淺談信息化技術(shù)對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)思維的培養(yǎng)
——以STEAM《集裝箱大作戰(zhàn)》為例

王悅晴 柏云耀

（1.深圳市寶安區(qū)濱海小學(xué) 廣東·深圳 518100；2.西安交通大學(xué) 陜西·西安 710049）

在小學(xué)科學(xué)的課堂中，往往以科學(xué)實(shí)驗(yàn)為載體，通過(guò)探究活動(dòng)，可以讀學(xué)生在思維上的分析維度和象征維度進(jìn)行有效培養(yǎng)，但常規(guī)課堂中對(duì)于學(xué)生設(shè)計(jì)思維的培養(yǎng)有一定的局限性。而 STEAM 教育中的工程設(shè)計(jì)正好能彌補(bǔ)科學(xué)探究在設(shè)計(jì)思維上的缺失，而信息化設(shè)計(jì)方案一方面符合現(xiàn)實(shí)情景貼近生活，在日常生活的投標(biāo)、設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)中，往往也是先采用信息化的手段進(jìn)行預(yù)先模擬設(shè)計(jì)，確定設(shè)計(jì)方案后再投入人工進(jìn)行現(xiàn)實(shí)施工；另一方面教師可以在信息化設(shè)計(jì)中向?qū)W生初步滲透設(shè)計(jì)思維，在實(shí)際模擬中進(jìn)行減少學(xué)生試錯(cuò)次數(shù)。

1 STEAM案例中現(xiàn)存在的問(wèn)題

1.1 設(shè)計(jì)方式比較單一

在現(xiàn)階段的STEAM課堂中，采用的設(shè)計(jì)方式一般為學(xué)生小組談?wù)摗〗M繪制設(shè)計(jì)圖—實(shí)驗(yàn)—在實(shí)驗(yàn)中尋找問(wèn)題—修改完善設(shè)計(jì)圖—確定最終方案。在此過(guò)程中，設(shè)計(jì)圖紙顯得尤為重要，而繪制方式多為手繪，無(wú)論是對(duì)圖紙的精度要求或是學(xué)生繪圖能力，都對(duì)學(xué)生有較高要求。因此在小學(xué)中低段，特別是低段很難進(jìn)行有深度的STEAM項(xiàng)目。

1.2 試錯(cuò)成本較高，不符合現(xiàn)實(shí)邏輯

在學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)中，由于學(xué)生繪制設(shè)計(jì)圖紙需要1課時(shí)，而后的第一次依據(jù)圖紙搭建項(xiàng)目絕大多數(shù)為試錯(cuò)環(huán)節(jié)，有個(gè)前期的設(shè)計(jì)與試錯(cuò)，第二次的搭建才是真正基于學(xué)生設(shè)計(jì)思維與項(xiàng)目給予情景進(jìn)行，試錯(cuò)成本較高。但是在現(xiàn)實(shí)生活中，往往在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就已經(jīng)進(jìn)行了模擬試錯(cuò)，而真正搭建時(shí)便已經(jīng)是確定方案。因此，如何在學(xué)生的STEAM案例中與真實(shí)情景結(jié)合，降低試錯(cuò)成本，也是需要考慮的問(wèn)題之一。

1.3 信息化手段使用較少

隨著信息技術(shù)突飛猛進(jìn)，信息技術(shù)應(yīng)用于教育教學(xué)已成為教育改革發(fā)展的必然趨勢(shì)。以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，讓信息技術(shù)走進(jìn)課堂，可以有效地促進(jìn)學(xué)校和學(xué)科教育的均衡發(fā)展，對(duì)全面提升學(xué)生素養(yǎng)，深入推進(jìn)素質(zhì)教育有著重大意義。教育信息化是將信息作為教育系統(tǒng)的一種基本構(gòu)成要素，并在教育各個(gè)領(lǐng)域廣泛地利用信息技術(shù)，促進(jìn)教育現(xiàn)代化的過(guò)程?？茖W(xué)是一門與時(shí)俱進(jìn)的學(xué)科。也是同時(shí)實(shí)踐的學(xué)科。如今我國(guó)信息化學(xué)科融合已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，小學(xué)生是祖國(guó)的未來(lái)，如何將利用好信息化迅速發(fā)展的資源，是新時(shí)代教師面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。較好的使用信息化技術(shù)可以幫助課堂更加高效教學(xué)。

