指向數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)培養(yǎng)的項(xiàng)目式教學(xué)案例探究

王秀芳

摘 要：開展項(xiàng)目式的3D創(chuàng)客教育教學(xué)新范式，記錄對3D創(chuàng)客教育其中一個(gè)項(xiàng)目《制作智能小車配件》的課堂教學(xué)實(shí)踐，探究了信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)如何在該案例中得到落實(shí)。

關(guān)鍵詞：3D創(chuàng)客;項(xiàng)目式學(xué)習(xí);微課;信息技術(shù)學(xué)科;核心素養(yǎng)

隨著信息社會(huì)的不斷進(jìn)步，大數(shù)據(jù)以及人工智能時(shí)代來臨，初中信息技術(shù)教學(xué)需要與時(shí)代接軌，加入新興的知識與技術(shù)以滿足學(xué)習(xí)者的渴求?；诖吮尘跋拢髡咴诔踔袑W(xué)段開展3D創(chuàng)客教育，嘗試項(xiàng)目式的學(xué)習(xí)新范式，探究信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)在3D創(chuàng)客教育案例中的細(xì)化與落實(shí)。此文以3D創(chuàng)客教育中的其中一個(gè)項(xiàng)目《制作智能小車配件》為例進(jìn)行闡述。

一、項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)

1.利用微課學(xué)會(huì)在3Done中繪制圓柱、長方體等基本實(shí)體，了解相應(yīng)的參數(shù)及空間位置關(guān)系，體會(huì)從二維平面到三維空間的轉(zhuǎn)變。（指向“學(xué)會(huì)數(shù)字化學(xué)習(xí)”素養(yǎng)）

2.利用微課學(xué)會(huì)分析組合圖形，分解成基本圖形，選擇合理的建模方式，在建模過程中體會(huì)優(yōu)化的作用。（指向“學(xué)會(huì)數(shù)字化學(xué)習(xí)”素養(yǎng)）

3.利用微課學(xué)會(huì)打印前文件的處理及使用3D打印機(jī)，進(jìn)一步理解3D打印機(jī)的工作原理，通過觀察打印過程及成品，理解3Dstar中打印設(shè)置的作用。（指向“學(xué)會(huì)數(shù)字化學(xué)習(xí)”素養(yǎng)）

4.利用微課通過觀察、實(shí)際安裝、討論等方式探究改進(jìn)方案，感受改進(jìn)的過程，培養(yǎng)創(chuàng)新思維的能力，在交流中提出有價(jià)值的信息，體驗(yàn)設(shè)計(jì)的樂趣。（指向“創(chuàng)新能力培養(yǎng)”素養(yǎng)）

二、項(xiàng)目實(shí)錄

環(huán)節(jié)一：3D建模

【過程】

1.教師介紹：這是一個(gè)以項(xiàng)目為單位的學(xué)習(xí)單元，從今天開始《制作智能小車配件》的學(xué)習(xí)，本項(xiàng)目的主題是為智能小車的主板做一個(gè)支撐用的配件。請學(xué)生根據(jù)本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)單，通過觀看各環(huán)節(jié)相關(guān)的微課來明確本階段的學(xué)習(xí)目標(biāo)以及具體的學(xué)習(xí)任務(wù)。

2.教師下發(fā)學(xué)習(xí)微視頻及學(xué)習(xí)單，對其使用進(jìn)行說明：請學(xué)生仔細(xì)閱讀表格中的每塊學(xué)習(xí)內(nèi)容，觀看微課視頻，自學(xué)并獨(dú)立完成各任務(wù)。

3.部分學(xué)生作品展示，引導(dǎo)學(xué)生從建模思路和技巧兩個(gè)方面說一說：我是怎么做的？為什么我要這樣做？教師提出“優(yōu)化”的設(shè)計(jì)理念，引導(dǎo)學(xué)生回顧、梳理3Done的軟件操作重難點(diǎn)。

【現(xiàn)場】

學(xué)生對照著學(xué)習(xí)單和電腦上的學(xué)習(xí)視頻，開始學(xué)習(xí)建模。課堂起先是安靜的，學(xué)生整齊劃一地戴上耳機(jī)，看起了微課1，即本課的導(dǎo)入微視頻，然后根據(jù)微課1布置的任務(wù)及學(xué)習(xí)單的指引，進(jìn)入下一階段的學(xué)習(xí)。教師巡視。

