xué)設(shè)計(jì)、論文也多次獲得省、市、區(qū)一等獎(jiǎng)。基于3DOne編寫的3D設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)課程受到了教育界的關(guān)注與好評(píng)。 ? 一、引言 ?21世紀(jì)的教育，以培養(yǎng)

2、具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的新型人才，推動(dòng)社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步為使命。2015年，李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告中提出“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”，更把“創(chuàng)新”提升到了一個(gè)前所未有的高度。近年來，為了進(jìn)一步探索教學(xué)創(chuàng)新，一些國家嘗試將3D打印技術(shù)應(yīng)用于STEAM課程中，以推動(dòng)技術(shù)對(duì)創(chuàng)新教學(xué)的發(fā)展，使得技術(shù)與藝術(shù)人文教育和工程教育融合成學(xué)校文化的一部分。 ?雖然3D打印技術(shù)適應(yīng)信息化時(shí)代發(fā)展的需求，在國內(nèi)也較為新穎，但是目前設(shè)計(jì)成熟并適合小學(xué)生學(xué)習(xí)的3D打印課程卻是極度缺乏。面對(duì)新技術(shù)和教育新理念的變革浪潮，在基于STEAM教育思想的教育教學(xué)實(shí)踐中，教育工作者需要不斷反思，不斷創(chuàng)新教育教學(xué)新思想、新經(jīng)驗(yàn)，提高教學(xué)質(zhì)

3、量。 ? 二、STEAM教育理念 20世紀(jì)80年代，STEM課程在美國逐漸發(fā)展，其本身是為了提高美國學(xué)生對(duì)理工科知識(shí)的興趣而建立的課程。STEM教育通過整合Science(科學(xué)) 、T e c h n o l o g y ( 技術(shù)) 、E n g i n e e r i n g ( 工程) 、Mathematics(數(shù)學(xué))領(lǐng)域內(nèi)容指引教學(xué)和學(xué)習(xí)的途徑和方法，它并不是將這四門課程知識(shí)的簡單疊加，而是要將多學(xué)科內(nèi)容的交叉融合形成有機(jī)整體，倡導(dǎo)問題解決驅(qū)動(dòng)的跨學(xué)科教育，旨在培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力。STEM教育的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的教育理念和思維方式，引導(dǎo)人們重

4、新探索新型的教學(xué)方式。隨著課程的改革以及STEM教育實(shí)踐研究的開展，藝術(shù)(Arts)類課程也添加到STEM課程中，形成以STEAM課程為主要特色的STEAM教育，并逐漸在美國、韓國、英國等國家受到關(guān)注。 ?在國內(nèi)，2015年新媒體聯(lián)盟《地平線報(bào)告》(K12版)，將STEAM列為未來1-2年技術(shù)驅(qū)動(dòng)K12教育的重要趨勢。傅騫等認(rèn)為，STEM教育是一種教學(xué)策略，通過借助基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)、基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)和探究性學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者解決實(shí)際問題的能力。任友群等人提出，STEAM教育是以項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問題學(xué)習(xí)為主的學(xué)習(xí)方式，它在STEM教育基礎(chǔ)上進(jìn)行了延伸和拓展，形成一種新的教育模式，是技術(shù)與工程教育

5、和藝術(shù)人文教育的融合，旨在推動(dòng)技術(shù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)創(chuàng)新。余勝泉等認(rèn)為，STEAM教育以多學(xué)科整合的教學(xué)方式，注重過程實(shí)踐，以真實(shí)問題為向?qū)?，?qiáng)調(diào)知識(shí)與能力并重，倡導(dǎo)“做”中“學(xué)”；強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)，注重知識(shí)的跨學(xué)科遷徙及其與學(xué)習(xí)者之間的關(guān)聯(lián)。STEAM教育的這些理念和思想融入到信息技術(shù)課程和教學(xué)中，有利于通過技術(shù)的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。 ?三、3D打印課程 ?作者以中望3DOne打印技術(shù)為依托，設(shè)計(jì)了適合小學(xué)生學(xué)習(xí)的3DOne打印課程。該課程采用項(xiàng)目學(xué)習(xí)的形式，以STEAM教育思想為導(dǎo)向，以做中學(xué)為策略，并以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、貼近學(xué)生生活為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行課程的設(shè)計(jì)與實(shí)踐。 ? (一)