2 信息化技術(shù)在STEAM課堂中的運(yùn)用──以《集裝箱大作戰(zhàn)》為例

集裝箱大作戰(zhàn)是一個(gè)實(shí)踐性和創(chuàng)意性強(qiáng)的信息化綜合制作活動(dòng)，學(xué)生需要通過(guò)整合之前的學(xué)習(xí)，在固定大小的集裝箱內(nèi)，進(jìn)行小小財(cái)商合理分配，在有限空間內(nèi)根據(jù)不同物體形狀大小和對(duì)應(yīng)價(jià)值，達(dá)到收益最大化，獲得財(cái)商比賽的勝利。它需要學(xué)生發(fā)現(xiàn)不同物體具有不同的特征、認(rèn)識(shí)不同物體的形狀、了解同一種物體不同的平鋪方式?；谝陨峡剂?，我們將任務(wù)拆分為三個(gè)子任務(wù)：發(fā)現(xiàn)物體的特征、認(rèn)識(shí)物體的形狀、根據(jù)設(shè)計(jì)圖對(duì)集裝箱進(jìn)行組裝計(jì)算──集裝箱大作戰(zhàn)。

通過(guò)觀察和描述不同的物體，明白不同物體有不同的特征，且不同形狀的平鋪方式會(huì)影響到裝盒數(shù)量。在設(shè)計(jì)裝箱方案的環(huán)節(jié)，由于學(xué)生的空間想象能力有限，學(xué)生在材料區(qū)選擇對(duì)應(yīng)材料，一種顏色表示一種物品，同一種顏色只能選取一個(gè)形狀，以此來(lái)滿足實(shí)驗(yàn)中“每種材料只能選擇一種平鋪方式進(jìn)行擺放”條件。教師在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候進(jìn)行指導(dǎo)幫助通過(guò)UnigraphicsNX作圖后，平面圖通過(guò)信息化技術(shù)手段轉(zhuǎn)換為電子仿真3D和對(duì)應(yīng)的視頻，為學(xué)生在下節(jié)課的實(shí)際裝箱中供設(shè)計(jì)思路，學(xué)生修改設(shè)計(jì)圖，確定首次裝箱方案。電子裝箱方案的計(jì)活動(dòng)，既降低了對(duì)學(xué)生的空間想象能力的要求，又培養(yǎng)數(shù)字化學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力。完成設(shè)計(jì)后，在室內(nèi)進(jìn)行裝箱、計(jì)算收益、再次更改裝箱方案，完成最后的裝箱環(huán)節(jié)并進(jìn)行交流展示。

在本課中使用較好的信息化手段剖析：

2.1 微課視頻演示實(shí)驗(yàn)操作

創(chuàng)設(shè)現(xiàn)實(shí)生活中的真實(shí)情景，模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行裝箱，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)提出任務(wù)要求：必須依照一定規(guī)律，在運(yùn)用之前學(xué)習(xí)的平鋪基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加大難度，進(jìn)行知識(shí)迭代。

在本課的伊始，教師創(chuàng)設(shè)財(cái)商團(tuán)集體進(jìn)貨的情景，為了掙取更多的錢，財(cái)商團(tuán)們組隊(duì)進(jìn)了一批貨物準(zhǔn)備通過(guò)集裝箱運(yùn)輸，不同形狀物體定價(jià)不同（定價(jià)由教師依據(jù)體積、形狀、平鋪方式等綜合確定），任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生：在集裝箱內(nèi)裝入價(jià)值盡可能多的貨物。微課動(dòng)畫視頻播放，強(qiáng)調(diào)裝箱方式要求：能蓋上蓋子，可以只放一種物品也可以放多種物品，同一種物品必須以同種平鋪方式放在一起。視頻播放完畢后，出示幾張錯(cuò)誤方法，詢問(wèn)學(xué)生是否符合裝箱要求，如果不符合，哪里有問(wèn)題。強(qiáng)化學(xué)生對(duì)于瑣碎的裝箱要求的學(xué)習(xí)，降低學(xué)習(xí)難度，減少無(wú)效擺放物品的時(shí)間。

2.2 微信上墻實(shí)時(shí)更新學(xué)生動(dòng)態(tài)

通過(guò)微信上墻的信息化手段實(shí)時(shí)上傳小組裝箱方案，利用信息化軟件，教師在核對(duì)學(xué)生金額的同時(shí)，將該小組裝箱圖拍攝上傳，進(jìn)行實(shí)時(shí)滾動(dòng)播放，設(shè)置為每張照片停留5秒后，再播放下一張照片，實(shí)現(xiàn)了短時(shí)間內(nèi)播放圖片無(wú)空擋，學(xué)生設(shè)計(jì)圖馬上預(yù)覽。對(duì)于學(xué)生而言，實(shí)時(shí)上墻更新動(dòng)態(tài)，一方面為其他小組提供設(shè)計(jì)思路，激發(fā)學(xué)生不斷創(chuàng)新，勇爭(zhēng)更高，另一方面也記錄了小組在比賽中的設(shè)計(jì)過(guò)程，為后續(xù)講述自己裝箱思路提供依據(jù)。微信上墻可同時(shí)上傳3000張圖片，每張圖片可根據(jù)設(shè)置停留相同時(shí)間，再不間斷實(shí)時(shí)滾動(dòng)，方便觀課老師了解課堂實(shí)施近況。

