【摘 要】隨著課程改革的深化和2022版義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，相關(guān)教學(xué)方式也在發(fā)生變化。本文從培養(yǎng)具有核心素養(yǎng)的創(chuàng)新型人才出發(fā)，以校本課程“智造小樂器”項目為例，深度融入STEAM教育理念和項目化學(xué)習(xí)策略，提出了一種適合小學(xué)的3D打印教學(xué)模式，助力育人方式改革。

【關(guān)鍵詞】信息科技；3D打??；STEAM理念；項目化學(xué)習(xí)；教學(xué)模式

【中圖分類號】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B

【論文編號】1671-7384（2023）011-060-03

引 言

2022年4月，教育部頒布了《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》，明確提出信息科技課程要培養(yǎng)學(xué)生的信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任的核心素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)與技能的發(fā)展。信息科技在課程內(nèi)容和教學(xué)方法上都面臨變革。

STEAM教育理念主張在真實情境中探究式學(xué)習(xí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程就像科學(xué)家對自然的探究與工程師對實際問題的解決過程，學(xué)生從自己的生活經(jīng)驗入手，綜合調(diào)用所理解和掌握的知識，通過不斷合作、發(fā)現(xiàn)、搜尋、嘗試、理解和解決問題的過程完成整個學(xué)習(xí)[1]。項目化學(xué)習(xí)方法是目前比較先進(jìn)的適用于培養(yǎng)具有創(chuàng)造性學(xué)生的有效方法。它指向核心素養(yǎng)培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生對知識的遷移和深度理解，運用各種工具和資源解決問題。而風(fēng)靡全球的3D打印技術(shù)也逐漸被引入中小學(xué)課堂，它是小學(xué)信息科技課程的重要組成，能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生的空間能力和創(chuàng)新實踐能力，在其他學(xué)科中也可以利用3D建模，幫助學(xué)生直觀地觀察數(shù)理模型，理解抽象概念。這些先進(jìn)的教學(xué)理念和新技術(shù)也促進(jìn)了教師對新教學(xué)方式的探索。

本文介紹的小學(xué)3D打印教學(xué)實踐以項目為載體，深度融入STEAM教育理念，有助于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、深度思考和應(yīng)用創(chuàng)新的能力，讓知識能夠重歸于生活。

小學(xué)3D打印課程的教學(xué)模式

3D打印課程本身具有跨學(xué)科的特性。學(xué)生以現(xiàn)實生活中存在的問題為向?qū)?，從解決問題和達(dá)成目標(biāo)著手，在圖紙設(shè)計、建立模型、生成產(chǎn)品的過程中，運用各種工具和資源探究解決問題的方案。其中需要綜合運用科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程、信息技術(shù)、藝術(shù)等領(lǐng)域的知識，并在多學(xué)科之間建立聯(lián)系。這些特性與STEAM理念和項目化學(xué)習(xí)思想不謀而合，在3D打印課程中開展基于STEAM理念的項目化學(xué)習(xí)，可以助力學(xué)生打破傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式，鼓勵學(xué)生像科學(xué)家、工程師一樣進(jìn)行思考和探究，讓學(xué)生體會到從創(chuàng)意到產(chǎn)品生成的樂趣，提升學(xué)生的數(shù)字素養(yǎng)和創(chuàng)新力。

