基于STEM教育理念的3D打印課程作業(yè)設(shè)計(jì)

陳方婧

(武漢交通職業(yè)學(xué)院，武漢 430065)

一、STEM理念概述

STEM教育理念在1986年由美國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)發(fā)表的《大學(xué)的科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育》中首次提出，STEM教育將Science科學(xué)，Technology技術(shù)，Engineering工程，Mathematics數(shù)學(xué)這四門獨(dú)立的學(xué)科進(jìn)行整合，綜合運(yùn)用在教育教學(xué)當(dāng)中，培養(yǎng)綜合性創(chuàng)新人才。相對(duì)而言，中國(guó)較晚引入STEM理論，2017年6月20日，中國(guó)教育科學(xué)研究院STEM教育研究中心正式發(fā)布《中國(guó)STEM教育白皮書》[1]，制定了“中國(guó)STEM教育2029創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”，對(duì)未來十余年的STEM教育進(jìn)行展望，強(qiáng)調(diào)教育的實(shí)踐性、體驗(yàn)性，重視學(xué)科間的相互作用，重視學(xué)生整合式思維的過程和技能，自此教育思路與教學(xué)方式的革新有了新的參考依據(jù)。

二、STEM理念在3D打印課程中的運(yùn)用

STEM教育強(qiáng)調(diào)通過一定的教學(xué)策略，方法與思路，導(dǎo)入具體現(xiàn)實(shí)問題，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)展溝通協(xié)作能力、解決問題能力、創(chuàng)新能力,培養(yǎng)學(xué)生批判性思維[2]，這與我們傳統(tǒng)的“以學(xué)生為中心，任務(wù)驅(qū)動(dòng)，項(xiàng)目導(dǎo)向，產(chǎn)教融合”的教學(xué)理念不謀而合。3D打印課程是武漢交通職業(yè)學(xué)院——藝術(shù)學(xué)院，產(chǎn)品藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)開設(shè)的系列課程，根據(jù)“2018級(jí)產(chǎn)品藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)人才培養(yǎng)方案”其具體課程有《產(chǎn)品3D打印實(shí)訓(xùn)》、《創(chuàng)意思維表達(dá)與3D打印實(shí)現(xiàn)》、《Rhino+3D打印飾品設(shè)計(jì)創(chuàng)作》、《3DMAX+3D打印文創(chuàng)產(chǎn)品創(chuàng)作》、《互聯(lián)網(wǎng)+3D打印產(chǎn)品效果圖全景圖制作實(shí)訓(xùn)》，課程安排在第二學(xué)期至第四學(xué)期，共計(jì)346學(xué)時(shí)，課程時(shí)間跨度長(zhǎng)，涵蓋內(nèi)容豐富，將理論和實(shí)踐結(jié)合，課程設(shè)置循序漸進(jìn)。具體的教學(xué)實(shí)施中將STEM理念融入整個(gè)系列課程設(shè)計(jì)，但教學(xué)設(shè)計(jì)不夠完善，在教學(xué)實(shí)踐后，還有許多需要改進(jìn)。通過研讀斯坦福大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院與教育研究生院合作開設(shè)的d.loft STEM項(xiàng)目課程[3]，筆者仿照課程案例，改良《創(chuàng)意思維表達(dá)與3D打印實(shí)現(xiàn)》課程設(shè)計(jì)，完善課程中作業(yè)的設(shè)置，以期達(dá)到更好的教學(xué)效果。

三、3D打印課程作業(yè)設(shè)計(jì)

在教學(xué)實(shí)踐中，課前作業(yè)，課堂作業(yè)，結(jié)課作業(yè)貫穿整個(gè)課程?？茖W(xué)完善的作業(yè)設(shè)計(jì)能起到教學(xué)引導(dǎo)，拓展思維，鞏固記憶，教學(xué)反饋的作用，所以好的作業(yè)設(shè)計(jì)在課程教學(xué)中的作用不言而喻。以《創(chuàng)意思維表達(dá)與3D打印實(shí)現(xiàn)》的作業(yè)設(shè)計(jì)為例，多維度分析教學(xué)需求，制定較為科學(xué)，可行性強(qiáng)的作業(yè)設(shè)計(jì)。

