發(fā)揮3D編程教育優(yōu)勢(shì)培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)能力

〔摘 要〕 隨著科技的不斷發(fā)展，數(shù)字化學(xué)習(xí)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。尤其在STEM（科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)）領(lǐng)域，數(shù)字化學(xué)習(xí)的地位更是舉足輕重。3D編程教育作為新興的教育方式，有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)能力具有積極作用，正得到越來(lái)越多的關(guān)注和探索。

〔關(guān)鍵詞〕 3D編程教育；數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新；實(shí)踐探索

〔中圖分類號(hào)〕 G424 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕 A 〔文章編號(hào)〕 1674-6317 （2024） 21 097-099

進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新已經(jīng)成為推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的重要?jiǎng)恿Α?shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力已經(jīng)成為當(dāng)代中小學(xué)生必備的重要素質(zhì)之一。數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力是指學(xué)生利用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)、創(chuàng)新、創(chuàng)造的能力，包括思維方式、技能和工具的應(yīng)用等方面。如何有效地提升中小學(xué)生的數(shù)字化創(chuàng)新能力，成為教育工作者關(guān)注的重要問(wèn)題?；?D編程提升中小學(xué)生數(shù)字化創(chuàng)新能力也受到越來(lái)越多的關(guān)注。3D編程作為數(shù)字技術(shù)的重要組成部分，具有形象、直觀、交互性強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)中小學(xué)生數(shù)字化創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有積極作用。筆者在教學(xué)實(shí)踐中通過(guò)探討在3D編程教育中采用不同的措施，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力。

一、概念界定

本文所述的3D編程教育，是指面向中小學(xué)階段的學(xué)生，通過(guò)教授圖形化編程語(yǔ)言及相關(guān)3D建模、動(dòng)畫(huà)、編程技術(shù)，使學(xué)生可以學(xué)會(huì)創(chuàng)建和操控3D模型，制作富有創(chuàng)意的動(dòng)畫(huà)短片，以及設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的仿真模型。同時(shí)，智能技術(shù)如人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等也可以被引入教學(xué)，以幫助學(xué)生更好地理解和應(yīng)用這些技術(shù)。學(xué)生還將有機(jī)會(huì)通過(guò)與各種硬件設(shè)備的結(jié)合，將他們的3D模型和動(dòng)畫(huà)轉(zhuǎn)換成實(shí)際的、可交互的體驗(yàn)。目前國(guó)內(nèi)3D編程的平臺(tái)有遨為（上海）數(shù)字技術(shù)的Scratch3D、廣州中望龍騰軟件3Done教育版、深圳市大富網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的帕拉卡（Paracraft）以及浙江杭州蘿卜圈網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蘿卜圈虛擬機(jī)器人等。

數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新是指?jìng)€(gè)體通過(guò)評(píng)估并選用常見(jiàn)的數(shù)字化資源與工具，有效地管理學(xué)習(xí)過(guò)程與學(xué)習(xí)資源，創(chuàng)造性地解決問(wèn)題，從而完成學(xué)習(xí)任務(wù)，形成創(chuàng)新作品的能力。具備數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的學(xué)生，能夠認(rèn)識(shí)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境的優(yōu)勢(shì)和局限性，適應(yīng)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，養(yǎng)成數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的習(xí)慣；掌握數(shù)字化學(xué)習(xí)系統(tǒng)、學(xué)習(xí)資源與學(xué)習(xí)工具的操作技能，用于開(kāi)展自主學(xué)習(xí)、協(xié)同工作、知識(shí)分享與創(chuàng)新創(chuàng)造，助力終身學(xué)習(xí)能力的提高。

二、發(fā)揮3D編程教育優(yōu)勢(shì)培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)能力

在實(shí)踐探索過(guò)程中，針對(duì)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和興趣愛(ài)好，結(jié)合3D編程的基本原理和操作技巧，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一系列兼具趣味性和實(shí)用性的教學(xué)活動(dòng)和項(xiàng)目。這些活動(dòng)和項(xiàng)目包括：3D模型設(shè)計(jì)、虛擬場(chǎng)景搭建、互動(dòng)游戲開(kāi)發(fā)等。通過(guò)這些活動(dòng)和項(xiàng)目，學(xué)生可以在實(shí)踐中學(xué)習(xí)3D編程的基本知識(shí)和技能，同時(shí)也可以培養(yǎng)其創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力。