6、3D打印與3D打印課程(3D Printing) ?3D打印也叫“三維打印”，基于所創(chuàng)建的原型樣品或者實(shí)體模型，運(yùn)用塑料、樹脂、粉末狀金屬或其他材料，通過逐層打印實(shí)現(xiàn)快速成型。3D打印技術(shù)為科技的創(chuàng)新提供了一個(gè)新的平臺(tái)，被喻為第三次工業(yè)革命的核心技術(shù)之一。3D打印課程是以3D打印技術(shù)為主的課程，是以“傻瓜型”三維設(shè)計(jì)軟件為基礎(chǔ)的課程。為了促進(jìn)我國中小學(xué)的創(chuàng)新教育，結(jié)合時(shí)下影響意義深遠(yuǎn)的3D打印技術(shù)，國內(nèi)有關(guān)公司，根據(jù)8-18歲孩子的教育特點(diǎn)，開發(fā)出適用于中小學(xué)的3D打印設(shè)計(jì)軟件——3DOne，并配套3D打印教學(xué)課程資源。通過3D打印實(shí)體的觸覺過程，建立新型的簡易3D建模學(xué)習(xí)通道，快速搭建起某

7、種類型的簡易模型，最終利用3D打印機(jī)將設(shè)計(jì)實(shí)體化。 ? (二)3DOne打印軟件的特點(diǎn) ?趣味性學(xué)習(xí)是3DOne打印軟件的核心關(guān)鍵。3DOne打印軟件界面簡潔，功能強(qiáng)大，易于上手，非常符合中小學(xué)的開放思維創(chuàng)意操作，讓學(xué)生能夠簡單、輕松、快捷地表達(dá)創(chuàng)意想法，能讓沒有任何基礎(chǔ)的學(xué)生在短短的十分鐘通過“搭積木”堆砌、拖拉等操作方式，掌握最基礎(chǔ)的3D繪畫設(shè)計(jì)，極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)3D打印的興趣與熱情。 ?促進(jìn)學(xué)科融合是3DOne打印軟件的創(chuàng)新特色。運(yùn)用3DOne打印軟件進(jìn)行創(chuàng)意操作，所涉及的學(xué)科學(xué)習(xí)有信息技術(shù)、綜合實(shí)踐、美術(shù)、科學(xué)、通用技術(shù)等，由此也促進(jìn)了特色課程的產(chǎn)生，如校本教材、創(chuàng)客空間(

8、設(shè)計(jì)、制作、展示)、特色教室、學(xué)習(xí)資源的開發(fā)等。在3DOne打印軟件的創(chuàng)意學(xué)習(xí)中，綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)與技能，學(xué)科的融合，更有利于充分調(diào)動(dòng)學(xué)生探究能力、創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維以及邏輯思維的發(fā)展。 ?(三)3Done打印軟件的教學(xué)模式 ?3DOne打印軟件賦予了教學(xué)互聯(lián)網(wǎng)社區(qū)的性質(zhì)，幫助教師設(shè)計(jì)更加豐富多彩的講課方案，是“互聯(lián)網(wǎng)+”對(duì)傳統(tǒng)教育的最大推動(dòng)。目前，在3DOne創(chuàng)意社區(qū)中，學(xué)生可以在自己的社區(qū)賬戶中將隨手設(shè)計(jì)的圖紙上傳，并且展示到個(gè)人空間中。教師可以查看學(xué)生作品的進(jìn)展，欣賞學(xué)生設(shè)計(jì)的作品，鼓勵(lì)學(xué)生之間進(jìn)行評(píng)論和點(diǎn)贊，提高師生之間、生生之間的交互。此外3DOne所具有簡單易用的程序

9、環(huán)境，支持專業(yè)級(jí)的涂鴉式平面草圖繪制，可進(jìn)行豐富實(shí)用的3D實(shí)體設(shè)計(jì)，提供多種多樣的顯示控制，并能通過內(nèi)嵌于軟件的社區(qū)網(wǎng)站下載3D打印模型。3DOne強(qiáng)大的功能與簡單易用的程序環(huán)境相結(jié)合，使得學(xué)生更易上手，創(chuàng)意更容易實(shí)現(xiàn)，更有助于對(duì)學(xué)生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。 ? 四、3D打印課程的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐 ?(一)3D打印課程教學(xué)的基本思想 ?1.做中學(xué) ?美國著名教育家杜威認(rèn)為，“做中學(xué)”即從生活經(jīng)驗(yàn)中積累知識(shí)、從實(shí)際活動(dòng)中進(jìn)行學(xué)習(xí)，在情景化的教學(xué)場所中，讓學(xué)生通過親身體驗(yàn)，在不斷地觀察、實(shí)驗(yàn)、探究、創(chuàng)作中解決真實(shí)問題。3D打印課程思想，也正符合杜威的“教育即經(jīng)驗(yàn)”“教育生活”“教育即生長”三個(gè)核心

