指向数字化学习与创新素养培养的项目式教学案例探究

王秀芳

摘 要：开展项目式的3D创客教育教学新范式，记录对3D创客教育其中一个项目《制作智能小车配件》的课堂教学实践，探究了信息技术学科核心素养的培养如何在该案例中得到落实。

关键词：3D创客;项目式学习;微课;信息技术学科;核心素养

随着信息社会的不断进步，大数据以及人工智能时代来临，初中信息技术教学需要与时代接轨，加入新兴的知识与技术以满足学习者的渴求。基于此背景下，作者在初中学段开展3D创客教育，尝试项目式的学习新范式，探究信息技术学科核心素养培养在3D创客教育案例中的细化与落实。此文以3D创客教育中的其中一个项目《制作智能小车配件》为例进行阐述。

一、项目教学目标

1.利用微课学会在3Done中绘制圆柱、长方体等基本实体，了解相应的参数及空间位置关系，体会从二维平面到三维空间的转变。（指向“学会数字化学习”素养）

2.利用微课学会分析组合图形，分解成基本图形，选择合理的建模方式，在建模过程中体会优化的作用。（指向“学会数字化学习”素养）

3.利用微课学会打印前文件的处理及使用3D打印机，进一步理解3D打印机的工作原理，通过观察打印过程及成品，理解3Dstar中打印设置的作用。（指向“学会数字化学习”素养）

4.利用微课通过观察、实际安装、讨论等方式探究改进方案，感受改进的过程，培养创新思维的能力，在交流中提出有价值的信息，体验设计的乐趣。（指向“创新能力培养”素养）

二、项目实录

环节一：3D建模

【过程】

1.教师介绍：这是一个以项目为单位的学习单元，从今天开始《制作智能小车配件》的学习，本项目的主题是为智能小车的主板做一个支撑用的配件。请学生根据本项目的学习单，通过观看各环节相关的微课来明确本阶段的学习目标以及具体的学习任务。

2.教师下发学习微视频及学习单，对其使用进行说明：请学生仔细阅读表格中的每块学习内容，观看微课视频，自学并独立完成各任务。

3.部分学生作品展示，引导学生从建模思路和技巧两个方面说一说：我是怎么做的？为什么我要这样做？教师提出“优化”的设计理念，引导学生回顾、梳理3Done的软件操作重难点。

【现场】

学生对照着学习单和电脑上的学习视频，开始学习建模。课堂起先是安静的，学生整齐划一地戴上耳机，看起了微课1，即本课的导入微视频，然后根据微课1布置的任务及学习单的指引，进入下一阶段的学习。教师巡视。

渐渐的，课堂上有了变化：

生1：按照学习单的流程，看完相应的微课和学习类微视频，顺利把本阶段的建模任务完成了。

生2：看完微课和学习类微视频后，感觉自己完成建模还是有困难，又打开操作视频观看，模仿操作视频完成了建模。

生3和生4是同桌：在使用学习单和微视频的过程中，生3遇到了困难，和生4讨论并完成了建模。

生5：学习过程中遇到了困难，举手问老师。教师对其进行重点引导，提示他利用哪个微视频来寻求解决困惑的方法。

……

实际的效果是学生的完成率和完成质量都挺不错的，说明了适合自己的学习方式才是最好的。个体之间肯定存在着差异，在可以自己选择学习方式的时候，这种差异可以用不同的学习方法来弥补。学习的主动性明显提升，找对了学习方法可以让学习事半功倍。

这一环节有较多的新的知识点需要掌握。教师通过学习单和微视频的方式让学生明确任务，引导学生学着分析问题，以优化的思路寻求解决问题的方案。在这个环节，教师把教学的重点放在学习方法的指导上，体验多种学习方法的过程中让学生学着选择适合自己的方法或者适合学习某个知识点的方法来学习。比如微视频的学习，比如学习单上思考练习，比如同伴间的讨论，比如与教师的互动。

微视频教学是这一环节的亮点。微视频分为三类：“微课”是对这一阶段学习任务的引导，“学习用微视频”是对相应知识点的解释说明。基础好一些的学生通过观看这两类微视频后需要经过思考转化为自己的理解，并运用到建模过程中去。“操作视频”是对这一环节的操作演示，观看前两类视频，思考后还是有困难的学生可以模仿这一类视频的操作方法，再进一步体验反思为什么要这样操作。

环节二：3D打印

【过程】

1.回顾建模和3D打印机基础。

2.教师介绍：打印前建模文件需要处理完成打印设置，然后使用打印机进行打印。

3.布置任务：根据学习单和微视频进行学习。

【现场】

学生对照着学习单和电脑上的学习视频，开始学习将建模文件经过特定软件切片，处理成供3D打印机运行的打印文件。学生戴上耳机观看微视频《打印前的文件处理》，把前一环节中保存下来的模型文件通过3D star软件制作成STL文件。教师巡视，并提示学生注意观察视图区物体的位置和猜想打印设置中各选项的作用。

学生接下来观看微视频《如何使用3D打印机》，学会后尝试操作3D打印机，打印出实体模型。教师巡视，并提示学生注意观察3D打印机的工作状态，并联系打印设置感知和进一步理解切片的原理。

通过观察，学生产生了很多的疑问：

生1：打印设置中我设置为精细打印，而我的同桌设置的是普通打印，会有什么不同呢？（师：注意观察打印过程，比较你们俩人打印的时间，注意观察打印好的成品比较光滑度等）

生2：為什么我的模型打印的时候出现在底板的一角，而其他同学的模型打印在底板的中央？（师：打开3D star中的打印设置界面，观察并猜想哪个设置选项会影响打印的位置，比较你的设置与其他同学有什么不同？）

