匠新智器助力工程教育校本化

〔摘" "要〕" 小學階段是培養(yǎng)學生工程思維和動手實踐能力的關鍵時期。本文從小學工程教育的必要性出發(fā)，探討了匠新智器助力工程教育校本化的開發(fā)與實踐。首先分析了小學科學工程教育的重要性，包括培養(yǎng)創(chuàng)新思維、訓練動手實踐能力、激發(fā)科技興趣等方面。接著介紹了匠新智器校本課程的開發(fā)思路和內(nèi)容設計，涵蓋3D建模、程序編碼、機械裝配等多個模塊。隨后總結(jié)了該校本課程在實踐中的應用效果，包括課堂教學、課外活動、校內(nèi)賽事等方面。最后對未來如何進一步推廣和優(yōu)化匠新智器在小學工程教育中的應用提出了建議。

〔關鍵詞〕" 小學科學；匠新智器；工程教育；校本化

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）14" " 0007-03

工程教育作為培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)的重要途徑，近年來受到廣泛關注。與傳統(tǒng)的灌輸式教學相比，工程教育強調(diào)動手實踐，注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和解決問題的能力。然而，在小學階段，由于硬件條件、師資力量等方面的限制，工程教育往往難以落地，學生缺乏實踐機會，難以養(yǎng)成良好的工程意識。隨著科技的飛速發(fā)展，以3D打印、編程等為代表的智能制造技術正日漸普及，為小學工程教育的創(chuàng)新提供了新的契機。作為一種新興的教育載體，匠新智器將這些前沿技術巧妙地融入教學過程，為學生提供動手實踐的機會，有助于培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實踐能力。

一、小學科學開展工程教育的必要性

（一）啟迪學生創(chuàng)新性思維

小學工程教育通過一系列設計與實踐活動，有效啟迪學生的創(chuàng)新思維。在構(gòu)建簡單機械、電路或編程小項目的過程中，學生被鼓勵嘗試不同的設計方案，這一過程促使他們跳出傳統(tǒng)思維框架，探索多種可能性。面對挑戰(zhàn)，學生需運用邏輯思維分析問題，以創(chuàng)造性方式解決問題，這種訓練對于培養(yǎng)未來的創(chuàng)新人才至關重要。

（二）強化學生動手實踐技能

工程教育活動注重實踐操作，為學生提供了大量動手機會。在制作模型、組裝零件或進行科學實驗時，學生不僅學會了使用螺絲刀、尺子等基本工具，還學會了精確測量和細致操作。這些實踐技能不僅增強了他們的動手能力，還培養(yǎng)了他們的耐心、專注力和解決問題的韌性，為日后更復雜的工程學習和職業(yè)生涯打下了堅實的基礎。

（三）激發(fā)學生對科技的學習興趣

通過設計充滿趣味性的工程實踐活動，如制作簡易機器人、太陽能車等，小學工程教育成功激發(fā)了學生對科技的興趣與熱情。這些活動將抽象的科學原理轉(zhuǎn)化為直觀、可操作的項目，使學生在實踐中體驗科技的魅力。學生在探索未知、實現(xiàn)創(chuàng)意的過程中，逐漸形成了對科學技術的積極態(tài)度，為未來深入學習和參與科技創(chuàng)新活動埋下了興趣的種子。

二、基于匠新智器的校本課程開發(fā)

（一）匠新智器概述

匠新智器，是一款集3D打印、機器人編程、電子制作等多重功能于一體的綜合性教育裝置，憑借其模塊化設計與可編程控制特性，在STEAM教育領域展現(xiàn)出廣泛的應用潛力。該裝置支持多種材料打印，操作簡便易學，不僅降低了技術門檻，也極大地豐富了教學實踐的可能性。其內(nèi)置的豐富資源和開放接口，為教師和學生提供了廣闊的探索空間，使匠新智器成為連接理論知識與實踐操作的橋梁，有效促進了學生動手能力、邏輯思維及問題解決能力的全面發(fā)展。

