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STEAM教育视角的小学3D校本课程设计与应用研究

发表时间：2021/4/9 来源：《基础教育课程》2021年2月作者：赵飞

[导读] 作为综合创新人才培养模式的STEAM教育，有着非常广泛的教育价值和意义。STEAM教育由数学、技术、工程、艺术、数学组成，但并非简单的叠加，而是环环相扣，体现综合性意义。本文以小学3D打印校本课程作为研究对象，分析教育思路，为新时期教育模式的设计提供参考。

义乌市香山小学教育集团赵飞

摘要：作为综合创新人才培养模式的STEAM教育，有着非常广泛的教育价值和意义。STEAM教育由数学、技术、工程、艺术、数学组成，但并非简单的叠加，而是环环相扣，体现综合性意义。本文以小学3D打印校本课程作为研究对象，分析教育思路，为新时期教育模式的设计提供参考。
关键词：STEAM教育；小学；3D校本课程；设计；应用
        前言：3D打印目前已经成为人们生活中的常见技术，有着极为突出的技术优势。STEAM教育属于多学科交叉融合教育方法，关注学生的综合素质以及创新能力培养。国内教育领域近些年对计算机技术、信息技术的广泛推广和使用，使得各地中小学纷纷开展了3D打印、机器人等STEAM教育活动。为提高教育有效性，本文展开STEAM教育内涵和特点的挖掘与阐述，基于小学3D打印校本课程，分析教育实例。
        一、STEAM教育概述和发展
        最初源于美国的STEAM教育，在多年的探索中渐渐走进国内。STEAM教育追求的是能力全面人才培养，对推动我国发展以及教育改革有显著帮助。
       （一）教育背景
        所谓的STEAM教育，由数学、技术、工程、艺术以及数学构成，追求的是学生五大素养的全面培养。其运用融合教育模式，立足项目学习和问题导学[1]。提升学生问题解决能力和创新素质。
       （二）发展
        STEAM教育从最初的单调性发展，到如今的多维度发展不难看出，其强调以现有课程出发，打造整合性教育。新时期背景下，社会需要的是复合人才，而STEAM教育的形式和理念，恰好满足了时代对于人才的基本要求。
        二、STEAM教育在3D打印技术的运用
        STEAM教育在小学教育中的使用，需要根据学生的情况设计切入点和教育构思，从而确保STEAM教育能够展现应有的魅力和作用。今后社会，学生必须从原本的知识消费者变成知识创作者[2]。学生应当在做中学习，在创作中学习。STEAM教育的运用，具有显著启发意义，能够显著提升学生的素质能力。
        （一）3D打印技术发展和运用
        众所周知，3D打印是快速成型的一种技术，上个世纪就已经面世。3D打印技术使用数字模型文件，将粘合材料用逐层打印方法制作物体[3]。该技术运用了三维数字的技术，可以快速成像制作模型。
        现如今3D打印技术在许多领域和行业中均能见到身影，最开始只不过应用在工业设计和一些模具，如今假肢、微雕模型都能看到3D打印。3D打印技术在社会中的使用十分广泛，完全可以将其作为拓展类技能知识放在我国教育系统，带给学生全新的方法、思路，让学生在探索深奥知识的同时，拓展视野，激发学生创作设计热情，实现现实未来、知识思维、理论实践的完美结合。
        （二）3D打印技术和STEAM教育关系
        所谓的3D打印技术，其实就是在引入创客理念之后，将原本的创意思想和设计变成现实作品。STEAM教育能够为其从设计到作品的跨越，提供协作性、艺术性、学科性支持。学生在一系列尝试中，创新能力、创新意识得到显著增强。
        三、3D打印技术校本课程实践
        梳理与总结3D打印技术和STEAM教育关系可以得出的是，在教学中，3D打印技术是时代发展的趋势和重要机遇。

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目前可用3D打印建模软件非常多，本文所用的软件为3D One。该软件有着清晰的导航和简洁的界面，操作简单、功能丰富，学习简单、教学不困难。
        （一）对象
        本次教学面对的是QQ小学四年级B班和C班的50名学生。小学四年级学生好动且活泼，对于外界趣味十足的世界充满好奇心。调查得知，两个班级中，大部分学生对于3D打印有所了解，有一定量知识储备，为课程的实施奠定了基础。
        （二）环境
        学校专门提供了1个教室作为3D实验室，配备了30台图像处理能力极强的计算机和6台3D打印机，所有计算机均配比饿了3D One软件，另外还设置了交互白板。每次学校的社团活动开展时间为周四下午第三节、第四节课。两个班级学生分批次前往学习。
        （三）目标
        首先是知识能力，通过学习了解3D打印的基本流程和操作方法，自行设计与打印模型。
        其次是过程方法。在和其他学科整合中，发散学生思维，小组合作交流中，培养学生责任心和集体意识。教师创设情境，调动和激发学生的学习热情。学生完成任务中，达成问题解决能力培养和知识迁移目的。
        情感态度价值观。在探究中建立新事物理解能力，形成认真求实、追求科学精神，培养学生的交流、分享、勇敢面对挫折精神。
        （四）实践思想
        教学核心思想为跨创统整，展现创新理念和学科融合。在学科与3D打印衔接中，立足现有课程体系做好课程设计。3D打印教师为学校的信息技术教师兼任。教学中实时反映教学问题，并成立设计小组，组成人员包括学校的美术、数学以及信息技术老师。
数学环节为2D转换3D，教学和平面几何到立体几何有着相同的思想。数学教师的工作是几何体设计规划以及思想设计。
美术环节同样非常重要，页面的美化能够增强教学内容艺术性、趣味性，使学生更积极主动的参与学习和实践。
技术环节。可操作的教材内容可以保障教学活动的顺利落实。设计环节中，教师应用语得当，科学合理，正确操作，合理设计情境，保障任务具有足够探究性。
        （五）方法
        比如教学中，教师组织学生用3D打印机打印1比32的塑料小人，教师提前告诉学生哪些网站有模板，之后学生在网站中下载数据，打开3D打印机操作软件，将数据导入到软件。随后打开3D打印机的开关，装入光敏树脂复合材料，这时候3D打印机就能自动打印。最后学生用笔刀、金属锉、2000目砂纸精心打磨就能得到自己的道具。此外教师也可以让学生用红蜡打印，红蜡有着更高的精度，甚至打印出的成品不需要修复就能直接喷水补土以后上色。
        结语：在STEAM教育视角下，需要走出超前学科的特征，在学科融合的同时，实现创客教育和STEAM教育的完美结合。应设计出以STEAM教育为基础的3D打印课程，探索实践案例，在自主设计中获得学习成就感，找到学生在学习中的不足。应做好教育模式的创新和优化，探索新时期背景下的教育办法。当前我国STAEAM教育仍不成熟，有必要积极探索实践和理论的结合方式。
参考文献：
[1]林旖柔,王朋娇,张帆.STEAM背景下小学3D打印课程教学设计模式构建研究[J].软件,2020,41(02):288-293.
[2]黄迪,杜莹,姜鹏.小学信息技术教育模式构建实践路径——基于STEAM教育理念[J].现代教育,2019(09):25-27.
[3]段红,董恬序.STEAM视角下小学3D打印课堂教学设计[J].办公自动化,2019,24(09):37-39+54.