漸漸的，課堂上有了變化：

生1：按照學(xué)習(xí)單的流程，看完相應(yīng)的微課和學(xué)習(xí)類微視頻，順利把本階段的建模任務(wù)完成了。

生2：看完微課和學(xué)習(xí)類微視頻后，感覺自己完成建模還是有困難，又打開操作視頻觀看，模仿操作視頻完成了建模。

生3和生4是同桌：在使用學(xué)習(xí)單和微視頻的過程中，生3遇到了困難，和生4討論并完成了建模。

生5：學(xué)習(xí)過程中遇到了困難，舉手問老師。教師對其進(jìn)行重點(diǎn)引導(dǎo)，提示他利用哪個(gè)微視頻來尋求解決困惑的方法。

……

實(shí)際的效果是學(xué)生的完成率和完成質(zhì)量都挺不錯(cuò)的，說明了適合自己的學(xué)習(xí)方式才是最好的。個(gè)體之間肯定存在著差異，在可以自己選擇學(xué)習(xí)方式的時(shí)候，這種差異可以用不同的學(xué)習(xí)方法來彌補(bǔ)。學(xué)習(xí)的主動(dòng)性明顯提升，找對了學(xué)習(xí)方法可以讓學(xué)習(xí)事半功倍。

這一環(huán)節(jié)有較多的新的知識點(diǎn)需要掌握。教師通過學(xué)習(xí)單和微視頻的方式讓學(xué)生明確任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)著分析問題，以優(yōu)化的思路尋求解決問題的方案。在這個(gè)環(huán)節(jié)，教師把教學(xué)的重點(diǎn)放在學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)上，體驗(yàn)多種學(xué)習(xí)方法的過程中讓學(xué)生學(xué)著選擇適合自己的方法或者適合學(xué)習(xí)某個(gè)知識點(diǎn)的方法來學(xué)習(xí)。比如微視頻的學(xué)習(xí)，比如學(xué)習(xí)單上思考練習(xí)，比如同伴間的討論，比如與教師的互動(dòng)。

微視頻教學(xué)是這一環(huán)節(jié)的亮點(diǎn)。微視頻分為三類：“微課”是對這一階段學(xué)習(xí)任務(wù)的引導(dǎo)，“學(xué)習(xí)用微視頻”是對相應(yīng)知識點(diǎn)的解釋說明。基礎(chǔ)好一些的學(xué)生通過觀看這兩類微視頻后需要經(jīng)過思考轉(zhuǎn)化為自己的理解，并運(yùn)用到建模過程中去?！安僮饕曨l”是對這一環(huán)節(jié)的操作演示，觀看前兩類視頻，思考后還是有困難的學(xué)生可以模仿這一類視頻的操作方法，再進(jìn)一步體驗(yàn)反思為什么要這樣操作。

環(huán)節(jié)二：3D打印

【過程】

1.回顧建模和3D打印機(jī)基礎(chǔ)。

2.教師介紹：打印前建模文件需要處理完成打印設(shè)置，然后使用打印機(jī)進(jìn)行打印。

3.布置任務(wù)：根據(jù)學(xué)習(xí)單和微視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)。

【現(xiàn)場】

學(xué)生對照著學(xué)習(xí)單和電腦上的學(xué)習(xí)視頻，開始學(xué)習(xí)將建模文件經(jīng)過特定軟件切片，處理成供3D打印機(jī)運(yùn)行的打印文件。學(xué)生戴上耳機(jī)觀看微視頻《打印前的文件處理》，把前一環(huán)節(jié)中保存下來的模型文件通過3D star軟件制作成STL文件。教師巡視，并提示學(xué)生注意觀察視圖區(qū)物體的位置和猜想打印設(shè)置中各選項(xiàng)的作用。

學(xué)生接下來觀看微視頻《如何使用3D打印機(jī)》，學(xué)會(huì)后嘗試操作3D打印機(jī)，打印出實(shí)體模型。教師巡視，并提示學(xué)生注意觀察3D打印機(jī)的工作狀態(tài)，并聯(lián)系打印設(shè)置感知和進(jìn)一步理解切片的原理。

通過觀察，學(xué)生產(chǎn)生了很多的疑問：

生1：打印設(shè)置中我設(shè)置為精細(xì)打印，而我的同桌設(shè)置的是普通打印，會(huì)有什么不同呢？（師：注意觀察打印過程，比較你們倆人打印的時(shí)間，注意觀察打印好的成品比較光滑度等）

生2：為什么我的模型打印的時(shí)候出現(xiàn)在底板的一角，而其他同學(xué)的模型打印在底板的中央？（師：打開3D star中的打印設(shè)置界面，觀察并猜想哪個(gè)設(shè)置選項(xiàng)會(huì)影響打印的位置，比較你的設(shè)置與其他同學(xué)有什么不同？）