(一)內(nèi)容的綜合性

根據(jù)“職教20條”的要求，職業(yè)教育培養(yǎng)的是綜合性的實(shí)踐型人才，在進(jìn)行課堂教學(xué)、作業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容可以從兩個(gè)方面展開。

1.跨學(xué)科的綜合性

在《創(chuàng)意思維表達(dá)與3D打印實(shí)現(xiàn)》這門課程中，筆者特別設(shè)計(jì)一些有趣的，跨學(xué)科的課堂習(xí)題，希望營(yíng)造活躍課堂氛圍的同時(shí)，讓學(xué)生們?cè)诮虒W(xué)活動(dòng)中掌握不同學(xué)科的知識(shí)和技能，并運(yùn)用到實(shí)際設(shè)計(jì)活動(dòng)中。例如在課堂作業(yè)部分設(shè)置了趣味思維題。趣味思維題涵蓋面很廣，包括奧數(shù)題，圖形創(chuàng)意與聯(lián)想題，視錯(cuò)覺題，腦筋急轉(zhuǎn)彎題。這些題取自數(shù)學(xué)、視覺藝術(shù)、心理學(xué)等學(xué)科，能多維度的開發(fā)學(xué)生思維，培養(yǎng)他們的思考能力，打破慣性思維，探索視覺妙境，培養(yǎng)聯(lián)想能力。通過課堂搶答的方式，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性。教師會(huì)根據(jù)課堂情況實(shí)時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，有趣的課堂作業(yè)被安排在課程中間部分，吸引學(xué)生注意力。

2.同學(xué)科的綜合性

3D打印課程中的知識(shí)點(diǎn)存在于一個(gè)完整的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系當(dāng)中，前后互有聯(lián)系。所以在本門課程的作業(yè)設(shè)計(jì)中，注重同學(xué)科的綜合性在作業(yè)設(shè)置中的展現(xiàn)。例如以小組為單位進(jìn)行3D打印機(jī)器操作的課堂實(shí)踐作業(yè)，考查的是學(xué)生對(duì)機(jī)器使用的掌握情況、課程知識(shí)點(diǎn)的掌握。機(jī)器操作考察了對(duì)數(shù)字建模軟件的處理，實(shí)踐操作中機(jī)器使用規(guī)范的遵循，及小組操作時(shí)分工協(xié)作的合理性。鞏固學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握，做到學(xué)以致用，融會(huì)貫通。

(二)載體的多樣性

作業(yè)不應(yīng)當(dāng)拘泥于課堂，不應(yīng)當(dāng)拘泥于紙筆的傳統(tǒng)形式，而應(yīng)該尋找更多的載體，探索更多的可能性。應(yīng)當(dāng)有課前思索，課中探索，課后求索的部分，所以作業(yè)的設(shè)置也應(yīng)當(dāng)在課前、課中、課后有不一樣的設(shè)計(jì)與偏向。在這一個(gè)部分，筆者用內(nèi)容載體、環(huán)境載體、評(píng)價(jià)載體這三個(gè)不同的維度來論述本門課程作業(yè)設(shè)計(jì)的思路與側(cè)重點(diǎn)。

1.內(nèi)容載體

(1)題目的開放性。提倡綜合性教育，以解決現(xiàn)實(shí)中的問題為驅(qū)動(dòng)的STEM教育理念，不期待標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的答案，而期待更加具有想象力、多元化的答案。我們?cè)谠O(shè)計(jì)作業(yè)的時(shí)候，應(yīng)適當(dāng)?shù)姆艑捯?，不局限學(xué)生思路。在課程結(jié)束后，設(shè)計(jì)了課后小論文環(huán)節(jié)，希望學(xué)生結(jié)合自身的情況，對(duì)本門課的理解，借助網(wǎng)絡(luò)查詢最新的3D打印知識(shí)，寫一篇自擬題目的小論文。這樣的開放性題目意在鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維、批判性思維，提高拓展知識(shí)的能力，撰寫小論文是希望引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課后求索，而不是結(jié)課后對(duì)本門課的內(nèi)容便不再關(guān)心。