在實(shí)際教學(xué)中，我們采取了以下幾種方法途徑。

（一）創(chuàng)造數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境

充分利用在線平臺(tái)和豐富的數(shù)字化資源，提供一系列學(xué)習(xí)工具，為學(xué)生打造沉浸式編程體驗(yàn)。在軟件開(kāi)放平臺(tái)上申請(qǐng)?jiān)O(shè)立線上學(xué)校層面的學(xué)習(xí)平臺(tái)。這個(gè)平臺(tái)可以提供各種在線課程，包括3D編程的基礎(chǔ)知識(shí)和技能培訓(xùn)。通過(guò)這個(gè)平臺(tái)，學(xué)生可以隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)，不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制。

在學(xué)校平臺(tái)上建立編程交流社區(qū)，學(xué)生在社區(qū)可以提出問(wèn)題、解答疑惑，并可以與其他同學(xué)合作完成項(xiàng)目。這樣的互動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)境大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，拓寬了他們的思維和視野，提高了學(xué)習(xí)效果。同時(shí)，教師也可以通過(guò)論壇了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求，及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略。

此外，還提供3D編程相關(guān)書(shū)籍、視頻教程等豐富的數(shù)字化資源，讓學(xué)生可以更方便地了解3D編程的知識(shí)和技術(shù)，提高實(shí)踐能力。

（二）引導(dǎo)自主學(xué)習(xí)

學(xué)生加入學(xué)校學(xué)習(xí)平臺(tái)后，不僅可以在課后、假期等時(shí)段自主安排學(xué)習(xí)時(shí)間和進(jìn)度，還可以根據(jù)自己的興趣和需求選擇不同的學(xué)習(xí)模塊和資源。

為了更好地引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，平臺(tái)為教師提供了后臺(tái)設(shè)置學(xué)習(xí)目標(biāo)的功能。教師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和課程要求，設(shè)置具體、可衡量的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并為學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)指導(dǎo)。例如，針對(duì)某個(gè)編程項(xiàng)目，教師可以根據(jù)學(xué)生的技術(shù)背景和興趣，推薦相關(guān)的在線課程、編程實(shí)踐項(xiàng)目和參考資料，幫助學(xué)生快速入門(mén)并深入學(xué)習(xí)。

（三）鼓勵(lì)實(shí)踐創(chuàng)新

在編程教學(xué)中，注重引導(dǎo)、鼓勵(lì)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際情境中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。為此，我們采用了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式，鼓勵(lì)學(xué)生將編程知識(shí)與實(shí)際需求相結(jié)合，開(kāi)展創(chuàng)新項(xiàng)目。比如，我們?cè)诮虒W(xué)中開(kāi)展了“智能家居控制系統(tǒng)”項(xiàng)目。學(xué)生需要利用編程技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)能夠遠(yuǎn)程控制家居設(shè)備的系統(tǒng)。通過(guò)這個(gè)項(xiàng)目，學(xué)生不僅掌握了編程技能，還學(xué)會(huì)了如何將編程知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際生活中，解決實(shí)際問(wèn)題。

有個(gè)小組提出了一個(gè)“智能垃圾分類系統(tǒng)”的方案。他們利用編程技術(shù)和傳感器技術(shù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)能夠自動(dòng)識(shí)別垃圾種類并進(jìn)行分類的系統(tǒng)。這個(gè)方案在競(jìng)標(biāo)設(shè)計(jì)活動(dòng)中獲得評(píng)委的高度評(píng)價(jià)和同學(xué)們的熱烈掌聲。

（四）培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力

團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力對(duì)于學(xué)生的個(gè)人成長(zhǎng)和未來(lái)的職業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。因此，我們不僅注重培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)人能力，也特別強(qiáng)調(diào)提升他們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