生3：我的模型打印好了，外面有一層保護(hù)很難去除，是不是有必要加這個(gè)保護(hù)呢？（師：這個(gè)叫支撐，支撐的產(chǎn)生和擺放的方向有很大關(guān)系，觀察你現(xiàn)在的模型方向，想一想怎么改變能減少或者不產(chǎn)生支撐？）

……

實(shí)際的效果是學(xué)生都學(xué)會(huì)了處理STL文件和3D打印模型，收獲模型的同時(shí)也收獲了很多疑問，大部分學(xué)生迫不及待重新研究起切片環(huán)節(jié)中的打印設(shè)置選項(xiàng)，主動(dòng)學(xué)習(xí)的勁頭十足。這一環(huán)節(jié)，相對比較簡單，知識點(diǎn)比較單一，分為打印文件的處理和使用打印機(jī)兩個(gè)部分。其中涉及一個(gè)新軟件3Dstar的設(shè)置和使用。在這一階段，學(xué)生運(yùn)用的學(xué)習(xí)方法比較統(tǒng)一，使用微視頻學(xué)著認(rèn)識3Dstar、制作切片文件，使用微視頻學(xué)著用3D打印機(jī)進(jìn)行打印。

觀察是這一環(huán)節(jié)的亮點(diǎn)。通過觀察3D打印機(jī)的打印過程，會(huì)更好地理解切片文件的原理。通過觀察打印好的模型，對軟件中的建模、3Dstar中的打印設(shè)置和實(shí)際產(chǎn)品之間建立了最直觀的聯(lián)系。但是觀察后產(chǎn)生的疑問才是該環(huán)節(jié)的重點(diǎn)，有了疑問就有了進(jìn)一步的思考，對該環(huán)節(jié)的知識點(diǎn)有了回顧，有了更深的理解。

環(huán)節(jié)三：改進(jìn)與創(chuàng)新

【過程】

1.回顧前兩個(gè)環(huán)節(jié)：建模和打印。

2.觀察模型，猜想：能裝上去嗎？如果能安裝上，能實(shí)現(xiàn)我們想要的功能嗎？

3.布置任務(wù)：根據(jù)學(xué)習(xí)單和微視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)。

【現(xiàn)場】

在這個(gè)環(huán)節(jié)，我引導(dǎo)著學(xué)生通過觀察、安裝、探究的過程來嘗試對模型的改進(jìn)與優(yōu)化。

學(xué)生對照著學(xué)習(xí)單和電腦上的學(xué)習(xí)視頻，開始學(xué)習(xí)安裝調(diào)試，討論記錄改進(jìn)方案，嘗試創(chuàng)新改造。腦洞大開以后，出現(xiàn)不少金點(diǎn)子：

生1：我發(fā)現(xiàn)打印好的模型表面因?yàn)橛兄味兊拇植?，影響安裝，所以我想通過修改打印設(shè)置和模型方向來提高打印的質(zhì)量。通過和有同樣想法的同學(xué)討論之后，我們有了這樣的改進(jìn)成果：……

生2：我在安裝的時(shí)候發(fā)現(xiàn)支架不容易固定，觀察底板和支架的連接處，我準(zhǔn)備在支架底部加一個(gè)六面體，使其可以卡在底板上。這是我的改進(jìn)方案：……

生3：我安裝后對這個(gè)支架的形狀不滿意，決定重新設(shè)計(jì)一個(gè)，也同樣可以起到固定的作用。而且，我這個(gè)設(shè)計(jì)可以不額外用螺絲來輔助固定，用的像古代木匠的契合卡住固定法，請看：……

課堂上精彩紛呈，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生很自然地就在觀察和動(dòng)手安裝的過程中發(fā)現(xiàn)了模型存在的諸多問題，并分析思考出了多種解決方案，甚至于可行性很強(qiáng)的解決方案。

學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)是這一環(huán)節(jié)的亮點(diǎn)。待到學(xué)生拿到成品，自然而然地通過觀察外觀，通過安裝的過程中發(fā)現(xiàn)了不足，這是發(fā)現(xiàn)問題;之后自然而然產(chǎn)生了改進(jìn)的欲望，主動(dòng)去思考怎么樣的模型才更適合于機(jī)器人主板的固定，這是分析問題;有了新的想法，自然而然地繼續(xù)探究要實(shí)現(xiàn)改良效果去改進(jìn)模型的設(shè)計(jì)好呢還是改進(jìn)打印的設(shè)置好呢，嘗試怎么樣改進(jìn)，最后打印出改良版成品，這是解決問題。這一系列的發(fā)現(xiàn)分析解決問題的學(xué)習(xí)過程完全是自發(fā)主動(dòng)的，甚至于給我一個(gè)學(xué)起來一發(fā)不可收拾探究起來完全停不下來的感覺。