（二）匠新智器校本課程開發(fā)策略

在開發(fā)基于匠新智器的小學工程教育校本課程時，需緊密圍繞學生認知發(fā)展規(guī)律和實踐需求，遵循循序漸進的教學原則。課程內(nèi)容設計應從基礎操作入手，逐步過渡到復雜的項目制作，確保學生能夠在實踐中逐步積累知識與技能。同時，課程應注重跨學科融合，將匠新智器的功能與數(shù)學、科學、藝術等學科內(nèi)容相結(jié)合，設計出具有挑戰(zhàn)性和趣味性的教學任務。通過項目式學習、合作探究等方式，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)他們對科技的興趣和熱愛。此外，課程開發(fā)還需考慮學校的實際教學條件和目標，確保校本課程的可行性和實效性，為提升小學工程教育質(zhì)量提供有力支持。

（三）匠新智器校本課程的內(nèi)容設計

3D建模與打印模塊。該模塊聚焦于3D建模技能的培養(yǎng)，引導學生掌握3D建模軟件的基本操作，鼓勵他們發(fā)揮創(chuàng)意，設計出形態(tài)各異、富有趣味性的3D模型。通過匠新智器的3D打印功能，學生能夠?qū)⑻摂M設計轉(zhuǎn)化為實體作品，這一過程不僅鍛煉了他們的空間想象力，還提升了他們的動手能力和創(chuàng)新意識。在實踐中，學生學會了調(diào)整模型參數(shù)、優(yōu)化打印設置，進一步加深對3D打印技術的理解和應用。

機器人組裝與編程模塊。此模塊以機器人組裝和編程為核心，學生利用匠新智器提供的機械裝配部件，親手組裝出簡單的機器人結(jié)構(gòu)。隨后，通過可視化編程軟件，學生為機器人編寫程序，控制其完成自主運動任務。這一過程不僅培養(yǎng)了學生的邏輯思維能力，還鍛煉了他們的動手協(xié)調(diào)能力和問題解決能力。在反復嘗試和調(diào)試中，學生逐漸掌握了機器人編程的基本技巧，為未來的深入學習奠定了基礎。

電子制作與應用模塊。電子制作與應用模塊側(cè)重于電子技術的入門教育，學生利用匠新智器的電子模塊，如單片機、傳感器等，學習電路設計的基本原理和元件連接的方法。通過編寫簡單的程序，學生能夠?qū)崿F(xiàn)電子產(chǎn)品的特定功能，如燈光控制、聲音感應等。這一模塊不僅培養(yǎng)了學生的科學探究精神，還提升了他們的動手實踐能力和創(chuàng)新思維。在實踐中，學生學會了排查電路故障、優(yōu)化設計方案，為未來的電子工程學習打下了堅實的基礎。

三、匠新智器校本課程在實踐中的應用

（一）"課堂教學融合創(chuàng)新

匠新智器校本課程與小學常規(guī)課堂教學的深度融合，為傳統(tǒng)教學模式帶來了前所未有的革新，為課堂教學注入了新的活力與可能性。在數(shù)學學科的教學中，這一融合創(chuàng)新體現(xiàn)得尤為突出。教師不再局限于傳統(tǒng)的黑板和教具，而是巧妙地將3D打印技術引入幾何知識的教學之中。學生不再只是被動地接受知識，而是被引導利用3D建模軟件，親手設計并制作出各種幾何體模型。這一過程不僅使學生能夠從多個角度直觀感受到幾何圖形的空間結(jié)構(gòu)，還極大地鍛煉了他們的空間想象力和動手操作能力。學生在實踐中不斷嘗試、調(diào)整，直到設計出滿意的模型，這種即時反饋機制極大地激發(fā)了他們的學習興趣和探索欲望。

在科學課上，匠新智器的引入同樣使抽象的力學概念變得生動具體。學生親手組裝簡易機器人，并編程實現(xiàn)其自主運動，在實踐中親身體驗力學原理的應用。學生在組裝過程中，需要理解機器人的結(jié)構(gòu)原理，掌握各個部件之間的相互作用；在編程過程中，則需要將力學概念轉(zhuǎn)化為機器人的運動指令，實現(xiàn)機器人的預期動作。這種跨學科的教學方式，不僅使學生更加深入地理解了力學原理，還培養(yǎng)了他們的邏輯思維和問題解決能力。同時，科學與技術的結(jié)合也讓學生感受到了科技的魅力，進一步激發(fā)了他們對科學的熱愛和追求。

