重庆市巴南区鱼洞第二小学校 401320
[摘要]:最近几年,3D打印技术广受欢迎,已逐步与小学教育相互融合,被广泛应用在小学阶段的科学教学过程中。“双减”背景下科学教学中融入3D打印技术,为小学科学的教学选择了一条新的路径。本文立足于“双减”背景,立足于STEAM理念,针对3D打印技术与小学科学教学中的具体实践,阐述了3D打印技术助力小学科学的实践意义,结合案例提出了STEAM理念下3D打印技术融入小学科学教学的几点有效的策略。
[关键词]:双减;小学科学;3D打印技术;教学策略;实践
2022年4月颁布的《义务教育科学课程标准》指出,科学要“立足学生核心素养的发展,依据核心素养的内涵及学段特征,体现课程性质,反映课程理念。”[1]受“双减”大环境和受STEAM教育理念影响,小学科学教学时应展开跨学科综合性教育,以便促进学生全面成长。于是,在“双减”背景下,我把STEAM教学结合3D打印技术,在科学学科教学中培养学生科学核心素养方面我不断地尝试着、实践着。
一、3D打印技术助力小学科学STEAM教学实践的意义
(一)促进小学科学及STEAM教育融合
现在的科学教学,根据《科学课程标准》,要求在教学时加强学生的科学实践,利用科学探究,注重跨学科融合学习。要达到这些目标,现行科学教材中技术与工程部分内容,3D打印技术具有较大的优势,能够深度融合小学科学部分内容,体现STEAM教育理念。学生在实际操作中,在设计模型,控制模型的比例时,都可以使用到3D打印技术。此项技术可以和STEAM教育中的科学、工程、数学等素养融合,使用3D建模软件展示效果,展示学生在STEAM理念中的融合效果。学生在利用软件创建模型后,进一步进行修剪、艺术加工,与STEAM理念融合,形成良好的艺术修养。
学生在学习时,以项目为核心导向,重视指导学生发现问题以及解决问题,STEAM教学绝非简单叠加数学、艺术、工程、科学及技术等,而是整合相关资源,突破学科界限,弥补传统教育模式缺陷。STEAM教学通过任务驱动,加强学生的小组合作学习,特别是利用好学生的跨学科学习能力,培养学生的综合创新能力,并将其所形成的能力应用在小学科学学习中。
(二)3D打印技术可创新直观化科学教具
不管是2017版还是2022版《小学科学课程标准》,都把技术与工程领域的内容纳入科学教材体系中。随着STEAM教育在学校中的开展,现代思维型课堂只通过视频、图片等形式来展示相关知识,难以真正实现思维型课堂的目的。自从3D打印技术出现后,人们把它与我们的教学相联系,更在制作小学科学教具时使用这项技术,这是因为3D打印技术可以营造良好的三维学习环境。
比如,我们在教学《昼夜交替现象》和《四季变化的成因》时,教师通过三维软件工具按一定比例制作地球、月亮、太阳的模型,然后用打印机打印出来,组成相关教具模型,教学时进行有效的讲解。学生在这样的三维学习环境中,直观观察,思维得到训练,还能让学生了解具体的科学知识,同时降低学生学习的困难指数。
(三)3D打印技术易于培养学生空间想象及创新思维
基于STEAM理念下的小学科学教学,通过使用3D打印技术,能够进一步锻炼学生创造力以及想象力。在模型设计这一环节,学生的创造力和空间想象力,在不断发展以及提高[2]。学生使用3D打印技术,能够不断的发展自身工程思维以及技术能力,这对培养新时期的小学创新型人才非常关键,还可以促使学生在学习时养成创新意识,并提高动手能力。
比如,我们在教学教科版五下第二单元第六课《设计我们的小船》和第七课《制作与测试我们的小船》两课时,教师先让学生模拟担任“小小造船工程师”。通过让学生经历“船方面的知识——学生进行设计——画设计图”的过程。学生像工程师那样设计好图纸后,利用3Done软件画出船的模型,经过仔细分析船的结构,确定无误后,利用3D打印机打印出作品来。学生设计制作小船的过程,就是学生利用STEAM理念进行教学的过程,就是让学生像工程师那样探究的过程,是让学生经历完整的工程设计并制作的过程,在这个过程中培养了学生的工程思维,同时培养了学生解决问题的能力。
二、基于学科核心素养下科学教学融入3D打印技术的研究策略
为了能够保障STEAM理念下的3D技术,能够真正和小学科学教学实践相融合,这就需要教师改革传统的教学思路,在科学技术工程领域,注重展现3D打印技术的价值和优势,全面调动学生的学习积极性和主动性。
自从学校配置3D打印机后,主动学习3D打印技术,认真钻研3D软件,结合科学教材,认真实践着。下面,我结合六年级“桥的形状和结构”这一课,阐述在小学科学STEAM课程中与3D打印技术相融合的策略。
