基于STEAM教育理念下的3DOne教學(xué)與多學(xué)科融合

張賽 南京市瑯琊路小學(xué)明發(fā)濱江分校

3Done軟件是探索技術(shù)與藝術(shù)的入口，它將計算機(jī)中的虛擬世界與真實世界相連接，學(xué)生可以通過3Done軟件去創(chuàng)造實物，這為學(xué)生提出問題、思考問題、解決問題提供了新的路徑。3D建模設(shè)計的重點不是步驟的操作而是學(xué)生的創(chuàng)意。2015年李克強(qiáng)總理在政府工作報告提出：“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”的理念，在教育層面上可以理解為要注重培養(yǎng)學(xué)生興趣、激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識、提升學(xué)生綜合素養(yǎng)。這正與3D建模與打印教學(xué)的重點不謀而合。因此，教師在教學(xué)新技術(shù)時，應(yīng)從學(xué)生角度出發(fā)，多考慮學(xué)生未來發(fā)展，選擇合適的教學(xué)模式與方法。STEAM教育正是整合Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）、Arts（藝術(shù)）、Mathematics（數(shù)學(xué)）領(lǐng)域相融合的一種培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)的教育新模式，是技術(shù)與工程教育和藝術(shù)人文教育的融合，旨在推動技術(shù)驅(qū)動的教學(xué)創(chuàng)新[1]。將STEAM教育理念和思想融入3DOne教學(xué)中，以多學(xué)科融合的教學(xué)方式，倡導(dǎo)“做”中“學(xué)”，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。基于STEAM教育理念可以從以下三個方面進(jìn)行多學(xué)科有機(jī)融合。

一、基于STEAM教學(xué)理念制定3D教學(xué)目標(biāo)

一節(jié)課，教學(xué)目標(biāo)既是教學(xué)的出發(fā)點，也是教學(xué)的終點，它是教師對學(xué)生達(dá)到的學(xué)習(xí)成果或最終行為的明確闡述。一切教學(xué)活動都圍繞教學(xué)目標(biāo)為中心開展，使得教學(xué)達(dá)到預(yù)期效果。因此在教學(xué)3DOne時要基于STEAM教育理念深思熟慮的制定教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)目標(biāo)的制定可以從科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)五個維度出發(fā)，多角度思考、多學(xué)科融合。

雖然教學(xué)目標(biāo)從以上五個維度出發(fā)制定，但是這五個維度的目標(biāo)并不是簡單的疊加，也不是層層遞進(jìn)的關(guān)系。教學(xué)目標(biāo)中的科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)五個維度應(yīng)是并列的關(guān)系，它們是交叉融合的有機(jī)整體。

二、基于STEAM教學(xué)理念設(shè)計教學(xué)過程

教學(xué)過程是有計劃的、動態(tài)性的過程，在這個過程中教師有計劃地引導(dǎo)學(xué)生掌握3DOne相關(guān)知識、認(rèn)識客觀世界，從而促進(jìn)學(xué)生身心全面發(fā)展。基于STEAM教育理念，設(shè)計3DOne教學(xué)時要使學(xué)生知其然更要知其所以然，這必然需多角度觀察、多學(xué)科融合。

（一）分析幾何組成，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)意識與科學(xué)分析能力

生活中的物品都是由一些數(shù)學(xué)幾何圖形構(gòu)成的，教師提供一些具有代表性的物品，比如日常使用的筆，學(xué)生通過小組合作討論、分析、測量等一系列的活動，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)意識和科學(xué)分析能力。

首先，知其特點，通過提問的方式，讓學(xué)生觀察圖片說說是哪種筆并說明的理由。學(xué)生在說明理由的過程實際上就是歸納圓珠筆的特點，在無形中發(fā)現(xiàn)圓珠筆的特點，這也是三維實體圖形的特點，數(shù)學(xué)中的幾何圖形的特點在無形中已經(jīng)在學(xué)生思維中留下記憶。其次，議其結(jié)構(gòu)，通過觀察實物圓珠筆，小組合作討論科學(xué)地確定圓珠筆的各個結(jié)構(gòu)，之所以說科學(xué)，是有一定的依據(jù)的，這個理由可以根據(jù)從內(nèi)到外、從上到下等依據(jù)進(jìn)行分析，說出理由合理即可。最后探其大小，通過教師的引導(dǎo)與微視頻的學(xué)習(xí)讓學(xué)生對平面圖形、立體幾何圖形有了進(jìn)一步的了解，從而更精確的測量出實物各結(jié)構(gòu)的大小。

（二）小組代表匯報，提升學(xué)生語言素養(yǎng)

一節(jié)成功的信息課必定是師生精彩互動的過程，師生互動過程中，教師要鼓勵學(xué)生能夠表達(dá)自己的想法，特別是在小組合作過程中，小組代表同學(xué)能夠總結(jié)并向全班同學(xué)展示組內(nèi)其他同學(xué)的講解。在3DOne教學(xué)中亦是如此，規(guī)范學(xué)生匯報的流程，提升學(xué)生語言素養(yǎng)。例如在執(zhí)教《3D設(shè)計之我的圓珠筆》這課時，我要求小組同學(xué)在匯報組內(nèi)的成果時，首先要學(xué)生說出自己是第幾組的代表，同時在匯報過程中都是以“我們”為第一人稱，一方面讓匯報者意識到在活動過程中是以團(tuán)隊為單位進(jìn)行探究活動；另一方面讓團(tuán)隊沒有發(fā)言的同學(xué)也能感受自己在團(tuán)隊中發(fā)揮的作用。俗話說說者無意聽者有心，意旨促進(jìn)學(xué)生高情商表達(dá)。其次，給學(xué)生一個表達(dá)范式，規(guī)范學(xué)生表達(dá)思路，理清順序關(guān)系。在學(xué)生匯報測量實體大小環(huán)節(jié)的時候，小組成員是先通過學(xué)習(xí)視頻發(fā)現(xiàn)的知識點，再根據(jù)視頻中的發(fā)現(xiàn)實際操作測量，得出實體的大小。