在技術學科的教學中，匠新智器的引入更是為教學創(chuàng)新提供了無限可能。學生通過編程控制機器人完成特定任務，不僅學習了編程語言的基礎知識，還在實踐中鍛煉了邏輯思維和算法設計能力。這種以項目為導向的教學方式，打破了傳統(tǒng)學科的界限，促進了學生綜合素質(zhì)的全面發(fā)展。學生在完成任務的過程中，需要不斷嘗試、調(diào)試、優(yōu)化，這種迭代的過程也培養(yǎng)了他們的耐心和毅力。

（二）"課外活動拓展實踐

為了滿足有特殊興趣學生的需求，學校開設了匠新智器相關的課外興趣小組，如3D打印社團、機器人編程俱樂部等。這些小組為學生提供了更多的實踐機會，讓他們在課外時間能夠繼續(xù)探索和創(chuàng)新。在3D打印社團中，學生不再受限于課堂的教學內(nèi)容，而是可以自由發(fā)揮創(chuàng)意，設計并打印出各種個性化的作品。他們可以嘗試不同的材料、不同的打印參數(shù)，探索3D打印技術的無限可能。在機器人編程俱樂部，學生則可以深入學習機器人技術，挑戰(zhàn)更復雜的編程任務。他們可以組建自己的機器人團隊，參加各種機器人競賽，展示自己的實力和才華。

此外，學校還積極組織校內(nèi)外的創(chuàng)意設計大賽、機器人競技賽等活動，這些活動不僅為學生提供了展示自己作品和成果的平臺，還激發(fā)了他們的創(chuàng)新熱情和競爭意識。學生在比賽中相互學習、相互啟發(fā)，不斷提升設計能力和編程水平。同時，比賽中的團隊合作也培養(yǎng)了他們的溝通能力和協(xié)作精神。學生在比賽中收獲的不僅是榮譽和獎項，更是成就感和自信心。

（三）"校內(nèi)賽事激發(fā)潛能

學校定期組織的匠新智器相關校內(nèi)競賽，如3D打印作品大賽、機器人設計挑戰(zhàn)賽等，為學生提供了一個展示自我、挑戰(zhàn)自我的寶貴平臺。在競賽中，學生需要充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，設計出具有創(chuàng)新性和實用性的作品。這一過程不僅鍛煉了他們的動手能力和創(chuàng)新思維，還培養(yǎng)了他們的耐心和毅力。學生在競賽中需要不斷嘗試、不斷調(diào)試、不斷優(yōu)化，直到設計出滿意的作品。這種迭代的過程也是他們成長和進步的過程。

校內(nèi)賽事的舉辦不僅激發(fā)了學生的積極性，還促進了學生之間的交流和合作。學生在競賽中相互學習、相互啟發(fā)，共同進步。他們通過觀察其他同學的作品和思路，拓寬視野和思路；也可以通過與其他同學的合作和交流，提升團隊協(xié)作能力和溝通能力。同時，這些賽事也為學校贏得了榮譽，提升了知名度。學生在競賽中取得的優(yōu)異成績和展示出的才華和實力，不僅為學校贏得了榮譽和聲譽，還提升了學校的知名度和影響力。

通過校內(nèi)賽事的鍛煉和磨礪，學生更加自信、更加勇敢地面對未來的挑戰(zhàn)。他們學會了將想法和創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為實際的作品和成果；學會了在困難和挫折面前保持堅持和毅力；學會了如何與他人合作和交流共同解決問題。這些經(jīng)驗和技能將伴隨他們的一生，成為他們未來成功的重要基石。

四、結(jié)語

小學工程教育是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要起點?；诮承轮瞧鞯男１菊n程開發(fā)，可以有效地培養(yǎng)學生的動手實踐能力、創(chuàng)新意識和科技興趣。通過在課堂教學、課外活動、校內(nèi)賽事等多個場景中應用匠新智器，學生能夠在實踐中不斷提升，為未來的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)奠定基礎。未來，我們還需進一步優(yōu)化匠新智器在小學工程教育中的應用方案，讓更多的學生受益，為國家創(chuàng)新發(fā)展貢獻力量。

【本文系2024年度宜興市教育科學規(guī)劃專項課題“項目化學習視角下工程教育校本化實施的實踐研究”的研究成果，立項代號：YX-gcjx/2024/002】

參考文獻

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