筆者基于STEAM教育理念和項目化學(xué)習(xí)設(shè)計方法，結(jié)合具體的校本化課程實踐經(jīng)驗，總結(jié)出了適合在新課標(biāo)背景下開展的小學(xué)3D打印課程的教學(xué)模式。該模式以項目化學(xué)習(xí)的六個階段（包括提出真實的驅(qū)動問題，知識與能力的構(gòu)建，實踐與形成成果，交流與迭代優(yōu)化，成果公開展示，反思、遷移與拓展）為核心，學(xué)生圍繞這六個階段開展學(xué)習(xí)活動，構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，培養(yǎng)核心素養(yǎng)[2]。在該模式中，師生的教與學(xué)活動分為課內(nèi)和課外兩個部分。在課內(nèi)，教師是學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，通過尋找核心知識，提出關(guān)鍵問題，引導(dǎo)學(xué)生思考，搭建學(xué)習(xí)支架，組織研討實踐，促進(jìn)多學(xué)科融合；學(xué)生是學(xué)習(xí)的主導(dǎo)者，運用高階思維分析問題，分組協(xié)作，創(chuàng)作生成，迭代優(yōu)化，交流展示，反思延伸。在課外，以翻轉(zhuǎn)課堂的形式開展，教師提前分享相關(guān)閱讀書目、微課、微視頻，發(fā)布調(diào)查問卷，促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，并開展線上答疑指導(dǎo)；學(xué)生開展多路徑自主學(xué)習(xí)，使用思維導(dǎo)圖歸納知識點和創(chuàng)意，進(jìn)行課外調(diào)查、訪談等。同時，依據(jù)教、學(xué)、評一致的教學(xué)設(shè)計思路，基于量規(guī)的科學(xué)合理的評價覆蓋項目化學(xué)習(xí)的全過程。做到評價主體多元化，即自我評價、生生互評與教師評價相結(jié)合；評價方式多樣化，即過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合，以評促學(xué)，讓學(xué)習(xí)過程變得更加完整和有意義。

小學(xué)3D打印課程的實施

3D打印課程之“智造小樂器”項目實例，以小學(xué)四年級科學(xué)課上冊“聲音”單元為切入點，組織學(xué)生在3D打印課堂上研發(fā)合適的小樂器產(chǎn)品，為科學(xué)課提供研究聲音的裝置。該項目實例依據(jù)基于STEAM的項目化小學(xué)3D打印課程的教學(xué)模式開展，以項目化學(xué)習(xí)的六個階段為核心有序推進(jìn)，課內(nèi)、課外兩線并行，開展了為期三周共六課時的項目化學(xué)習(xí)實踐。在這個過程中學(xué)生們探究聲音震動的原理（科學(xué)），掌握3D設(shè)計軟件和3D打印機(jī)的使用（信息科技），繪制產(chǎn)品圖紙（工程），裝飾產(chǎn)品和演奏（藝術(shù)），學(xué)會測量、按比例縮放和空間旋轉(zhuǎn)（數(shù)學(xué)），在真實的情境中有意義地靈活運用這些知識，培養(yǎng)了科學(xué)的思維方式，提升了解決問題的能力。

1.提出真實的驅(qū)動問題

項目化學(xué)習(xí)通常由驅(qū)動問題來引發(fā)學(xué)生的思考和探究，好的驅(qū)動問題應(yīng)該是具有真實意義的、開放的，能讓學(xué)生主動投入思考并產(chǎn)生高階學(xué)習(xí)。驅(qū)動問題不應(yīng)簡單由教師提出，而應(yīng)該是教師尋找核心知識點，通過創(chuàng)設(shè)真實的貼近學(xué)生生活的情境，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出，這樣才能最大化地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與積極性。

經(jīng)過全班師生的頭腦風(fēng)暴，“聲音”單元引起了大家的興趣，該單元要通過一些小樂器（管樂器、弦樂器、打擊樂器......）來探究聲音的秘密，研究聲音的產(chǎn)生、傳播、強(qiáng)弱、高低等。在此背景下，教師提出了一個與學(xué)生學(xué)習(xí)生活密切相關(guān)的真實的驅(qū)動問題——如果成立一個3D打印樂器研發(fā)小組，如何開發(fā)出一款合適的小樂器，作為聲音研究工具？在這個問題的驅(qū)動下，3D打印項目化學(xué)習(xí)逐步展開。

2.知識與能力的構(gòu)建

在傳統(tǒng)的課堂中，往往存在著以教師為中心與向?qū)W生灌輸知識的現(xiàn)象，這種方式不利于學(xué)生知識內(nèi)化和形成自己的思考。而基于STEAM的項目化課堂提倡學(xué)生自主地通過教師推薦的書籍、網(wǎng)絡(luò)、微視頻等收集項目背景信息，通過專家訪談、微課學(xué)習(xí)，以往知識回顧、思維導(dǎo)圖等開展多路徑的主動學(xué)習(xí)。學(xué)生要完成一個項目，必須經(jīng)歷跨學(xué)科的學(xué)習(xí)和多學(xué)科的融合，依據(jù)教師搭建的學(xué)習(xí)支架，如某個真實的情境、學(xué)習(xí)任務(wù)單、相關(guān)學(xué)習(xí)資源等，逐步構(gòu)建出需要掌握的核心知識，并建立與知識和經(jīng)驗的聯(lián)系。這樣的教學(xué)模式更能培養(yǎng)出面向未來的學(xué)生。