(2)作業(yè)的實(shí)踐性。職業(yè)教育十分重視“理實(shí)一體化”的教學(xué)方法，也十分注重教學(xué)成果的轉(zhuǎn)化，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)作業(yè)時(shí)，也非常注重作業(yè)的實(shí)踐性，希望作業(yè)能脫離紙筆，更多的引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手，動(dòng)腦，出成果。在作業(yè)設(shè)計(jì)中最后的結(jié)課大作業(yè)占比最大，也最能考查學(xué)生的綜合素質(zhì)及對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握情況。經(jīng)過篩選，筆者最終選擇了征稿時(shí)間與課程時(shí)間相符合的，中國(guó)包裝聯(lián)合會(huì)主辦的PACKCON STAR AWARDS包裝設(shè)計(jì)大賽，帶領(lǐng)學(xué)生根據(jù)大賽要求來完成大作業(yè)的設(shè)計(jì)，并且將最終的作業(yè)拍照，上傳網(wǎng)絡(luò)參加設(shè)計(jì)比賽。學(xué)生以分組的方式完成作業(yè)，這樣在整個(gè)作業(yè)完成過程中鍛煉學(xué)生溝通協(xié)作能力，設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力，實(shí)踐操作能力。作品獲獎(jiǎng)，將優(yōu)秀作品申請(qǐng)專利，教學(xué)成果轉(zhuǎn)化，整個(gè)教學(xué)呈現(xiàn)“課程+作品”的形式。

(3)形式的多樣性。在作業(yè)設(shè)計(jì)中，筆者會(huì)考慮作業(yè)形式的多樣性?，F(xiàn)在學(xué)生多是獨(dú)生子女，在團(tuán)隊(duì)合作與溝通交流方面有所欠缺，所以要求學(xué)生以小組為單位來完成。作業(yè)完成的形式不拘泥于傳統(tǒng)，要與新技術(shù)相結(jié)合。比如合理使用線上課程資源，要求學(xué)生課前預(yù)習(xí)；在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上留言交流，思索之后，帶著問題入課堂；也可以借助網(wǎng)絡(luò)，來拓展相關(guān)知識(shí)，收集資料后，要求學(xué)生們?cè)谡n堂上分享，以網(wǎng)絡(luò)分享會(huì)的形式，提高大家的學(xué)習(xí)興趣，拓展知識(shí)面。在課堂作業(yè)中不僅僅采用考試，繪圖的方式，而加入了“搶答”“速記”環(huán)節(jié)，活躍課堂氛圍的同時(shí)，提升學(xué)生的反應(yīng)速度與速記能力。這樣形式多樣的設(shè)計(jì)融入整個(gè)作業(yè)體系中，能極大調(diào)動(dòng)學(xué)生參與。

2.環(huán)境載體

教師在設(shè)計(jì)作業(yè)時(shí)，也應(yīng)當(dāng)根據(jù)學(xué)生完成作業(yè)環(huán)境、時(shí)間的不同，來設(shè)置不同環(huán)節(jié)，設(shè)定不同偏重的方向。例如在課前布置的預(yù)習(xí)作業(yè)，需要學(xué)生們?cè)谡n下完成，這種作業(yè)的完成時(shí)間自由，可以借助線上線下課程，借助網(wǎng)絡(luò)資源，讓大家預(yù)習(xí)，討論，引導(dǎo)輕松活躍的氛圍。課堂上的作業(yè)應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)得松弛有度，有些是需要迅速反應(yīng)的快問快答；有些則是需要深度思考的課程論述題；更有些是需要大家思維碰撞的頭腦風(fēng)暴。課后作業(yè)學(xué)生們可以在圖書館完成，但脫離教師的指導(dǎo)跟課堂約束，難免散漫。所以課下作業(yè)被分為幾個(gè)部分，需要同學(xué)們根據(jù)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，實(shí)時(shí)提交作業(yè)完成進(jìn)度。這樣能更好的指導(dǎo)學(xué)生完成作業(yè)，這樣設(shè)計(jì)的課后作業(yè)完成度較高，較少出現(xiàn)趕作業(yè)的情況。同時(shí)也能鍛煉學(xué)生的時(shí)間規(guī)劃管理能力。

