池夢(mèng)茹

【摘要】深化教育教學(xué)改革使教學(xué)聯(lián)系實(shí)踐，努力擺脫長(zhǎng)期的重理論輕實(shí)踐現(xiàn)象，一直是教育工作者研究的熱點(diǎn)及難點(diǎn)。STEAM教育就是一種項(xiàng)目式的學(xué)科滲透與整合的創(chuàng)新的教學(xué)方式。本文針對(duì)高中生動(dòng)手能力及邏輯思維能力較為成熟的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)項(xiàng)目化的學(xué)習(xí)，以構(gòu)建“3D校園”這一學(xué)生熟悉的場(chǎng)景為切入點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)適合在高中階段開展的STEAM課程。

【關(guān)鍵詞】3D打印 ?STEAM教育 ?高中 ?項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

【中圖分類號(hào)】G63 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2021）05-0177-02

一、注重過(guò)程和各學(xué)科基本素養(yǎng)提升的課程目標(biāo)

《3D物聯(lián)網(wǎng)校園》以國(guó)家新課程標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，融合了STEAM學(xué)科知識(shí)，由3D設(shè)計(jì)與物聯(lián)網(wǎng)電子創(chuàng)意兩大模塊構(gòu)成，具有跨學(xué)科學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、項(xiàng)目學(xué)習(xí)的特點(diǎn)。通過(guò)本課程的開設(shè)與學(xué)習(xí)，讓學(xué)生真正在做中學(xué)，不僅掌握3D建模指令及電子創(chuàng)意的相關(guān)知識(shí)，更重要的是通過(guò)在具體的項(xiàng)目案例的完成中充分挖掘?qū)W生的潛能，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力的目標(biāo)，提高學(xué)生的創(chuàng)造能力、協(xié)作能力、問(wèn)題解決能力和動(dòng)手實(shí)踐能力，從而提升學(xué)生各個(gè)學(xué)科的基本素養(yǎng)。

通過(guò)學(xué)習(xí)3D設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，并理解基于數(shù)字技術(shù)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)的基本思想與方法。能夠使用建模軟件及切片軟件設(shè)計(jì)并打印三維模型，體驗(yàn)利用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)的過(guò)程與基本設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用。通過(guò)Arduino的物聯(lián)網(wǎng)電子創(chuàng)意的學(xué)習(xí)，學(xué)生能綜合利用科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)與數(shù)學(xué)學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，掌握從創(chuàng)意設(shè)計(jì)到作品形成的創(chuàng)作過(guò)程。

二、STEAM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的課程設(shè)計(jì)

所謂項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，即學(xué)生通過(guò)一段時(shí)間對(duì)真實(shí)的、復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行探究，并從中獲得知識(shí)和技能。項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)不僅需要關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，同時(shí)也需要考慮項(xiàng)目真實(shí)性、持續(xù)性、挑戰(zhàn)性。一般項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的環(huán)節(jié)有提出問(wèn)題、規(guī)劃方案、解決問(wèn)題和評(píng)價(jià)反思幾個(gè)操作?！?D物聯(lián)網(wǎng)校園》課程就是按照這樣的方式來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。教師提出項(xiàng)目任務(wù)，如現(xiàn)階段傳統(tǒng)教室的優(yōu)缺點(diǎn)，未來(lái)智慧教室的發(fā)展趨勢(shì)，組織學(xué)生一起討論交流，啟發(fā)學(xué)生思考項(xiàng)目任務(wù)的設(shè)想，最終確定項(xiàng)目的目標(biāo)和任務(wù)。隨后通過(guò)基本任務(wù)模板為學(xué)生搭建項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的腳手架，選擇探究主題，明確探究任務(wù)，制定主題探究計(jì)劃。由學(xué)生制訂項(xiàng)目工作計(jì)劃，確定工作步驟和程序，教師在此過(guò)程適當(dāng)提醒幫助。學(xué)生實(shí)施計(jì)劃，收集資料，開展主題探究，分析、總結(jié)資料，制作作品，最后不同組間進(jìn)行展示與評(píng)價(jià)。教師需要預(yù)定展示作品的時(shí)間，進(jìn)行成果展示，進(jìn)行多元化評(píng)價(jià)。