10、命題。3D打印課程教學(xué)也正是讓學(xué)生在現(xiàn)實(shí)生活中發(fā)現(xiàn)問題，在實(shí)際操作中完成知識(shí)的學(xué)習(xí)和技能的掌握，從而達(dá)成最終的教育目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。 ?2.項(xiàng)目學(xué)習(xí) ?項(xiàng)目學(xué)習(xí)(PBL)是一套系統(tǒng)的教學(xué)方法，它是以解決真實(shí)、負(fù)責(zé)的問題為目的，對(duì)項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)、探究、實(shí)施的過程，在這個(gè)過程中，學(xué)生能夠進(jìn)行設(shè)想、驗(yàn)證、完善、創(chuàng)造出某種東西，從而培養(yǎng)創(chuàng)新能力和動(dòng)手操作能力。在3D打印課程的學(xué)習(xí)中，運(yùn)用項(xiàng)目學(xué)習(xí)是指在現(xiàn)實(shí)生活中借助豐富的資源進(jìn)行探究活動(dòng)，主動(dòng)完成項(xiàng)目的實(shí)施和完善，應(yīng)用3D打印技術(shù)將制作的作品向他人展示，并解決其他一系列相關(guān)問題的一種新型探究型學(xué)習(xí)模式。 ?3.設(shè)計(jì)思維 ?設(shè)計(jì)思維

11、是以解決方案為導(dǎo)向的思維形式，它不是從某個(gè)問題入手，而是從目標(biāo)或者是要達(dá)成的成果著手，探究問題的解決方案，是一種獨(dú)特的“在行動(dòng)中進(jìn)行創(chuàng)意思考”的方式。3D打印學(xué)習(xí)所倡導(dǎo)的就是設(shè)計(jì)思維。通過發(fā)現(xiàn)生活中的問題，以解決問題作為要達(dá)成的成果，獨(dú)立思考，合作分享，利用3D打印技術(shù)進(jìn)行技術(shù)解決，3D打印為問題的解決方案提供了有效的實(shí)施措施。 ? (二)基于STEAM思想的《3D打印》課程教學(xué)目標(biāo) ?新媒體聯(lián)盟《地平線報(bào)告》(2015基礎(chǔ)教育版)將3D打印列為未來2-3年技術(shù)驅(qū)動(dòng)K12教育的重要趨勢。在小學(xué)階段，信息技術(shù)課程是一門綜合學(xué)科，教學(xué)內(nèi)容不再局限在作品創(chuàng)作的具體操作步驟，而是將編寫程序、科學(xué)

12、、技術(shù)、各種軟環(huán)境的分析比較、作品美感和數(shù)學(xué)問題有機(jī)融合到信息技術(shù)課程體系當(dāng)中，這也正符合STEAM注重學(xué)生設(shè)計(jì)能力、批判性思維和問題解決能力的教育理念和思想。3D打印課程教學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。在課程中，不斷激發(fā)學(xué)生的想象力，讓學(xué)生體驗(yàn)作品從無到有的產(chǎn)生過程，感受創(chuàng)意變成真實(shí)事物的設(shè)計(jì)、開發(fā)過程。與傳統(tǒng)教育中“以知識(shí)傳授為主”的課程相比，3D打印課程的教學(xué)顯得格外生動(dòng)形象，它讓學(xué)生通過自己的感覺器官親自接觸具體的事物，“做中學(xué)”，使抽象的概念具體化、形象化。由于3D打印將創(chuàng)意變成真實(shí)，有助于提高學(xué)生的參與能力和動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性和創(chuàng)造力。將3D打印技術(shù)嵌入STEAM課程使知識(shí)可視化，催生創(chuàng)客式的教學(xué)新樣態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生的科技素養(yǎng)和數(shù)字素養(yǎng)，從而為教育科技創(chuàng)新提供平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)平面教育到立體教育的轉(zhuǎn)變。 ?許多專家試圖探索信息技術(shù)課程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，希望將其變成一門成熟的學(xué)科，但是在信息化社會(huì)不斷發(fā)展的背景下，信息技術(shù)又必須保持不斷求新、不斷求變的方式。這似乎是一個(gè)互相矛盾的問題，其實(shí)不然，在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域匯總，教師更多的是教授學(xué)生一種科學(xué)化、創(chuàng)新化的思維方式，了解運(yùn)用不同技術(shù)手段解決問題的區(qū)別和聯(lián)系。因此，不斷變化發(fā)展的信息技術(shù)課程是一個(gè)學(xué)科發(fā)展的需求，基于STEAM教育思想的3D打印課程的設(shè)計(jì)也符合信息化社會(huì)發(fā)展的要求。