3.評(píng)價(jià)載體

與教學(xué)、作業(yè)緊密相關(guān)是課程評(píng)價(jià)體系，評(píng)價(jià)結(jié)果把學(xué)生一段時(shí)間的表現(xiàn)反映在具體的分?jǐn)?shù)上。與以往的評(píng)價(jià)體系不同，這門課程將自我評(píng)價(jià)、同學(xué)評(píng)價(jià)、教師評(píng)價(jià)、企業(yè)評(píng)價(jià)結(jié)合起來，希望更客觀完整的給每位同學(xué)的課程表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。將這四組評(píng)價(jià)綜合考量，得出分?jǐn)?shù)，給出評(píng)價(jià)。希望這樣多維度的評(píng)價(jià)更加客觀合理。

(三)設(shè)計(jì)的層級(jí)性

1.作業(yè)模塊的層級(jí)性

作業(yè)是根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，實(shí)施教學(xué)過程后的成果展現(xiàn)，所以可以通過作業(yè)完成的結(jié)果來反推教學(xué)目標(biāo)是否完成。教學(xué)設(shè)計(jì)的知識(shí)點(diǎn)是層層遞進(jìn)的，在進(jìn)行作業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)也要相應(yīng)的反映其邏輯性、層級(jí)性。并且讓學(xué)生意識(shí)到所學(xué)知識(shí)的層級(jí)性、遞進(jìn)性、系統(tǒng)性。

2.作業(yè)方式的層級(jí)性

筆者希望作業(yè)的表現(xiàn)形式多樣，保證題目異質(zhì)性的同時(shí)，讓學(xué)生保持對(duì)題目的新鮮感與探求欲。作業(yè)的形式有視覺刺激、口頭表達(dá)、綜合設(shè)計(jì)、書面表達(dá)、有獎(jiǎng)?chuàng)尨?、?shí)踐操作等。多種形式，多變的提問方式，實(shí)時(shí)調(diào)整的授課策略，能讓大家興趣盎然，在課堂上發(fā)揮所長(zhǎng)，提高綜合能力。

改進(jìn)后的作業(yè)設(shè)計(jì)分為六個(gè)部分，課前探索提高學(xué)生的自學(xué)能力；課中探索設(shè)置趣味思維題與創(chuàng)意聯(lián)想題，拓展思維；實(shí)際操作部分結(jié)合連線理論題，機(jī)械操作，隨堂考試提高綜合能力；綜合性大作業(yè)結(jié)合設(shè)計(jì)比賽，將作品更完整的呈現(xiàn)給市場(chǎng)，受到業(yè)界的認(rèn)可；將成果進(jìn)行專利申請(qǐng)；課后求索注重課程結(jié)束后的總結(jié)與展望，希望學(xué)生們對(duì)專業(yè)領(lǐng)域的探索能持續(xù)下去。

四、小結(jié)

經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐與探究，這樣的作業(yè)設(shè)計(jì)取得一定成效。在3D打印的課程上，筆者帶領(lǐng)2018級(jí)產(chǎn)品藝術(shù)(1)班的同學(xué)參加2019年P(guān)ACKCON STAR AWARDS包裝設(shè)計(jì)大賽，獲“三等獎(jiǎng)”1項(xiàng)，“優(yōu)秀獎(jiǎng)”2項(xiàng)。并且將2組獲獎(jiǎng)作品申報(bào)了外觀設(shè)計(jì)專利，將教學(xué)成果進(jìn)行轉(zhuǎn)化。學(xué)生也將自己的設(shè)計(jì)作品放入個(gè)人作品集，對(duì)未來應(yīng)聘工作積累材料。反思整個(gè)教學(xué)實(shí)施過程與教學(xué)成果，發(fā)現(xiàn)還有些許不足及有待改進(jìn)的地方。首先，希望在未來能引進(jìn)真實(shí)項(xiàng)目，解決實(shí)際問題；其次，希望能將作業(yè)形式細(xì)化，設(shè)計(jì)不止一套的作業(yè)方案，以應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)變化的課堂需求；最后，希望能引進(jìn)一些公益化項(xiàng)目，順應(yīng)國(guó)家政策的同時(shí)，發(fā)揮學(xué)校公益功能。