在讓學(xué)生進(jìn)行正式的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)前，學(xué)生的能力與往常的習(xí)慣可能會(huì)降低項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的效率，在高中階段，學(xué)生額外時(shí)間做項(xiàng)目又尤為寶貴，因此，教師需要在常態(tài)化教學(xué)中強(qiáng)化學(xué)生項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的能力，讓學(xué)生熟悉項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式更需要學(xué)生掌握一些基礎(chǔ)知識(shí)，在授課過(guò)程教師也需要進(jìn)行傳統(tǒng)的講授，為學(xué)生日后更好進(jìn)行項(xiàng)目式學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備。

在常態(tài)課程設(shè)計(jì)上主要分為兩大模塊，一部分為3D設(shè)計(jì)，著重于校園的外觀、結(jié)構(gòu)及布局;另一部分為Arduino電子創(chuàng)意及物聯(lián)網(wǎng)模塊學(xué)習(xí)，這是3D物聯(lián)網(wǎng)校園的核心，為靜態(tài)的模型校園提供動(dòng)態(tài)智能控制效果。在兩個(gè)模塊的學(xué)習(xí)中都是按照項(xiàng)目式學(xué)習(xí)來(lái)設(shè)計(jì)，在課程中提出問(wèn)題，讓學(xué)生來(lái)設(shè)計(jì)解決并對(duì)自己的作品進(jìn)行評(píng)價(jià)和反思。甚至在項(xiàng)目實(shí)施中，專門準(zhǔn)備了一間空教室，將這個(gè)教室的裝修設(shè)計(jì)和智能化改造作為項(xiàng)目交給學(xué)生。如此項(xiàng)目變得更加真實(shí)和具體。這個(gè)教室將按照學(xué)生的設(shè)計(jì)來(lái)布置，讓學(xué)生在真實(shí)的實(shí)踐中獲取成就感，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

3D課程分為四大專題：專題一主要講授3D原理及硬件打印機(jī)的使用，為后期進(jìn)行打印提供經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，包括初識(shí)3D打印、3D打印機(jī)原理及操作學(xué)習(xí)、3D建模軟件Sketchup初識(shí)、測(cè)試模型的建立，涉及學(xué)科有技術(shù)與工程。專題二主要幫助學(xué)生熟練SKETCHUP軟件的基本操作，在操作中滲透STEAM教育，如拼圖中的數(shù)學(xué)原理、排簫中的發(fā)聲原理，包括課程拼圖制作、排簫、印章涉及數(shù)學(xué)，技術(shù)、物理、藝術(shù)等學(xué)科。專題三主要幫助學(xué)生掌握SKETCHUP軟件的高級(jí)操作，讓學(xué)生注意建模過(guò)程中的一些細(xì)節(jié)問(wèn)題。包括課程孔明球、手機(jī)支架、六角亭、設(shè)計(jì)工程與技術(shù)學(xué)科。專題四通過(guò)學(xué)生實(shí)際調(diào)研，提供校園圖片，航拍視頻，讓學(xué)生自主實(shí)踐，為實(shí)際挑戰(zhàn)項(xiàng)目，涉及工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)、藝術(shù)等學(xué)科，學(xué)生能夠利用所學(xué)設(shè)計(jì)校園的3D模型。內(nèi)容包括（1）校園小模型：路燈，展示牌。（2）校園建筑模型（分組）。（3）根據(jù)本校的模型結(jié)合自己的學(xué)習(xí)生活，設(shè)計(jì)學(xué)校的功能區(qū)域。