（三）3DOne設(shè)計模型，發(fā)展學(xué)生工程思維

工程思維是指人們在工程活動及工程研究過程中形成的獨特的思維方式[2]。在3DOne軟件中建立模型小到一個花瓶大到一座房子，在設(shè)計建模過程中都蘊含著工程思維。學(xué)生在生活中的一些工程思維如何利用計算機(jī)中的技術(shù)來實現(xiàn)呢？這就需要教師在教學(xué)中合理引導(dǎo)發(fā)展學(xué)生的工程思維。例如在執(zhí)教《3D設(shè)計之我的圓珠筆》時，使用對比法教學(xué)法，將在3DOne中設(shè)計的模型與生活中的實物進(jìn)行對比。

學(xué)生根據(jù)已有生活經(jīng)驗對比發(fā)現(xiàn)模型中存在的問題，并利用信息技術(shù)手段來解決問題。理解“技術(shù)”的基礎(chǔ)上，再次實現(xiàn)“技術(shù)”。比如“抽殼”的概念，學(xué)生根據(jù)已有的經(jīng)驗是將實心的物體進(jìn)行“掏空”，留下“外殼”，對于計算機(jī)命令就可以利用“抽殼”命令完成，可以“掏空”外邊緣，也可以“掏空”內(nèi)部，在基礎(chǔ)上理解“抽殼”概念與命令的使用。學(xué)生在思考與操作過程中不斷提升工程思維能力與動手操作能力。

（四）對比評價模型，感受藝術(shù)之美

教學(xué)過程中評價是必不可少的過程，它是學(xué)生分享3D作品模型后的再認(rèn)識反思的過程。通過展示不同作品進(jìn)行對比，感受不同顏色、不同大小、不同造型的圓珠筆給學(xué)生帶來的視覺之美。在評價過程中自我評價和相互評價相結(jié)合。學(xué)生先進(jìn)行自我評價，通過對比其他同學(xué)的作品，說說自己作品的有缺點，還想從哪些方面進(jìn)行改進(jìn)。學(xué)生再進(jìn)行相互評價，說一說自己最喜歡哪位同學(xué)設(shè)計的圓珠筆，并說說自己的理由。在評價過程中學(xué)生再次認(rèn)識自己設(shè)計的作品，為改進(jìn)自己的作品而思考與再設(shè)計，感受學(xué)習(xí)信息技術(shù)的美好。

三、基于STEAM教學(xué)理念設(shè)計延伸創(chuàng)意作品

一節(jié)3D設(shè)計課雖然結(jié)束了，但是學(xué)生的學(xué)習(xí)并沒有結(jié)束。STEAM教學(xué)理念橫向理解可以在一節(jié)課內(nèi)進(jìn)行多學(xué)科融合，縱向理解可以圍繞一個主題多學(xué)科教學(xué)，也就是說將3DOne設(shè)計課延伸到其他學(xué)科。

（一）與美術(shù)學(xué)科相結(jié)合，制作創(chuàng)意美術(shù)花瓶

眾所周知，目前學(xué)校的3D打印材料比較有限，而且色彩單一，但是學(xué)生設(shè)計的作品卻是豐富多彩的，3D打印出來的效果并不是非常理想。基于此，我們可以充分利用信息課堂同學(xué)們設(shè)計的3D作品與美術(shù)學(xué)科相融合，進(jìn)行創(chuàng)意手工作品的制作。例如圍繞《送給媽媽的花瓶》這課，在信息課上在3DOne軟件中設(shè)計花瓶，利用3D打印機(jī)打印花瓶，在美術(shù)課上利用美術(shù)知識進(jìn)行修飾花瓶。如圖：在信息課上設(shè)計的花瓶，美術(shù)興趣小組上改同學(xué)進(jìn)行了上色。

（二）與勞技學(xué)科相結(jié)合，制作創(chuàng)意圓珠筆

3DOne教學(xué)設(shè)計更多的作品是一個個分散的小零件，比如圓珠筆，可以以分為筆殼、筆芯、筆套……那么打印出來并不能像我們現(xiàn)實生活中的圓珠筆那樣能夠有機(jī)組合使用，只能是一個圓珠筆的模型，那么我們可以基于《3D設(shè)計之我的圓珠筆》這節(jié)課，打印出筆筆殼和筆蓋，利用勞技的課，巧妙利用生活中的一些方法將自己設(shè)計的圓珠筆模型能夠應(yīng)用于生活，制作屬于自己的創(chuàng)意圓珠筆。

總之，基于STEAM教育理念下的3D教學(xué)有利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程思維、藝術(shù)素養(yǎng)和數(shù)學(xué)意識等多方面的綜合性發(fā)展。但是在教學(xué)過程中還需要教師選取貼合學(xué)生生活、具有典型性的案例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，同時巧妙與多學(xué)科相融合，為培養(yǎng)創(chuàng)新人才而努力。