(一)学习软件,练习操作
在STEAM教育理念指导下,“S”对应“科学”,利用科学中学习力学原理,了解材料的形状与抗弯曲能力的关系。“T”对应“技术”,要求学生能够通过计算机进行操作,使用3D打印技术进行简单的动手操作。“E”对应“工程”,学生像工程师那样进行设计,绘制各种各样的桥,利用3D one软件建模。“A”对应“艺术”,需要学生利用艺术性特点,针对制作的桥模型进行艺术加工。“M”对应“数学”,要求学生结合学习目标,合理设置桥的尺寸,教师为学生准备3D One网络教学视频,向学生讲解基本的3D One软件操作技巧,指导学生尝试把平面图案变成立体图案模型,绘制出3D模型。学生在教师布置任务后,进行独立的操作练习,如有疑问之处,可以与同伴进行交流,也可以寻求教师的指导与帮助。
(二)小组合作,大胆质疑
我校开设的3D设计课程,主要由信息技术课教师对学生进行基本操作的培训,学生经过培训学习,自主参与,学生对3D打印技术已经产生了一定兴趣,对3D打印技术已有一定的基础。教师为学生准备丰富的学习素材,通过发布具体任务,让学生进一步掌握有关桥结构方面的常识,感受桥的结构构成,学生进一步探索本小组所选择桥的受力原理研究点,找到具体的受力点,使用3D One软件绘制桥模型。
学生在教师指导下,应用各种有结构的材料,收集更加丰富的资料。结合教师布置的任务,整理相关素材,与教师进行交互、反馈。这一过程中,教师的教学是站在学生的视野上,以学生的角度去分析、去探究、去评价,较好地实现学生个性化、差异化的学习,可视化思维过程,展现学生的学习逻辑,提高学生技术工程素养。
(三)课堂答疑,分解生成的问题
学生反馈学生对桥的设计制作,教师结合学生在设计制作中反馈的问题,结合具体的实例讲解材料的抗弯曲能力,鼓励学生在小组内进行交流,并且与教师进行交互。学生在这一过程中,可以培养自己的合作、探究能力,并不断地提高自身的科学素养。具体实践过程中,教师可以针对学生在分析桥的抗弯曲方面存在的疑问,引导学生自主分析,再由教师启发答疑,通过课堂上递进式的问题,让学生陈述理由,展示学生思维过程,展现学生的学习逻辑。
(四)分层互动,跨界融合
教师为学生提供3D打印机以及有关材料,学生设计具体的方案,用3Done软件制作桥模型,教师向学生进行调查,观察与询问学生的学习情况,了解班级内每个学生的学习状况、知识水平,分层指导,完成对桥模型的制作,然后打印出实体“桥”模型,并且检验实体“桥”模型是否存在瑕疵。
学生利用3Done软件,通过对心中的“桥”进行立体设计,然后利用3D打印机进行操作体验,学生在小组内相互交流,掌握3D打印技术的操作要领。教师通过学生的分层互动,针对打印的“桥”的实体模型的各方面进行有效处理。通过跨界融合的过程,锻炼学生的动手操作能力,而且令其科学素养、艺术素养以及技术素养均有所提高[3]。
(五)展示成果,交流评价
学生在课堂上完成对桥的设计任务和制作任务后,教师出示评价要求,学生分别展示各组的成果,教师为学生发放评价量表,生生互评,教师同时参与到评价中。在评价时,学生汇报作品的优缺点,教师对有创新的作品进行奖励。
学生集中观看各小组的作品,教师把学生在制作过程中使用3D软件的操作视频和自己设计的作品进行打包,发步在现场的资源库中,学生再次对作品进行观看,这样可以保证学生互相借鉴彼此的思路和方法,提高学习能力,提升科学核心素养。
综上所述,在“双减”大背景下,在STEAM教育理念下,3D打印技术在小学科学教学活动中的作用不容小觑,真正体现着小学科学课程理念,真正体现学生基于问题、任务的自我认知学习。在科学教学中整合科学技术与工程的教学策略,让学生就自己的观点进行阐释,学生之间进行辩论,促进学生进一步思考,促进了学生思维进阶。同时,教师引导学生对问题持续深入探究,通过抛出的问题生生思维碰撞和师生思维碰撞,培养学生创新精神和实践能力。STEAM教育理念下的3D打印技术的融合,遵循了学生的学习规律,遵循了小学科学的学科逻辑,适合学生的思维水平发展。
参考文献:
[1]《义务教育科学课程标准》2022,2022(04):12
[2]刘素珍,孙献鸿.基于3D打印技术的STEAM课程探索——以凯瑞小学为例[J].中小学数字化教学,2019(09):75-77.
[3]吴振兴.基于3D打印技术进行STEAM教学的运用与探索[J].新课程(小学),2018(10):103.