Arduino電子創(chuàng)意課程也分為四大專題：專題一主要講授Arduino原理及使用，為后期實(shí)踐提供經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，內(nèi)容包括初始Arduino、輸入輸出控制、LED、按鈕，主要涉及技術(shù)學(xué)科。專題二主要幫助學(xué)生熟練軟硬件的操作，了解傳感器的原理，接線方式及編程控制，課程內(nèi)容包括面包板使用、線路圖的連接、旋鈕、按鈕、光敏等傳感器的使用，主要涉及技術(shù)與物理學(xué)科。在學(xué)生學(xué)習(xí)一定成果后布置階段性任務(wù)，讓學(xué)生之間形成團(tuán)隊(duì)合作，集思廣益，就物聯(lián)網(wǎng)校園進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，形成作品的初步方案，并就可行性，及后期實(shí)施步驟做前期準(zhǔn)備。專題三主要幫助學(xué)生掌握了解更多的庫(kù)文件，拓展學(xué)生視野，為作品進(jìn)行拓展。主要內(nèi)容包括語(yǔ)音識(shí)別擴(kuò)展版、物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展板、特殊傳感器的使用（PH傳感器，指紋識(shí)別傳感器）。專題四綜合利用學(xué)生掌握的技能讓學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)踐完成升級(jí)版智能教室制作，如制作教室助手、黑板清潔器、噪音檢測(cè)器等。

三、點(diǎn)線面結(jié)合的課程實(shí)施方案

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)不同于傳統(tǒng)的課堂式教學(xué)，不是為了完成知識(shí)傳遞的學(xué)習(xí)模式，而是學(xué)生根據(jù)實(shí)際問(wèn)題，了解熟悉掌握運(yùn)用知識(shí)，因此項(xiàng)目式學(xué)習(xí)有時(shí)需要更長(zhǎng)的時(shí)間，本校以一學(xué)年選修課為周期進(jìn)行項(xiàng)目式學(xué)習(xí)探究，教師在過(guò)程中需要時(shí)刻的指導(dǎo)和督促。教師在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過(guò)程中，第一，要做好項(xiàng)目規(guī)劃：綜合考慮學(xué)生知識(shí)技能背景，設(shè)定項(xiàng)目目標(biāo)并給出驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。第二，提供關(guān)鍵性指導(dǎo)：就學(xué)生的調(diào)研方法、采訪技巧、數(shù)據(jù)分析、知識(shí)解惑進(jìn)行專題指導(dǎo)等。第三，促進(jìn)或協(xié)助學(xué)生做好管理：方案制作過(guò)程中給予團(tuán)隊(duì)管理、時(shí)間管理、專家引進(jìn)、修正建議等。第四，教師要給予積極反饋：給學(xué)生提供展示創(chuàng)造機(jī)會(huì)并給予反饋、提供評(píng)估。

本課程在面上通過(guò)學(xué)校的STEAM選修課程針對(duì)高一學(xué)生開設(shè)。選修時(shí)間為一學(xué)年，每周兩節(jié)課共計(jì)60課時(shí)。選修課面對(duì)全段學(xué)生通過(guò)大面積的課堂教學(xué)和活動(dòng)，學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)和建模不斷鍛煉動(dòng)手能力，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單的物品建模和設(shè)計(jì)以及簡(jiǎn)單的Arduino電子電路搭建;在線上對(duì)社團(tuán)學(xué)生以自主學(xué)習(xí)和教師的課外指導(dǎo)的方式開展。通過(guò)課余時(shí)間根據(jù)項(xiàng)目要求在創(chuàng)客功能室學(xué)習(xí)制作。這部分學(xué)生是對(duì)課程充滿興趣愛(ài)好的學(xué)生，他們?cè)敢饣ǜ嗟臅r(shí)間深入學(xué)習(xí)。針對(duì)他們要更多地去引導(dǎo)他們學(xué)習(xí)傳感器使用，開展以智能教室、物聯(lián)網(wǎng)為主題的項(xiàng)目學(xué)習(xí)，為“3D校園”畫龍點(diǎn)睛;在點(diǎn)上從社團(tuán)學(xué)生以及全校學(xué)生中進(jìn)一步篩選出能力特別突出、有特長(zhǎng)的學(xué)生參加學(xué)校的STEAM挑戰(zhàn)賽相關(guān)內(nèi)容，優(yōu)勝的同學(xué)再參加省市安排的3D設(shè)計(jì)以及創(chuàng)客作品比賽。這部分針對(duì)比賽內(nèi)容，結(jié)合課程進(jìn)行學(xué)習(xí)探索。真正實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用，為用而學(xué)。