2.3 電子設(shè)計(jì)圖體現(xiàn)學(xué)生設(shè)計(jì)思維

學(xué)生在材料區(qū)選擇對(duì)應(yīng)材料，一種顏色表示一種物品，同一種顏色只能選取一個(gè)形狀，以此來(lái)滿足實(shí)驗(yàn)中“每種材料只能選擇一種平鋪方式進(jìn)行擺放”條件。教師在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候進(jìn)行指導(dǎo)幫助通過(guò)UnigraphicsNX作圖后，平面圖通過(guò)信息化技術(shù)手段轉(zhuǎn)換為電子仿真3D和對(duì)應(yīng)的視頻，為學(xué)生在下節(jié)課的實(shí)際裝箱中供設(shè)計(jì)思路，學(xué)生修改設(shè)計(jì)圖，確定首次裝箱方案。在此步驟中學(xué)生完成裝箱實(shí)驗(yàn)的初步設(shè)計(jì)。

試錯(cuò)前置，使用平面圖與3D圖結(jié)合，初步形成設(shè)計(jì)思維。通過(guò)UnigraphicsNX作圖后，平面圖通過(guò)信息化技術(shù)手段轉(zhuǎn)換為電子仿真3D和對(duì)應(yīng)的視頻，為學(xué)生在下節(jié)課的實(shí)際裝箱中供設(shè)計(jì)思路，學(xué)生修改設(shè)計(jì)圖，確定首次裝箱方案。在現(xiàn)實(shí)生活中，往往在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就已經(jīng)進(jìn)行了模擬試錯(cuò)，而真正搭建時(shí)便已經(jīng)是確定方案。因此，利用信息技術(shù)在學(xué)生的STEAM案例中與真實(shí)情景結(jié)合，試錯(cuò)前置，降低試錯(cuò)成本。

3 信息化技術(shù)提高低段設(shè)計(jì)思維

在本案例中，使用兩個(gè)平行班級(jí)進(jìn)行試教，其中一個(gè)班級(jí)在上課時(shí)取消電子設(shè)計(jì)圖部分，直接拼接設(shè)計(jì)圖后進(jìn)行實(shí)際操作，結(jié)果發(fā)現(xiàn)很多小組在實(shí)際模擬裝箱中，并不能達(dá)到較好的設(shè)計(jì)思維植入效果，第一次的金額普遍較低，更有部分小組第一次裝箱不符合要求而裝箱失敗。而有電子設(shè)計(jì)圖的班級(jí)，在學(xué)生設(shè)計(jì)中，前期就已經(jīng)經(jīng)歷了試錯(cuò)，在正式任務(wù)開始時(shí)，學(xué)生已經(jīng)有了設(shè)計(jì)思維，減小價(jià)格偏高但最大的立方塊，同時(shí)對(duì)于橡皮的平鋪方式采用平面內(nèi)能放最多的平鋪方式，幾乎每個(gè)小組的第二次設(shè)計(jì)總價(jià)較第一次有了顯著提高。通過(guò)匯總對(duì)比可以看出，信息化技術(shù)可以幫助學(xué)生在 STEAM 項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期建立試錯(cuò)環(huán)節(jié)，降低后期模擬裝箱時(shí)的試錯(cuò)成本，同時(shí)滲透設(shè)計(jì)思維，在活動(dòng)正式開始時(shí)，學(xué)生可以有設(shè)計(jì)有目的性的完成任務(wù)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，信息化技術(shù)的使用在小學(xué)科學(xué)特別是STEAM項(xiàng)目中的運(yùn)用，在小學(xué)生的設(shè)計(jì)思維應(yīng)用、項(xiàng)目開展情景化、生活化等的過(guò)程當(dāng)中都具有一定的促進(jìn)作用。在本課的學(xué)習(xí)中，從對(duì)單一物品的簡(jiǎn)單平鋪，到立體空間里三個(gè)物體的綜合判斷，模型立體感十足，學(xué)生在不斷地嘗試中逐漸生成設(shè)計(jì)理念，從一開始單價(jià)高放的越多到后期對(duì)于集裝箱內(nèi)空隙的不斷利用，價(jià)格一直提高。而運(yùn)用信息化的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了照片實(shí)時(shí)上傳并自動(dòng)滾動(dòng)播放，一方面鼓勵(lì)上墻的小組，刺激學(xué)生不斷尋求價(jià)格更高的實(shí)驗(yàn)方案，另一方面也為其他學(xué)生打開思路，提供方案參考。將STEM課程中的設(shè)計(jì)、建模、檢驗(yàn)三部分合三為一，符合低段學(xué)生學(xué)情。使用好信息化技術(shù)，可以讓活動(dòng)高度有效進(jìn)行，同時(shí)在低段學(xué)生中進(jìn)行較高程度的STEAM項(xiàng)目學(xué)習(xí)，信息化技術(shù)幫助老師更好完成教學(xué)目標(biāo)，提升教學(xué)質(zhì)量和效率，也可以讓學(xué)生更能接受完成自己的任務(wù)。