淺談信息化技術(shù)對學生設(shè)計思維的培養(yǎng)
——以STEAM《集裝箱大作戰(zhàn)》為例

王悅晴 柏云耀

（1.深圳市寶安區(qū)濱海小學 廣東·深圳 518100；2.西安交通大學 陜西·西安 710049）

在小學科學的課堂中，往往以科學實驗為載體，通過探究活動，可以讀學生在思維上的分析維度和象征維度進行有效培養(yǎng)，但常規(guī)課堂中對于學生設(shè)計思維的培養(yǎng)有一定的局限性。而 STEAM 教育中的工程設(shè)計正好能彌補科學探究在設(shè)計思維上的缺失，而信息化設(shè)計方案一方面符合現(xiàn)實情景貼近生活，在日常生活的投標、設(shè)計等環(huán)節(jié)中，往往也是先采用信息化的手段進行預先模擬設(shè)計，確定設(shè)計方案后再投入人工進行現(xiàn)實施工；另一方面教師可以在信息化設(shè)計中向?qū)W生初步滲透設(shè)計思維，在實際模擬中進行減少學生試錯次數(shù)。

1 STEAM案例中現(xiàn)存在的問題

1.1 設(shè)計方式比較單一

在現(xiàn)階段的STEAM課堂中，采用的設(shè)計方式一般為學生小組談論—小組繪制設(shè)計圖—實驗—在實驗中尋找問題—修改完善設(shè)計圖—確定最終方案。在此過程中，設(shè)計圖紙顯得尤為重要，而繪制方式多為手繪，無論是對圖紙的精度要求或是學生繪圖能力，都對學生有較高要求。因此在小學中低段，特別是低段很難進行有深度的STEAM項目。

1.2 試錯成本較高，不符合現(xiàn)實邏輯

在學生進行設(shè)計中，由于學生繪制設(shè)計圖紙需要1課時，而后的第一次依據(jù)圖紙搭建項目絕大多數(shù)為試錯環(huán)節(jié)，有個前期的設(shè)計與試錯，第二次的搭建才是真正基于學生設(shè)計思維與項目給予情景進行，試錯成本較高。但是在現(xiàn)實生活中，往往在設(shè)計環(huán)節(jié)就已經(jīng)進行了模擬試錯，而真正搭建時便已經(jīng)是確定方案。因此，如何在學生的STEAM案例中與真實情景結(jié)合，降低試錯成本，也是需要考慮的問題之一。

1.3 信息化手段使用較少

隨著信息技術(shù)突飛猛進，信息技術(shù)應用于教育教學已成為教育改革發(fā)展的必然趨勢。以計算機技術(shù)為核心，讓信息技術(shù)走進課堂，可以有效地促進學校和學科教育的均衡發(fā)展，對全面提升學生素養(yǎng)，深入推進素質(zhì)教育有著重大意義。教育信息化是將信息作為教育系統(tǒng)的一種基本構(gòu)成要素，并在教育各個領(lǐng)域廣泛地利用信息技術(shù)，促進教育現(xiàn)代化的過程。科學是一門與時俱進的學科。也是同時實踐的學科。如今我國信息化學科融合已經(jīng)取得了一定進展，小學生是祖國的未來，如何將利用好信息化迅速發(fā)展的資源，是新時代教師面臨的機遇和挑戰(zhàn)。較好的使用信息化技術(shù)可以幫助課堂更加高效教學。

2 信息化技術(shù)在STEAM課堂中的運用──以《集裝箱大作戰(zhàn)》為例

集裝箱大作戰(zhàn)是一個實踐性和創(chuàng)意性強的信息化綜合制作活動，學生需要通過整合之前的學習，在固定大小的集裝箱內(nèi)，進行小小財商合理分配，在有限空間內(nèi)根據(jù)不同物體形狀大小和對應價值，達到收益最大化，獲得財商比賽的勝利。它需要學生發(fā)現(xiàn)不同物體具有不同的特征、認識不同物體的形狀、了解同一種物體不同的平鋪方式。基于以上考量，我們將任務拆分為三個子任務：發(fā)現(xiàn)物體的特征、認識物體的形狀、根據(jù)設(shè)計圖對集裝箱進行組裝計算──集裝箱大作戰(zhàn)。

通過觀察和描述不同的物體，明白不同物體有不同的特征，且不同形狀的平鋪方式會影響到裝盒數(shù)量。在設(shè)計裝箱方案的環(huán)節(jié)，由于學生的空間想象能力有限，學生在材料區(qū)選擇對應材料，一種顏色表示一種物品，同一種顏色只能選取一個形狀，以此來滿足實驗中“每種材料只能選擇一種平鋪方式進行擺放”條件。教師在適當?shù)臅r候進行指導幫助通過UnigraphicsNX作圖后，平面圖通過信息化技術(shù)手段轉(zhuǎn)換為電子仿真3D和對應的視頻，為學生在下節(jié)課的實際裝箱中供設(shè)計思路，學生修改設(shè)計圖，確定首次裝箱方案。電子裝箱方案的計活動，既降低了對學生的空間想象能力的要求，又培養(yǎng)數(shù)字化學習和創(chuàng)新能力。完成設(shè)計后，在室內(nèi)進行裝箱、計算收益、再次更改裝箱方案，完成最后的裝箱環(huán)節(jié)并進行交流展示。

在本課中使用較好的信息化手段剖析：

2.1 微課視頻演示實驗操作

創(chuàng)設(shè)現(xiàn)實生活中的真實情景，模擬實驗進行裝箱，激發(fā)學生學習興趣，同時提出任務要求：必須依照一定規(guī)律，在運用之前學習的平鋪基礎(chǔ)上，進一步加大難度，進行知識迭代。

