【教師簡介】李雯，中國人民大學附屬中學朝陽學?？萍贾行母敝魅?，中學一級教師。曾榮獲北京市基礎教育優(yōu)秀課堂教學設計評選一等獎，北京市中小學第一屆“京教杯”青年教師教學基本功展示活動一等獎等榮譽。指導學生參加全國創(chuàng)新思維競賽和創(chuàng)意工程挑戰(zhàn)賽，多次獲得全國一等獎。
STEM教育是美國應對21世紀國際人才競爭的一項國家教育戰(zhàn)略，近年來已成為國際教育界的熱點研究問題。STEM教育并不是科學、技術、工程和數(shù)學教育的簡單疊加，而是強調多學科的交叉融合，以更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神與實踐能力。本文基于“三維創(chuàng)意設計”校本課程中一個項目課例，總結將STEM教育理念融入課堂的教學實踐。
一、課例設計依據(jù)
在基礎教育領域，以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為目標，采用多種手段、多種途徑、綜合多學科知識與技能的創(chuàng)新課程成為培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實踐能力的主要手段。3D打印和三維創(chuàng)意設計的相關課程已成為此類創(chuàng)新課程的典型代表?；赟TEM的教育理念，“三維創(chuàng)意設計”課程將多學科的基礎知識整合在若干教學項目中，在課堂中進行系統(tǒng)的情境教學。在對三維設計和3D打印等先進技術手段的應用過程中，有助于學生學會設計、學會思考，形成良好的思維習慣和行為習慣。
二、課例特色
課程中師生首先共同梳理一個充滿人文關懷的視頻案例，了解工程設計的主要環(huán)節(jié)。在此基礎上，教師創(chuàng)設問題情境，以“修復玩具蜘蛛”為任務進行分析討論，貼近生活實際，將數(shù)學、技術和工程有機的交叉融合，使學生在實踐體驗中學習應用多學科知識應對現(xiàn)實問題。充分利用三維設計軟件、3D打印技術，將設計構思轉化為模型，并進一步制作為實物，提升學生在圖樣表達和物化能力方面的技術核心素養(yǎng)。
三、課例內容呈現(xiàn)
1、教學目標
知識與技能：了解工程設計過程及其各個環(huán)節(jié)，知道設計是動態(tài)而有章可循的。理解設計過程需要不斷優(yōu)化。
過程與方法：經歷設計的一般過程，初步學會有計劃、有步驟、科學地開展設計活動的方法。在思考、討論和合作實踐中，培養(yǎng)技術實踐、表達、交流、評價的能力和協(xié)作意識。
情感態(tài)度與價值觀：初步形成和保持對技術問題的敏感性和探究欲望，感受技術問題解決過程的艱辛與曲折。
2、教學過程
圖 1 教學流程示意
(一) 引入環(huán)節(jié)
教師首先介紹3D打印的應用和研究前沿，并提出“也許你認為這些高大上的技術還只是科學家和工程師的事。3D打印技術給我們每個人的生活帶來了什么呢？”提出問題，引發(fā)學生思考。
(二) 創(chuàng)設情境環(huán)節(jié)
教師播放一段視頻“父親為先天殘疾的兒子制作3D打印的義肢”，引導學生進行案例分析，梳理這位父親設計制作的全過程，并將主要環(huán)節(jié)書寫在黑板上。
設計意圖：視頻中深厚的父愛能夠打動學生，激發(fā)學生興趣。在教學設計上擺脫了傳統(tǒng)的“教師講、學生聽”的模式，采用引導-分析-探究的形式，師生共同梳理視頻內容，自然得出工程設計過程的主要環(huán)節(jié)，易于學生接受和理解，符合STEM教育的情境性特征。
(三) 發(fā)現(xiàn)與明確問題環(huán)節(jié)
教師分享一次自己遵循工程設計過程修理玩具表針的經歷，并提出“你是不是也想利用你的智慧和能力來幫助身邊有需要的人呢？”。教師引導學生觀察桌上玩具“蜘蛛”的爬行狀況，發(fā)現(xiàn)它也飽受身體殘缺的痛苦，從而引入本節(jié)課的任務內容——學習制作義肢的方法修理玩具爬蟲。
圖 2發(fā)現(xiàn)與明確問題——修復“蜘蛛”
設計意圖：本課在創(chuàng)設情境時選擇了一個與生活息息相關的實際問題，在充分考慮知識點的同時，還力求體現(xiàn)跨學科知識的交叉融合，在解決問題的過程中引導學生綜合運用多學科的知識，與STEM教育的跨學科性相一致。
(四) 方案的制定環(huán)節(jié)
在發(fā)現(xiàn)問題后，學生拆下其他完整的腿部零件，將片狀的零件輪廓描在紙上，再對輪廓進行分析。為了便于尺寸的測量計算，教師首先指導學生建立坐標系，共同測量一些簡單尺寸，并明確其中最難確定的是外輪廓圓弧半徑。經過小組討論，學生共得出了三種測量和計算半徑的方法。
圖 3分析零件輪廓尺寸
設計意圖：求解圓弧半徑的過程是應用數(shù)學知識解決實際問題的過程，是多學科知識融合的交叉點與整合點，是觸發(fā)學生學習與探究的觸發(fā)器。三種確定圓弧半徑的方法從理論上都是正確的，但測量精度卻不盡相同。學生能夠根據(jù)自身的實踐感受找出誤差更小的測量計算方法，對所學數(shù)學知識也有了更為深刻的理解,從掌握單純的知識點轉變?yōu)檎莆战鉀Q問題的方法。
在測量的基礎上教師提出關于孔軸尺寸配合、加工精度、結構強度的問題。
設計意圖：這是解決工程設計方面的問題。教師預判了學生在實踐過程中可能出現(xiàn)的情況，讓學生帶著問題去實踐。學生在動手實踐中自主探究得出的結論會比教師直接給出的更令學生印象深刻。
(五) 設計圖樣的繪制環(huán)節(jié)
學生使用三維設計軟件繪制零件模型，熟悉用計算機輔助制圖表達設計構思的方法。教師巡視指導，幫助學生分析遇到的問題，通過正確的方法、嚴謹?shù)倪^程和合理的引導幫助學生建立實現(xiàn)技術、解決問題的信心。
本文內容僅代表作者本人觀點，與i3DOne社區(qū)無關。
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更新時間：2017-03-21
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