指向數字化學習與創新素養培養的項目式教學案例探究

王秀芳

摘 要：開展項目式的3D創客教育教學新范式，記錄對3D創客教育其中一個項目《制作智能小車配件》的課堂教學實踐，探究了信息技術學科核心素養的培養如何在該案例中得到落實。

關鍵詞：3D創客;項目式學習;微課;信息技術學科;核心素養

隨著信息社會的不斷進步，大數據以及人工智能時代來臨，初中信息技術教學需要與時代接軌，加入新興的知識與技術以滿足學習者的渴求。基于此背景下，作者在初中學段開展3D創客教育，嘗試項目式的學習新范式，探究信息技術學科核心素養培養在3D創客教育案例中的細化與落實。此文以3D創客教育中的其中一個項目《制作智能小車配件》為例進行闡述。

一、項目教學目標

1.利用微課學會在3Done中繪制圓柱、長方體等基本實體，了解相應的參數及空間位置關系，體會從二維平面到三維空間的轉變。（指向“學會數字化學習”素養）

2.利用微課學會分析組合圖形，分解成基本圖形，選擇合理的建模方式，在建模過程中體會優化的作用。（指向“學會數字化學習”素養）

3.利用微課學會打印前文件的處理及使用3D打印機，進一步理解3D打印機的工作原理，通過觀察打印過程及成品，理解3Dstar中打印設置的作用。（指向“學會數字化學習”素養）

4.利用微課通過觀察、實際安裝、討論等方式探究改進方案，感受改進的過程，培養創新思維的能力，在交流中提出有價值的信息，體驗設計的樂趣。（指向“創新能力培養”素養）

二、項目實錄

環節一：3D建模

【過程】

1.教師介紹：這是一個以項目為單位的學習單元，從今天開始《制作智能小車配件》的學習，本項目的主題是為智能小車的主板做一個支撐用的配件。請學生根據本項目的學習單，通過觀看各環節相關的微課來明確本階段的學習目標以及具體的學習任務。

2.教師下發學習微視頻及學習單，對其使用進行說明：請學生仔細閱讀表格中的每塊學習內容，觀看微課視頻，自學并獨立完成各任務。

3.部分學生作品展示，引導學生從建模思路和技巧兩個方面說一說：我是怎么做的？為什么我要這樣做？教師提出“優化”的設計理念，引導學生回顧、梳理3Done的軟件操作重難點。

【現場】

學生對照著學習單和電腦上的學習視頻，開始學習建模。課堂起先是安靜的，學生整齊劃一地戴上耳機，看起了微課1，即本課的導入微視頻，然后根據微課1布置的任務及學習單的指引，進入下一階段的學習。教師巡視。

漸漸的，課堂上有了變化：

生1：按照學習單的流程，看完相應的微課和學習類微視頻，順利把本階段的建模任務完成了。

生2：看完微課和學習類微視頻后，感覺自己完成建模還是有困難，又打開操作視頻觀看，模仿操作視頻完成了建模。

生3和生4是同桌：在使用學習單和微視頻的過程中，生3遇到了困難，和生4討論并完成了建模。

生5：學習過程中遇到了困難，舉手問老師。教師對其進行重點引導，提示他利用哪個微視頻來尋求解決困惑的方法。

……

實際的效果是學生的完成率和完成質量都挺不錯的，說明了適合自己的學習方式才是最好的。個體之間肯定存在著差異，在可以自己選擇學習方式的時候，這種差異可以用不同的學習方法來彌補。學習的主動性明顯提升，找對了學習方法可以讓學習事半功倍。

這一環節有較多的新的知識點需要掌握。教師通過學習單和微視頻的方式讓學生明確任務，引導學生學著分析問題，以優化的思路尋求解決問題的方案。在這個環節，教師把教學的重點放在學習方法的指導上，體驗多種學習方法的過程中讓學生學著選擇適合自己的方法或者適合學習某個知識點的方法來學習。比如微視頻的學習，比如學習單上思考練習，比如同伴間的討論，比如與教師的互動。