在一場(chǎng)“未來(lái)智能機(jī)器人設(shè)計(jì)大賽”中，學(xué)生被分成若干小組，每個(gè)小組需要設(shè)計(jì)一款未來(lái)智能機(jī)器人。在競(jìng)賽過(guò)程中，學(xué)生不僅要發(fā)揮自己的專業(yè)知識(shí)和技能，還需要與團(tuán)隊(duì)成員密切合作，共同解決問(wèn)題、攻克難關(guān)。

在機(jī)器人設(shè)計(jì)的初始階段，學(xué)生在總體設(shè)計(jì)構(gòu)思確定后，馬上進(jìn)行了分工，有人負(fù)責(zé)硬件設(shè)計(jì)，有人負(fù)責(zé)軟件編程，有人負(fù)責(zé)外觀美化等。每個(gè)人都在自己的領(lǐng)域發(fā)揮專長(zhǎng)，同時(shí)也與團(tuán)隊(duì)成員保持密切的溝通和協(xié)作，以確保整個(gè)項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

通過(guò)這樣的小組競(jìng)賽和競(jìng)標(biāo)活動(dòng)，學(xué)生不僅鍛煉了自己的專業(yè)能力，更重要的是，他們?cè)趯?shí)踐中學(xué)會(huì)了如何與他人合作、如何發(fā)揮團(tuán)隊(duì)的力量、如何解決團(tuán)隊(duì)協(xié)作中遇到的問(wèn)題。

（五）開(kāi)展跨學(xué)科教學(xué)

在對(duì)《小池》的詩(shī)歌動(dòng)畫(huà)教學(xué)中，我們可以發(fā)現(xiàn)，這首詩(shī)歌本身是語(yǔ)文學(xué)科的內(nèi)容，而將其轉(zhuǎn)化為動(dòng)畫(huà)則涉及美術(shù)領(lǐng)域的知識(shí)和技能。為了更好地實(shí)現(xiàn)這一教學(xué)目標(biāo)，我們還融入了自然學(xué)科的知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生觀察和探究詩(shī)歌中涉及的自然現(xiàn)象和生態(tài)元素。學(xué)生可以研究詩(shī)歌中提到的各種植物、動(dòng)物和自然景觀的特點(diǎn)，了解其生態(tài)習(xí)性和相互作用。這種跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方式不僅增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)自然環(huán)境的認(rèn)識(shí)，還激發(fā)他們對(duì)自然科學(xué)的好奇心和探究欲望。

通過(guò)跨學(xué)科的《小池》詩(shī)歌動(dòng)畫(huà)教學(xué)，學(xué)生不僅能夠掌握3D編程的基本知識(shí)和技能，還能在多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域得到拓展和提升。他們不僅提高了自己的語(yǔ)言解讀、藝術(shù)鑒賞等能力，還培養(yǎng)了觀察、思考和創(chuàng)新能力。這種跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方式有助于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，為他們的全面發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

三、探索成效

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的實(shí)踐探索，采用走訪、問(wèn)卷調(diào)查和實(shí)際操作等方式收集數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果表明，接受基于3D編程學(xué)習(xí)的學(xué)生在創(chuàng)新思維、動(dòng)手能力和數(shù)字技術(shù)的掌握與應(yīng)用能力方面有顯著提高，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（一）提升了學(xué)生空間想象力

學(xué)生在3D編程平臺(tái)進(jìn)行三維立體角色模型創(chuàng)作，在構(gòu)思、設(shè)計(jì)、修改、多維度立體效果呈現(xiàn)等實(shí)踐中大大提升了空間想象力，增加了對(duì)空間結(jié)構(gòu)的理解，這種能力還幫助他們?cè)跀?shù)學(xué)立體圖形的學(xué)習(xí)中能夠更加敏銳地感知和描述空間結(jié)構(gòu)并進(jìn)行圖像建構(gòu)。

