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(jì)算機(jī)中的虛擬世界與真實(shí)世界相連接，學(xué)生可以通過(guò)3Done軟件去創(chuàng)造實(shí)物，這為學(xué)生提出問(wèn)題、思考問(wèn)題、解決問(wèn)題提供了新的路徑。3D建模設(shè)計(jì)的重點(diǎn)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(bào)告提出：“大眾創(chuàng)業(yè)，萬(wàn)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(shí)、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(diǎn)不謀而合。因此，教師在教學(xué)新技術(shù)時(shí)，應(yīng)從學(xué)生角度出發(fā)，多考慮學(xué)生未來(lái)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(dòng)技術(shù)驅(qū)動(dòng)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(gè)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(diǎn)，也是教學(xué)的終點(diǎn)，它是教師對(duì)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(dòng)都圍繞教學(xué)目標(biāo)為中心開(kāi)展，使得教學(xué)達(dá)到預(yù)期效果。因此在教學(xué)3DOne時(shí)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(gè)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(gè)維度出發(fā)制定，但是這五個(gè)維度的目標(biāo)并不是簡(jiǎn)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(gè)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(jì)教學(xué)過(guò)程

教學(xué)過(guò)程是有計(jì)劃的、動(dòng)態(tài)性的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中教師有計(jì)劃地引導(dǎo)學(xué)生掌握3DOne相關(guān)知識(shí)、認(rèn)識(shí)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(jì)3DOne教學(xué)時(shí)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(shí)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(guò)小組合作討論、分析、測(cè)量等一系列的活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)意識(shí)和科學(xué)分析能力。

首先，知其特點(diǎn)，通過(guò)提問(wèn)的方式，讓學(xué)生觀察圖片說(shuō)說(shuō)是哪種筆并說(shuō)明的理由。學(xué)生在說(shuō)明理由的過(guò)程實(shí)際上就是歸納圓珠筆的特點(diǎn)，在無(wú)形中發(fā)現(xiàn)圓珠筆的特點(diǎn)，這也是三維實(shí)體圖形的特點(diǎn)，數(shù)學(xué)中的幾何圖形的特點(diǎn)在無(wú)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(guò)觀察實(shí)物圓珠筆，小組合作討論科學(xué)地確定圓珠筆的各個(gè)結(jié)構(gòu)，之所以說(shuō)科學(xué)，是有一定的依據(jù)的，這個(gè)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(shuō)出理由合理即可。最后探其大小，通過(guò)教師的引導(dǎo)與微視頻的學(xué)習(xí)讓學(xué)生對(duì)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(cè)量出實(shí)物各結(jié)構(gòu)的大小。

（二）小組代表匯報(bào)，提升學(xué)生語(yǔ)言素養(yǎng)

一節(jié)成功的信息課必定是師生精彩互動(dòng)的過(guò)程，師生互動(dòng)過(guò)程中，教師要鼓勵(lì)學(xué)生能夠表達(dá)自己的想法，特別是在小組合作過(guò)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(bào)的流程，提升學(xué)生語(yǔ)言素養(yǎng)。例如在執(zhí)教《3D設(shè)計(jì)之我的圓珠筆》這課時(shí)，我要求小組同學(xué)在匯報(bào)組內(nèi)的成果時(shí)，首先要學(xué)生說(shuō)出自己是第幾組的代表，同時(shí)在匯報(bào)過(guò)程中都是以“我們”為第一人稱(chēng)，一方面讓匯報(bào)者意識(shí)到在活動(dòng)過(guò)程中是以團(tuán)隊(duì)為單位進(jìn)行探究活動(dòng)；另一方面讓團(tuán)隊(duì)沒(méi)有發(fā)言的同學(xué)也能感受自己在團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮的作用。俗話(huà)說(shuō)說(shuō)者無(wú)意聽(tīng)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(gè)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(bào)測(cè)量實(shí)體大小環(huán)節(jié)的時(shí)候，小組成員是先通過(guò)學(xué)習(xí)視頻發(fā)現(xiàn)的知識(shí)點(diǎn)，再根據(jù)視頻中的發(fā)現(xiàn)實(shí)際操作測(cè)量，得出實(shí)體的大小。

（三）3DOne設(shè)計(jì)模型，發(fā)展學(xué)生工程思維

工程思維是指人們?cè)诠こ袒顒?dòng)及工程研究過(guò)程中形成的獨(dú)特的思維方式[2]。在3DOne軟件中建立模型小到一個(gè)花瓶大到一座房子，在設(shè)計(jì)建模過(guò)程中都蘊(yùn)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(jì)算機(jī)中的技術(shù)來(lái)實(shí)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(jì)之我的圓珠筆》時(shí)，使用對(duì)比法教學(xué)法，將在3DOne中設(shè)計(jì)的模型與生活中的實(shí)物進(jìn)行對(duì)比。

學(xué)生根據(jù)已有生活經(jīng)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)模型中存在的問(wèn)題，并利用信息技術(shù)手段來(lái)解決問(wèn)題。理解“技術(shù)”的基礎(chǔ)上，再次實(shí)現(xiàn)“技術(shù)”。比如“抽殼”的概念，學(xué)生根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)是將實(shí)心的物體進(jìn)行“掏空”，留下“外殼”，對(duì)于計(jì)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(guò)程中不斷提升工程思維能力與動(dòng)手操作能力。

（四）對(duì)比評(píng)價(jià)模型，感受藝術(shù)之美

教學(xué)過(guò)程中評(píng)價(jià)是必不可少的過(guò)程，它是學(xué)生分享3D作品模型后的再認(rèn)識(shí)反思的過(guò)程。通過(guò)展示不同作品進(jìn)行對(duì)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(lái)的視覺(jué)之美。在評(píng)價(jià)過(guò)程中自我評(píng)價(jià)和相互評(píng)價(jià)相結(jié)合。學(xué)生先進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，通過(guò)對(duì)比其他同學(xué)的作品，說(shuō)說(shuō)自己作品的有缺點(diǎn)，還想從哪些方面進(jìn)行改進(jìn)。學(xué)生再進(jìn)行相互評(píng)價(jià)，說(shuō)一說(shuō)自己最喜歡哪位同學(xué)設(shè)計(jì)的圓珠筆，并說(shuō)說(shuō)自己的理由。在評(píng)價(jià)過(guò)程中學(xué)生再次認(rèn)識(shí)自己設(shè)計(jì)的作品，為改進(jìn)自己的作品而思考與再設(shè)計(jì)，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(jì)延伸創(chuàng)意作品

一節(jié)3D設(shè)計(jì)課雖然結(jié)束了，但是學(xué)生的學(xué)習(xí)并沒(méi)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(gè)主題多學(xué)科教學(xué)，也就是說(shuō)將3DOne設(shè)計(jì)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(jì)的作品卻是豐富多彩的，3D打印出來(lái)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?cè)O(shè)計(jì)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(jì)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(shí)進(jìn)行修飾花瓶。如圖：在信息課上設(shè)計(jì)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(jì)更多的作品是一個(gè)個(gè)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(lái)并不能像我們現(xiàn)實(shí)生活中的圓珠筆那樣能夠有機(jī)組合使用，只能是一個(gè)圓珠筆的模型，那么我們可以基于《3D設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)等多方面的綜合性發(fā)展。但是在教學(xué)過(guò)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(jì)，同時(shí)巧妙與多學(xué)科相融合，為培養(yǎng)創(chuàng)新人才而努力。