三、反思與探究

信息技術(shù)課程之于其他學(xué)科課程不同之處，在于數(shù)字化環(huán)境中的真實(shí)性學(xué)習(xí)，即以數(shù)字化工具來處理真實(shí)性任務(wù)。信息技術(shù)核心素養(yǎng)為信息意識、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任。該案例《制作智能小車配件》注重學(xué)生利用信息技術(shù)解決問題能力的培養(yǎng)，教會(huì)學(xué)生技能知識的同時(shí)也教會(huì)學(xué)生學(xué)習(xí)的方法，最能體現(xiàn)的是學(xué)科核心素養(yǎng)中“數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新”素養(yǎng)的培養(yǎng)。

作為教學(xué)新范式的研究，我認(rèn)為本案例有兩個(gè)特點(diǎn)：

（一）采用基于STEM的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式

三個(gè)環(huán)節(jié)不以常規(guī)課時(shí)來劃分，而是以項(xiàng)目為單位、以學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)來劃分。例如在教學(xué)實(shí)踐中，我發(fā)現(xiàn)建模用一課時(shí)，打印用一課時(shí)，改進(jìn)創(chuàng)新用兩課時(shí)比較合適。具體操作起來可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況來靈活變動(dòng)，以不打斷學(xué)生的學(xué)習(xí)思維為原則，以學(xué)生獲得設(shè)計(jì)創(chuàng)造的整個(gè)過程體驗(yàn)為目的。項(xiàng)目式的學(xué)習(xí)更符合學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)，更有利于學(xué)生對某一個(gè)知識點(diǎn)的整體性、系統(tǒng)性的感知與體驗(yàn)。

（二）實(shí)現(xiàn)了四個(gè)轉(zhuǎn)變

1.目標(biāo)轉(zhuǎn)變：從“信息常識”到“數(shù)字素養(yǎng)”。

本例中學(xué)生不但了解了3D的概念，學(xué)會(huì)了3Done建模、3Dstar切片、3D打印機(jī)操作技術(shù)，還學(xué)會(huì)了利用微課微視頻學(xué)習(xí)單等多種輔助工具進(jìn)行數(shù)字化學(xué)習(xí)。

2.內(nèi)容轉(zhuǎn)變：從“關(guān)注工具特征”到“關(guān)注學(xué)科本體”。

本例中學(xué)生學(xué)會(huì)了從生活中收集信息獲得數(shù)據(jù)，處理分析信息來進(jìn)行設(shè)計(jì)與創(chuàng)新，這是信息技術(shù)學(xué)科本位。

3.方式轉(zhuǎn)變：從“知識技能學(xué)習(xí)”到“解決問題能力發(fā)展”。

本例中知識技能的學(xué)習(xí)沒有刻意強(qiáng)調(diào)，更關(guān)注的是學(xué)生發(fā)現(xiàn)并解決問題的能力：例如學(xué)習(xí)遇到困難了怎么辦？看微視頻。例如觀察打印時(shí)出現(xiàn)疑問了怎么辦？討論比較，回顧之前的學(xué)習(xí)過程去猜想、去思考、去探究。例如成品安裝時(shí)不合適怎么辦？動(dòng)手嘗試改進(jìn)?！笆谥詽O”，學(xué)會(huì)了選擇適合自己的學(xué)習(xí)方法來進(jìn)行學(xué)習(xí)，當(dāng)然也就意味著學(xué)習(xí)效率的提高。

4.價(jià)值轉(zhuǎn)變：從“應(yīng)用行為”到“學(xué)科思維”。

本例中教學(xué)的設(shè)計(jì)從學(xué)生個(gè)體出發(fā)，第一個(gè)環(huán)節(jié)學(xué)生學(xué)會(huì)選擇適合自身的學(xué)習(xí)方式，第二環(huán)節(jié)通過觀察學(xué)會(huì)分析問題，第三個(gè)環(huán)節(jié)自發(fā)主動(dòng)式學(xué)習(xí)，是對學(xué)生學(xué)科思維的引導(dǎo)，是一個(gè)完整的學(xué)習(xí)過程，也是學(xué)生如何學(xué)習(xí)信息技術(shù)的縮影：獲取信息、分析信息、使用信息、創(chuàng)造信息。所以說，要將素養(yǎng)落實(shí)到學(xué)生培養(yǎng)，必然是通過學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變、引導(dǎo)真實(shí)性學(xué)習(xí)的發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)preparing for future learning。

參考文獻(xiàn)：

劉宜萍.創(chuàng)客教育中培養(yǎng)“數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新”素養(yǎng)[J].中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)，2018（5）：55-57.

編輯 魯翠紅