四、課程評(píng)價(jià)與反思

評(píng)價(jià)體系的建立有利于提高學(xué)生完成任務(wù)的積極性，通過(guò)多元化的評(píng)價(jià)也利于教師能夠反思每次項(xiàng)目式學(xué)習(xí)任務(wù)中的不足點(diǎn)，本著對(duì)發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力有利的原則在整個(gè)課程學(xué)習(xí)和項(xiàng)目制作中，多維度、多方面考核學(xué)生。評(píng)測(cè)條目可以包括學(xué)習(xí)態(tài)度、專注度、參與度、興趣度、合作力、創(chuàng)造力、實(shí)踐力、研究力、執(zhí)行力、領(lǐng)導(dǎo)力。評(píng)價(jià)的主體可以是評(píng)價(jià)公開展示的學(xué)生作品，如將作品在全校的宣傳場(chǎng)所展示，或者學(xué)生用視頻面向全校做匯報(bào)。評(píng)價(jià)者可以包括校長(zhǎng)、教師、家長(zhǎng)、同學(xué)等所有看到作品的人;評(píng)價(jià)的作品不再僅僅是總結(jié)性評(píng)價(jià)的內(nèi)容，還更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中的過(guò)程性表現(xiàn)，如小組討論的材料、項(xiàng)目半成品以及總結(jié)的材料。所以項(xiàng)目的多元評(píng)價(jià)理念更加明確，評(píng)價(jià)方式更加公開，甚至權(quán)威。

展示工作和作品是項(xiàng)目式課程教學(xué)的重要組成部分。 在展示的時(shí)候，學(xué)生必須解釋，為了達(dá)到最終結(jié)果，他們所經(jīng)歷的思考過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生不僅會(huì)表達(dá)他們的激情，同時(shí)也會(huì)向他們的同伴傳達(dá)重要的知識(shí)。在觀看和欣賞其他人的項(xiàng)目的時(shí)候，學(xué)生會(huì)創(chuàng)造性地激發(fā)對(duì)方。評(píng)價(jià)者和被評(píng)價(jià)者均可以從中學(xué)到很多東西。

反思任務(wù)中的不足，每一次設(shè)計(jì)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)任務(wù)對(duì)教師來(lái)說(shuō)都是莫大的考驗(yàn)，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)任務(wù)很大一部分時(shí)間在于失敗，學(xué)生在失敗過(guò)程中容易放棄，使得項(xiàng)目沒(méi)有辦法朝著預(yù)定目標(biāo)進(jìn)行，因此教會(huì)學(xué)生正確評(píng)估自己就顯得格外重要，并要突出強(qiáng)調(diào)迭代設(shè)計(jì)過(guò)程。在課程的教學(xué)中，教師要求學(xué)生上交任務(wù)完成情況，不是要學(xué)生簡(jiǎn)單地記錄流水賬，而是要教導(dǎo)學(xué)生反思自己發(fā)現(xiàn)了什么，做了什么或沒(méi)做什么，并且提出新的想法，說(shuō)明他們下一次怎么樣才可以做得更好。

教師自己也應(yīng)該堅(jiān)持撰寫日志或手記，根據(jù)學(xué)生對(duì)自己的自我反思和誠(chéng)實(shí)度來(lái)評(píng)估學(xué)生。

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