（二）增強(qiáng)了學(xué)生邏輯思維能力

3D編程涉及數(shù)學(xué)和物理原理以及程序編寫(xiě)，尤其是在完成動(dòng)畫(huà)呈現(xiàn)效果的過(guò)程中，需要學(xué)生先規(guī)劃好角色動(dòng)作路線，然后根據(jù)路線進(jìn)行程序編寫(xiě)，單個(gè)角色的動(dòng)畫(huà)效果完成后，還要設(shè)計(jì)不同角色之間、虛擬角色與人物之間的互動(dòng)效果。整個(gè)過(guò)程都需要邏輯思維高度接入，學(xué)生在完成任務(wù)的過(guò)程中提高了邏輯思維能力。

（三）激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維

3D編程是一種創(chuàng)造性工作，它鼓勵(lì)使用者通過(guò)嘗試、錯(cuò)誤和修正來(lái)達(dá)到最佳效果。這種迭代過(guò)程可以激發(fā)創(chuàng)新思維，鼓勵(lì)使用者勇于嘗試新事物，學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)能夠更加靈活地運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，提出更加新穎、有效的解決方案。例如在虛擬場(chǎng)景搭建中，學(xué)生充分發(fā)揮想象力，結(jié)合楊萬(wàn)里的《小池》設(shè)計(jì)出夏日池塘的場(chǎng)景和動(dòng)畫(huà)角色，并能夠?qū)崿F(xiàn)互動(dòng)和動(dòng)態(tài)效果。

四、結(jié)論與展望

實(shí)踐探索表明，3D編程教育對(duì)于提升中小學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力具有積極的影響。通過(guò)參與基于3D編程的實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生能夠更好地理解數(shù)字化技術(shù)的原理和應(yīng)用，提高他們的創(chuàng)新能力和創(chuàng)造力。同時(shí)，學(xué)生還能夠?qū)W習(xí)如何使用現(xiàn)代化的工具和技術(shù)，如3D建模軟件和編程語(yǔ)言，來(lái)設(shè)計(jì)和創(chuàng)造自己的數(shù)字作品。

盡管基于3D編程提升中小學(xué)生數(shù)字化創(chuàng)新能力的實(shí)踐研究已經(jīng)取得了一定的成果，但是仍存在一些問(wèn)題和不足之處。例如，目前對(duì)于數(shù)字化創(chuàng)新能力的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)還不夠完善，需要進(jìn)一步研究和探討。此外，還需要更多的實(shí)證研究和案例分析來(lái)證明基于3D編程的數(shù)字化創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有效性和可靠性。

因此，未來(lái)可以在以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入研究和實(shí)踐：

（一）完善數(shù)字化創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

建立科學(xué)、全面的數(shù)字化創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以便更好地評(píng)估學(xué)生的數(shù)字化創(chuàng)新能力水平。同時(shí)，可以根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果不斷完善數(shù)字化創(chuàng)新能力培養(yǎng)的相關(guān)課程和實(shí)踐活動(dòng)，提高教育的針對(duì)性和效果。

（二）推廣基于3D編程的數(shù)字化創(chuàng)新能力培養(yǎng)

將基于3D編程的數(shù)字化創(chuàng)新能力培養(yǎng)推廣到更多的中小學(xué)和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)中，讓更多的學(xué)生受益。同時(shí)還可以開(kāi)展相關(guān)的競(jìng)賽和活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的興趣和熱情，提高他們的參與度和創(chuàng)造力。

（三）加強(qiáng)教師培訓(xùn)

加強(qiáng)教師的數(shù)字化技術(shù)培訓(xùn)和教學(xué)能力提升，讓更多的教師具備數(shù)字化創(chuàng)新能力培養(yǎng)的能力和素質(zhì)。同時(shí)還可以開(kāi)展教師之間的交流和研討活動(dòng)，提高教師的教學(xué)水平和綜合能力，為更好地培養(yǎng)中小學(xué)生的數(shù)字化創(chuàng)新能力提供有力的保障。

綜上所述，基于3D編程的數(shù)字化創(chuàng)新能力培養(yǎng)對(duì)于中小學(xué)生具有重要的意義和作用。未來(lái)需要進(jìn)一步推廣和完善相關(guān)教育實(shí)踐，加強(qiáng)教師培訓(xùn)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的研究和探討，以便更好地培養(yǎng)中小學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力。

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