微視頻教學是這一環節的亮點。微視頻分為三類：“微課”是對這一階段學習任務的引導，“學習用微視頻”是對相應知識點的解釋說明。基礎好一些的學生通過觀看這兩類微視頻后需要經過思考轉化為自己的理解，并運用到建模過程中去。“操作視頻”是對這一環節的操作演示，觀看前兩類視頻，思考后還是有困難的學生可以模仿這一類視頻的操作方法，再進一步體驗反思為什么要這樣操作。

環節二：3D打印

【過程】

1.回顧建模和3D打印機基礎。

2.教師介紹：打印前建模文件需要處理完成打印設置，然后使用打印機進行打印。

3.布置任務：根據學習單和微視頻進行學習。

【現場】

學生對照著學習單和電腦上的學習視頻，開始學習將建模文件經過特定軟件切片，處理成供3D打印機運行的打印文件。學生戴上耳機觀看微視頻《打印前的文件處理》，把前一環節中保存下來的模型文件通過3D star軟件制作成STL文件。教師巡視，并提示學生注意觀察視圖區物體的位置和猜想打印設置中各選項的作用。

學生接下來觀看微視頻《如何使用3D打印機》，學會后嘗試操作3D打印機，打印出實體模型。教師巡視，并提示學生注意觀察3D打印機的工作狀態，并聯系打印設置感知和進一步理解切片的原理。

通過觀察，學生產生了很多的疑問：

生1：打印設置中我設置為精細打印，而我的同桌設置的是普通打印，會有什么不同呢？（師：注意觀察打印過程，比較你們倆人打印的時間，注意觀察打印好的成品比較光滑度等）

生2：為什么我的模型打印的時候出現在底板的一角，而其他同學的模型打印在底板的中央？（師：打開3D star中的打印設置界面，觀察并猜想哪個設置選項會影響打印的位置，比較你的設置與其他同學有什么不同？）

生3：我的模型打印好了，外面有一層保護很難去除，是不是有必要加這個保護呢？（師：這個叫支撐，支撐的產生和擺放的方向有很大關系，觀察你現在的模型方向，想一想怎么改變能減少或者不產生支撐？）

……

實際的效果是學生都學會了處理STL文件和3D打印模型，收獲模型的同時也收獲了很多疑問，大部分學生迫不及待重新研究起切片環節中的打印設置選項，主動學習的勁頭十足。這一環節，相對比較簡單，知識點比較單一，分為打印文件的處理和使用打印機兩個部分。其中涉及一個新軟件3Dstar的設置和使用。在這一階段，學生運用的學習方法比較統一，使用微視頻學著認識3Dstar、制作切片文件，使用微視頻學著用3D打印機進行打印。

觀察是這一環節的亮點。通過觀察3D打印機的打印過程，會更好地理解切片文件的原理。通過觀察打印好的模型，對軟件中的建模、3Dstar中的打印設置和實際產品之間建立了最直觀的聯系。但是觀察后產生的疑問才是該環節的重點，有了疑問就有了進一步的思考，對該環節的知識點有了回顧，有了更深的理解。

環節三：改進與創新

【過程】

1.回顧前兩個環節：建模和打印。

2.觀察模型，猜想：能裝上去嗎？如果能安裝上，能實現我們想要的功能嗎？

3.布置任務：根據學習單和微視頻進行學習。

【現場】

在這個環節，我引導著學生通過觀察、安裝、探究的過程來嘗試對模型的改進與優化。

學生對照著學習單和電腦上的學習視頻，開始學習安裝調試，討論記錄改進方案，嘗試創新改造。腦洞大開以后，出現不少金點子：

生1：我發現打印好的模型表面因為有支撐而變的粗糙，影響安裝，所以我想通過修改打印設置和模型方向來提高打印的質量。通過和有同樣想法的同學討論之后，我們有了這樣的改進成果：……