在“智造小樂器”項目的知識與能力構(gòu)建階段中，涉及如下步驟。

（1）教師提出問題：聲音是如何產(chǎn)生的？如何讓物體發(fā)出不同強(qiáng)弱、高低的聲音？從而引導(dǎo)學(xué)生思考樂器發(fā)聲的科學(xué)原理。

（2）教師開設(shè)關(guān)于樂器的微講座，實地或視頻展示不同樂器的演奏；提供多種類型的樂器實物，讓學(xué)生觀察、觸摸、嘗試演奏，建立直觀感受，進(jìn)一步探索樂器的發(fā)聲機(jī)制。

（3）學(xué)生搜集身邊的多種材料，設(shè)計并開展對音階的實驗研究。

（4）教師通過發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)單、微課、微視頻，幫助學(xué)生掌握123D Design軟件的基本操作，包括設(shè)計草圖、建立基本體、構(gòu)造合并實體等，學(xué)會使用3D打印機(jī)。

（5）學(xué)生通過上網(wǎng)查找資料、查閱相關(guān)書籍、與教師討論等方式了解物體的測量和工程圖紙的繪制方法等。

3.產(chǎn)品制作與形成成果

在本階段，教師繼續(xù)提供學(xué)習(xí)支架，如項目報告書框架、范例模型，組織指導(dǎo)學(xué)生分小組進(jìn)行研討創(chuàng)作。學(xué)生將前面階段所掌握的知識與技能和解決問題的策略進(jìn)行綜合，形成系統(tǒng)的解決方案。學(xué)生通過不斷合作、嘗試和解決問題完成整個學(xué)習(xí)，期間需要親歷設(shè)計與實施、軟件操作與設(shè)備使用、小組研討與協(xié)作、計劃與反思、藝術(shù)創(chuàng)作等有意義的學(xué)習(xí)實踐過程，核心素養(yǎng)不斷被培養(yǎng)，從而形成在做中學(xué)、學(xué)中思、思中創(chuàng)的高質(zhì)量課堂。

該項目在此階段分如下三個步驟開展和實施。

（1）學(xué)生根據(jù)前期調(diào)研和學(xué)習(xí)，自發(fā)組成4-5人的研究小組，選擇感興趣的樂器類型作為小組的項目研發(fā)主題；確立項目目標(biāo)，預(yù)設(shè)產(chǎn)品外觀與功能；制定項目進(jìn)度跟蹤表，細(xì)化學(xué)生組員任務(wù)分工和時間規(guī)劃。

（2）在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生形成并逐步完成“智造小樂器”項目報告書，其內(nèi)容包括小樂器發(fā)聲的科學(xué)原理、產(chǎn)品解決方案、所需材料（材料來源和成本統(tǒng)計）、制作步驟以及3D打印部件的設(shè)計圖紙。

（3）各個小組學(xué)生使用123D Design軟件進(jìn)行樂器部件的建模，并用3D打印機(jī)“生產(chǎn)”出這些部件，再結(jié)合其他輔助材料（琴弦、橡皮筋、皮革、氣球皮、彩繩、丙烯顏料……）制作和裝飾小樂器產(chǎn)品。

4.交流與迭代優(yōu)化

這一階段是項目產(chǎn)品的檢驗和測試環(huán)節(jié)。項目小組要對產(chǎn)品是否達(dá)到預(yù)期的外觀、功能和效果進(jìn)行測試和評價，結(jié)合教師或外部專家、其他小組提出的建議，有針對性地修改方案和完善產(chǎn)品，形成螺旋上升的學(xué)習(xí)過程。

針對初步形成的小樂器作品，各項目組先進(jìn)行內(nèi)部測試和評價，結(jié)合教師的建議對產(chǎn)品的功能和外觀進(jìn)行迭代修改和完善。作品完善后，在小組之間進(jìn)行分享和展示。根據(jù)教師提供的評價量規(guī)表，本項目小組、其他項目小組和指導(dǎo)教師對項目實施過程和形成的作品進(jìn)行評價、投票和交流。各小組記錄、研討并形成修改意見，再次優(yōu)化自己的產(chǎn)品。

