學科融合背景下的信息技術教學實踐

侯娟

本節課是一節研究課，主題是STEAM教育實踐、研究與思考，結合學校的硬件實際，筆者選擇了《指尖陀螺的設計與制作》這節內容，它是筆者所在學校校本特色課程《創意設計與3D打印》中的特征建模的簡單應用。

● 目標設定

學生前期已經掌握了基礎建模法，上節課開始接觸特征建模法，對特征建模法的基本思路和基本步驟有了初步的了解，本節課以指尖陀螺為例，結合科學、技術、工程、藝術、數學等多學科知識著重對指尖陀螺的羅盤進行設計。

知識與技能目標：①科學目標：知道指尖陀螺的物理結構，理解轉動慣量的概念及對指尖陀螺設計的影響;②技術目標：會熟練使用游標卡尺，掌握特征建模的思路，會檢查草圖的封閉性;③工程目標：合理選擇零件配合的方法，能夠根據現有材料設計解決方案;④藝術目標：能夠從外觀上改進自己的作品;⑤數學目標：能準確計算建模過程中的各種數據。

過程與方法目標：通過實驗觀察發現有問題的羅盤，并在設計中解決這些問題。

情感態度與價值觀目標：在設計羅盤中感受知識融合的重要性，同時體驗設計和制作的樂趣。

● 策略及流程

本節課采取倒敘的手法，提前打印產品（含各種問題產品），讓學生觀察、比較，找到各種問題，通過小實驗，學習科學知識，為解決問題提供思路，同時感受組裝過程對產品工藝的要求，為細節完善做好準備。整體流程如下圖所示。

● 前期物料準備

本節課注重實踐，強調學生的動手能力和結合實際設計方案解決問題的能力。因此，筆者提前準備了物料，包含教學展示用和學生用兩個部分，并對學生用的以組為單位進行了分裝。教學展示用的主要是各種設計精美的指尖陀螺。學生用每組包含指尖陀螺專用高速軸承1個，普通配重軸承6個，直徑為12mm、14mm、16mm的鋼珠各3顆，游標卡尺及套盒一組，筆一支，什物籃一個，羅盤1～2個。此外，給每組提供任務提示單，對難點給予提示，讓學生更清楚每個環節的任務。

● 教學過程

1.課題引入

教師演示事先準備好的指尖陀螺，激發學生興趣，同時詢問是否喜歡，想不想要，并故意說舍不得給他們，但是告訴他們通過本節課的學習，他們都可以成為指尖陀螺的制作高手。

設計意圖：借助指尖陀螺實物引起學生的興趣，又因為教師的“小氣”讓他們求而不得，引出本節課主題，激發他們強烈的創作欲望。

2.指尖陀螺的分析與設計

活動1：拆解陀螺，了解結構

拆解指尖陀螺，了解指尖陀螺的結構——羅盤、蓋子、高速軸承。同時，和什物籃中的物料進行對應，完成任務提示單中指尖羅盤的構成。

設計意圖：現場拆解，讓學生迅速了解指尖陀螺的結構，為后面的設計提供幫助。

活動2：組裝陀螺，發現問題

學生組裝指尖陀螺，請完成的小組展示安裝好的羅盤，再請學生展示有問題安裝不上的羅盤，并說出問題所在。

設計意圖：將問題產品前置，引導學生發現問題，并思考如何在自己的設計中加以改進。

活動3：實驗操作，探究科學知識

什物籃中其余的配件是干什么用的？請學生發表自己的看法。教師適時播放實驗小視頻——引出轉動慣量，請學生結合自己的物料在羅盤上安裝配重，并做個簡單的對比、總結小實驗的結論。

設計意圖：學生通過觀看小實驗并親手操作實驗，感受科學知識，從而引出配重的重要性。同時，感受由于添加配重而對羅盤的設計提出了更高要求。

活動4：參數測量，有數可依

學生總結發現的問題，完成任務提示單中相對應的部分，明確精確測量的重要性，并使用游標卡尺測量配件參數。

設計意圖：培養學生科學測量的好習慣，使其熟練掌握游標卡尺的使用，在實踐中逐步形成工程設計思維。

活動5：理清思路，實操建模

①復習特征建模的基本步驟，理清建模的思路開始建模。②巡視學生作品，請學生講解自己確定的尺寸。③教師講解檢查草圖封閉性的方法（本節課的新知識點）。④特征造型，告知學生拉伸厚度同軸承厚度。⑤細節處理（舊知識的靈活運用）。

設計意圖：讓學生在理清思路后自主建模，是為了鼓勵學生自主創新。同時，時刻觀察學生的設計，并請學生講解自己尺寸確定的依據，這是因為前期產品設計與制作的經驗告訴學生尺寸來源于測量，但又不完全以測量為依據，還要考慮零件配合的方式，以及打印機的精度。

教師通過問題“你還會進行哪些細節處理？為什么要進行圓角和倒角的設計？”對細節的處理給予引導，并請已進行細節處理的學生講講出發點是什么。

設計意圖：提示學生結合藝術性和工藝等要求，讓他們在實例中逐步形成用工程設計思維去看待作品制作。

3.展示交流，梳理總結

①請學生展示自己設計的羅盤，談談設計的優點，以及還有哪些需要改進，教師梳理并總結本節課內容。

設計意圖：請學生展示自己的作品，滿足學生的展示欲望，也給學生提供了互相學習的機會。展示時說出自己設計的優缺點也是工程思維的一種體現，同時，再次指出轉動慣量還和其他因素有關，感興趣的同學可以課后深入研究，改進自己的指尖陀螺。

②異想天開，激發想象。教師演示飛行的指尖陀螺磁懸浮回旋黑科技，結束本節課。

設計意圖：激發學生的想象力和創造力，引導學生在設計作品時大膽想象。

● 教學思考

本節課在STEAM理念的指導下，從發現問題出發，探究解決方法，引出科學知識——轉動慣量對羅盤設計和制作的影響，進而引導學生在準確測量的基礎上，結合零件配合的方法、打印機精度來確定尺寸，設計羅盤。在實際設計過程中，前期的觀察和探究花費了一定的時間，加上學生設計的時候在造型設計上尋求多樣化，在工藝上也有細節要求，因此后面展示的時間就比較少了，展示顯得比較倉促，后期需要改進。個別學生的設計造型過于復雜，給草圖的封閉性檢查帶來了困難，應適時地給予提醒與指導，鼓勵其多思考，多實踐。