生3：我的模型打印好了，外面有一层保护很难去除，是不是有必要加这个保护呢？（师：这个叫支撑，支撑的产生和摆放的方向有很大关系，观察你现在的模型方向，想一想怎么改变能减少或者不产生支撑？）

……

实际的效果是学生都学会了处理STL文件和3D打印模型，收获模型的同时也收获了很多疑问，大部分学生迫不及待重新研究起切片环节中的打印设置选项，主动学习的劲头十足。这一环节，相对比较简单，知识点比较单一，分为打印文件的处理和使用打印机两个部分。其中涉及一个新软件3Dstar的设置和使用。在这一阶段，学生运用的学习方法比较统一，使用微视频学着认识3Dstar、制作切片文件，使用微视频学着用3D打印机进行打印。

观察是这一环节的亮点。通过观察3D打印机的打印过程，会更好地理解切片文件的原理。通过观察打印好的模型，对软件中的建模、3Dstar中的打印设置和实际产品之间建立了最直观的联系。但是观察后产生的疑问才是该环节的重点，有了疑问就有了进一步的思考，对该环节的知识点有了回顾，有了更深的理解。

环节三：改进与创新

【过程】

1.回顾前两个环节：建模和打印。

2.观察模型，猜想：能装上去吗？如果能安装上，能实现我们想要的功能吗？

3.布置任务：根据学习单和微视频进行学习。

【现场】

在这个环节，我引导着学生通过观察、安装、探究的过程来尝试对模型的改进与优化。

学生对照着学习单和电脑上的学习视频，开始学习安装调试，讨论记录改进方案，尝试创新改造。脑洞大开以后，出现不少金点子：

生1：我发现打印好的模型表面因为有支撑而变的粗糙，影响安装，所以我想通过修改打印设置和模型方向来提高打印的质量。通过和有同样想法的同学讨论之后，我们有了这样的改进成果：……

生2：我在安装的时候发现支架不容易固定，观察底板和支架的连接处，我准备在支架底部加一个六面体，使其可以卡在底板上。这是我的改进方案：……

生3：我安装后对这个支架的形状不满意，决定重新设计一个，也同样可以起到固定的作用。而且，我这个设计可以不额外用螺丝来辅助固定，用的像古代木匠的契合卡住固定法，请看：……

课堂上精彩纷呈，我发现学生很自然地就在观察和动手安装的过程中发现了模型存在的诸多问题，并分析思考出了多种解决方案，甚至于可行性很强的解决方案。

学会学习是这一环节的亮点。待到学生拿到成品，自然而然地通过观察外观，通过安装的过程中发现了不足，这是发现问题;之后自然而然产生了改进的欲望，主动去思考怎么样的模型才更适合于机器人主板的固定，这是分析问题;有了新的想法，自然而然地继续探究要实现改良效果去改进模型的设计好呢还是改进打印的设置好呢，尝试怎么样改进，最后打印出改良版成品，这是解决问题。这一系列的发现分析解决问题的学习过程完全是自发主动的，甚至于给我一个学起来一发不可收拾探究起来完全停不下来的感觉。

三、反思与探究

信息技术课程之于其他学科课程不同之处，在于数字化环境中的真实性学习，即以数字化工具来处理真实性任务。信息技术核心素养为信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任。该案例《制作智能小车配件》注重学生利用信息技术解决问题能力的培养，教会学生技能知识的同时也教会学生学习的方法，最能体现的是学科核心素养中“数字化学习与创新”素养的培养。

作为教学新范式的研究，我认为本案例有两个特点：

（一）采用基于STEM的项目式学习模式

三个环节不以常规课时来划分，而是以项目为单位、以学生的学习活动来划分。例如在教学实践中，我发现建模用一课时，打印用一课时，改进创新用两课时比较合适。具体操作起来可以根据学生的学习情况来灵活变动，以不打断学生的学习思维为原则，以学生获得设计创造的整个过程体验为目的。项目式的学习更符合学生的学习活动，更有利于学生对某一个知识点的整体性、系统性的感知与体验。

（二）实现了四个转变

1.目标转变：从“信息常识”到“数字素养”。

本例中学生不但了解了3D的概念，学会了3Done建模、3Dstar切片、3D打印机操作技术，还学会了利用微课微视频学习单等多种辅助工具进行数字化学习。

2.内容转变：从“关注工具特征”到“关注学科本体”。

本例中学生学会了从生活中收集信息获得数据，处理分析信息来进行设计与创新，这是信息技术学科本位。

3.方式转变：從“知识技能学习”到“解决问题能力发展”。

本例中知识技能的学习没有刻意强调，更关注的是学生发现并解决问题的能力：例如学习遇到困难了怎么办？看微视频。例如观察打印时出现疑问了怎么办？讨论比较，回顾之前的学习过程去猜想、去思考、去探究。例如成品安装时不合适怎么办？动手尝试改进。“授之以渔”，学会了选择适合自己的学习方法来进行学习，当然也就意味着学习效率的提高。

4.价值转变：从“应用行为”到“学科思维”。

本例中教学的设计从学生个体出发，第一个环节学生学会选择适合自身的学习方式，第二环节通过观察学会分析问题，第三个环节自发主动式学习，是对学生学科思维的引导，是一个完整的学习过程，也是学生如何学习信息技术的缩影：获取信息、分析信息、使用信息、创造信息。所以说，要将素养落实到学生培养，必然是通过学习方式转变、引导真实性学习的发生，从而实现preparing for future learning。

参考文献：

刘宜萍.创客教育中培养“数字化学习与创新”素养[J].中小学数字化教学，2018（5）：55-57.

编辑 鲁翠红