5.成果公開展示

成果的公開展示有利于學(xué)生獲得成就感和儀式感，形式可以包括作品展覽、演出匯報、產(chǎn)品發(fā)布會等。通過成果展示活動，項目小組不但可以接收到更多的反饋信息，小組成員還能進(jìn)一步合作，鍛煉表達(dá)力，培養(yǎng)樂于分享的精神。

在“智造小樂器”項目中，學(xué)生們歷時三周的項目化學(xué)習(xí)實踐，在一次次失敗中不斷地反思與改進(jìn)，最終形成了各自滿意的作品——排笛、小吉他、小豎琴和非洲鼓……它們個性靈動、美觀實用。為了更好地展示和交流，各個項目組舉行了小樂器微型發(fā)布會，現(xiàn)場演奏小樂器，闡述設(shè)計理念，介紹和推廣自己的產(chǎn)品，分享在制作過程中遇到的困難，聽取了使產(chǎn)品更加完善的觀點和意見。最后，每個小組提交了跟蹤整個項目的報告書，對本次“智造小樂器”項目做出階段性的梳理和總結(jié)。

6.反思、遷移與拓展

反思、遷移與拓展環(huán)節(jié)是項目化學(xué)習(xí)“果實歸倉”與思維升華的重要階段。通過項目化學(xué)習(xí)，學(xué)生除了制作項目產(chǎn)品還形成了自己的思維方法，在這個階段，就要及時把學(xué)習(xí)的反思、收獲和好的方法進(jìn)行歸納總結(jié)，進(jìn)一步鞏固和內(nèi)化知識與能力。教師也要引導(dǎo)學(xué)生完善作品，拓展功能，促進(jìn)知識遷移能力和創(chuàng)新力。

在小樂器微型發(fā)布會后，學(xué)生對整個項目過程中的收獲、評價、建議等進(jìn)行整理，反思“我解決了什么問題？遇到了什么困難，我是怎樣解決的？如何提高團(tuán)隊協(xié)作效率？”師生進(jìn)一步互動，提出新的問題：根據(jù)用戶的體驗反饋，產(chǎn)品的哪些地方還可以改進(jìn)，如何實現(xiàn)？還可以給小樂器增加哪些實用的功能？能利用“所想即所得”的3D打印技術(shù)和一些新材料創(chuàng)造出新樂器品種嗎？通過不斷地追問和思考，讓學(xué)生學(xué)有所獲，把知識轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?，培養(yǎng)科學(xué)探究精神。

結(jié)束語

新版義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)頒布以來，如何將其有效地落地和實施是擺在一線中小學(xué)教育工作者面前的重要課題。筆者以新課程標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，針對小學(xué)階段信息科技課程的特點，梳理了基于STEAM的項目化小學(xué)3D打印課程的教學(xué)模式，并在教學(xué)中進(jìn)行實踐和應(yīng)用。實踐證明，在這樣的教學(xué)模式引領(lǐng)下，學(xué)生們圍繞核心素養(yǎng)，不僅能高效構(gòu)建各種知識和技能，還能學(xué)會傾聽同伴、有效討論、團(tuán)隊合作，懂得專注和堅持、計劃與反思，增強(qiáng)了運用技術(shù)解決實際問題的創(chuàng)新能力。希望本文的教學(xué)模式思路和具體實施過程能給各中小學(xué)探尋新課程標(biāo)準(zhǔn)的實施特別是信息科技課程的建設(shè)以及3D打印教學(xué)帶來一些新的思考。

參考文獻(xiàn)

[1]張悅穎，沈祖蕓主編. 小學(xué)STEM教育實踐路徑與方法：上海市世界外國語小學(xué)的探索[M]. 上海：上海科技教育出版社，2017： 5.

[2]夏雪梅. 項目化學(xué)習(xí)設(shè)計：學(xué)習(xí)素養(yǎng)視角下的國際與本土實踐[M]. 北京：教育科學(xué)出版社，2018：133-136.

作者單位：江蘇蘇州市吳江區(qū)水秀實驗小學(xué)

編 輯：馮安華