在本課的伊始，教師創(chuàng)設(shè)財商團集體進貨的情景，為了掙取更多的錢，財商團們組隊進了一批貨物準備通過集裝箱運輸，不同形狀物體定價不同（定價由教師依據(jù)體積、形狀、平鋪方式等綜合確定），任務驅(qū)動學生：在集裝箱內(nèi)裝入價值盡可能多的貨物。微課動畫視頻播放，強調(diào)裝箱方式要求：能蓋上蓋子，可以只放一種物品也可以放多種物品，同一種物品必須以同種平鋪方式放在一起。視頻播放完畢后，出示幾張錯誤方法，詢問學生是否符合裝箱要求，如果不符合，哪里有問題。強化學生對于瑣碎的裝箱要求的學習，降低學習難度，減少無效擺放物品的時間。

2.2 微信上墻實時更新學生動態(tài)

通過微信上墻的信息化手段實時上傳小組裝箱方案，利用信息化軟件，教師在核對學生金額的同時，將該小組裝箱圖拍攝上傳，進行實時滾動播放，設(shè)置為每張照片停留5秒后，再播放下一張照片，實現(xiàn)了短時間內(nèi)播放圖片無空擋，學生設(shè)計圖馬上預覽。對于學生而言，實時上墻更新動態(tài)，一方面為其他小組提供設(shè)計思路，激發(fā)學生不斷創(chuàng)新，勇爭更高，另一方面也記錄了小組在比賽中的設(shè)計過程，為后續(xù)講述自己裝箱思路提供依據(jù)。微信上墻可同時上傳3000張圖片，每張圖片可根據(jù)設(shè)置停留相同時間，再不間斷實時滾動，方便觀課老師了解課堂實施近況。

2.3 電子設(shè)計圖體現(xiàn)學生設(shè)計思維

學生在材料區(qū)選擇對應材料，一種顏色表示一種物品，同一種顏色只能選取一個形狀，以此來滿足實驗中“每種材料只能選擇一種平鋪方式進行擺放”條件。教師在適當?shù)臅r候進行指導幫助通過UnigraphicsNX作圖后，平面圖通過信息化技術(shù)手段轉(zhuǎn)換為電子仿真3D和對應的視頻，為學生在下節(jié)課的實際裝箱中供設(shè)計思路，學生修改設(shè)計圖，確定首次裝箱方案。在此步驟中學生完成裝箱實驗的初步設(shè)計。

試錯前置，使用平面圖與3D圖結(jié)合，初步形成設(shè)計思維。通過UnigraphicsNX作圖后，平面圖通過信息化技術(shù)手段轉(zhuǎn)換為電子仿真3D和對應的視頻，為學生在下節(jié)課的實際裝箱中供設(shè)計思路，學生修改設(shè)計圖，確定首次裝箱方案。在現(xiàn)實生活中，往往在設(shè)計環(huán)節(jié)就已經(jīng)進行了模擬試錯，而真正搭建時便已經(jīng)是確定方案。因此，利用信息技術(shù)在學生的STEAM案例中與真實情景結(jié)合，試錯前置，降低試錯成本。

3 信息化技術(shù)提高低段設(shè)計思維

在本案例中，使用兩個平行班級進行試教，其中一個班級在上課時取消電子設(shè)計圖部分，直接拼接設(shè)計圖后進行實際操作，結(jié)果發(fā)現(xiàn)很多小組在實際模擬裝箱中，并不能達到較好的設(shè)計思維植入效果，第一次的金額普遍較低，更有部分小組第一次裝箱不符合要求而裝箱失敗。而有電子設(shè)計圖的班級，在學生設(shè)計中，前期就已經(jīng)經(jīng)歷了試錯，在正式任務開始時，學生已經(jīng)有了設(shè)計思維，減小價格偏高但最大的立方塊，同時對于橡皮的平鋪方式采用平面內(nèi)能放最多的平鋪方式，幾乎每個小組的第二次設(shè)計總價較第一次有了顯著提高。通過匯總對比可以看出，信息化技術(shù)可以幫助學生在 STEAM 項目設(shè)計初期建立試錯環(huán)節(jié)，降低后期模擬裝箱時的試錯成本，同時滲透設(shè)計思維，在活動正式開始時，學生可以有設(shè)計有目的性的完成任務。

4 結(jié)語

綜上所述，信息化技術(shù)的使用在小學科學特別是STEAM項目中的運用，在小學生的設(shè)計思維應用、項目開展情景化、生活化等的過程當中都具有一定的促進作用。在本課的學習中，從對單一物品的簡單平鋪，到立體空間里三個物體的綜合判斷，模型立體感十足，學生在不斷地嘗試中逐漸生成設(shè)計理念，從一開始單價高放的越多到后期對于集裝箱內(nèi)空隙的不斷利用，價格一直提高。而運用信息化的技術(shù)，實現(xiàn)了照片實時上傳并自動滾動播放，一方面鼓勵上墻的小組，刺激學生不斷尋求價格更高的實驗方案，另一方面也為其他學生打開思路，提供方案參考。將STEM課程中的設(shè)計、建模、檢驗三部分合三為一，符合低段學生學情。使用好信息化技術(shù)，可以讓活動高度有效進行，同時在低段學生中進行較高程度的STEAM項目學習，信息化技術(shù)幫助老師更好完成教學目標，提升教學質(zhì)量和效率，也可以讓學生更能接受完成自己的任務。