生2：我在安裝的時候發現支架不容易固定，觀察底板和支架的連接處，我準備在支架底部加一個六面體，使其可以卡在底板上。這是我的改進方案：……

生3：我安裝后對這個支架的形狀不滿意，決定重新設計一個，也同樣可以起到固定的作用。而且，我這個設計可以不額外用螺絲來輔助固定，用的像古代木匠的契合卡住固定法，請看：……

課堂上精彩紛呈，我發現學生很自然地就在觀察和動手安裝的過程中發現了模型存在的諸多問題，并分析思考出了多種解決方案，甚至于可行性很強的解決方案。

學會學習是這一環節的亮點。待到學生拿到成品，自然而然地通過觀察外觀，通過安裝的過程中發現了不足，這是發現問題;之后自然而然產生了改進的欲望，主動去思考怎么樣的模型才更適合于機器人主板的固定，這是分析問題;有了新的想法，自然而然地繼續探究要實現改良效果去改進模型的設計好呢還是改進打印的設置好呢，嘗試怎么樣改進，最后打印出改良版成品，這是解決問題。這一系列的發現分析解決問題的學習過程完全是自發主動的，甚至于給我一個學起來一發不可收拾探究起來完全停不下來的感覺。

三、反思與探究

信息技術課程之于其他學科課程不同之處，在于數字化環境中的真實性學習，即以數字化工具來處理真實性任務。信息技術核心素養為信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任。該案例《制作智能小車配件》注重學生利用信息技術解決問題能力的培養，教會學生技能知識的同時也教會學生學習的方法，最能體現的是學科核心素養中“數字化學習與創新”素養的培養。

作為教學新范式的研究，我認為本案例有兩個特點：

（一）采用基于STEM的項目式學習模式

三個環節不以常規課時來劃分，而是以項目為單位、以學生的學習活動來劃分。例如在教學實踐中，我發現建模用一課時，打印用一課時，改進創新用兩課時比較合適。具體操作起來可以根據學生的學習情況來靈活變動，以不打斷學生的學習思維為原則，以學生獲得設計創造的整個過程體驗為目的。項目式的學習更符合學生的學習活動，更有利于學生對某一個知識點的整體性、系統性的感知與體驗。

（二）實現了四個轉變

1.目標轉變：從“信息常識”到“數字素養”。

本例中學生不但了解了3D的概念，學會了3Done建模、3Dstar切片、3D打印機操作技術，還學會了利用微課微視頻學習單等多種輔助工具進行數字化學習。

2.內容轉變：從“關注工具特征”到“關注學科本體”。

本例中學生學會了從生活中收集信息獲得數據，處理分析信息來進行設計與創新，這是信息技術學科本位。

3.方式轉變：從“知識技能學習”到“解決問題能力發展”。

本例中知識技能的學習沒有刻意強調，更關注的是學生發現并解決問題的能力：例如學習遇到困難了怎么辦？看微視頻。例如觀察打印時出現疑問了怎么辦？討論比較，回顧之前的學習過程去猜想、去思考、去探究。例如成品安裝時不合適怎么辦？動手嘗試改進。“授之以漁”，學會了選擇適合自己的學習方法來進行學習，當然也就意味著學習效率的提高。

4.價值轉變：從“應用行為”到“學科思維”。

本例中教學的設計從學生個體出發，第一個環節學生學會選擇適合自身的學習方式，第二環節通過觀察學會分析問題，第三個環節自發主動式學習，是對學生學科思維的引導，是一個完整的學習過程，也是學生如何學習信息技術的縮影：獲取信息、分析信息、使用信息、創造信息。所以說，要將素養落實到學生培養，必然是通過學習方式轉變、引導真實性學習的發生，從而實現preparing for future learning。

參考文獻：

劉宜萍.創客教育中培養“數字化學習與創新”素養[J].中小學數字化教學，2018（5）：55-57.

編輯 魯翠紅