泛在学习环境下STEAM课程的设计与实施

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  前言:
  成都七中初中学校(以下简称“七初”)在“一对一”数字化学习方面是一所非常有特色的学校。2012年,该校在校内积极推进一对一数字化学习的泛在环境建设,并设立了第一个以学生“BYOD”(自带iPad)上课的形式组成的“云班”;三年后,不仅该“云班”在升学考试中取得了令人瞩目的成绩,而且“一对一”数字化学习方式也在七初得到了普及。今天,七初所有班级都以学生“BYOD”(自带iPad)上课的形式成为“云班”,七初也成为笔者在国内唯一见过的真正的“云学校”。
  如今,学校在积极推进未来学校建设、实践“一对一”数字化学习的过程中,又开始探索在STEAM教育的大背景下如何构建泛在学习环境,在“一对一”数字化学习环境中如何实现STEAM教育在七初“落地生根”,如何基于核心素养培养要求设计STEAM课程,并以项目式学习方式实施课程教学等。在这里,对于一线教师来说最核心的还是如何应用好数字化的教学应用“APP”。
  下面,就让夏小刚老师带着我们体验一下七初的STEAM课程体系中一个小小的应用案例,看看教师是如何巧用教学APP将学生带入到七初课程创新的实践中的。
  泛在学习环境下的STEAM课程设计
  STEAM是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、艺术(Arts)和数学(Mathematics)五门学科的简称,强调多学科的交叉融合。STEAM教育并不是科学、技术、工程、艺术和数学教育的简单叠加,而是将五门学科内容组合形成一个有机整体,以便更好地培养学生的创新精神与实践能力。
  在积极推进未来学校建设的进程中,七初积极实践STEAM教育,为每个班级搭建无线网络,每位学生都拥有一个智能终端——iPad。同时,学校还建设了创客空间。无论怎么搭建硬件、软件环境,其实学校都是在为学生构建一个泛在学习(Ubiquitous Learning)环境,以保证学生能够在任何环境中方便地获取到自己想要的学习资源,能够根据学习计划和学习活动的安排有步骤地完成学习任务,同时还能够与教师或其他学生进行协作交流,得到有效的学习评价。
  在泛在学习环境中,学习者不需要关心在学习过程中所使用的工具和技术,而是将主要精力集中在学习活动和学习内容本身,从而实现将学习方式回归到“以人为本”的初衷,而这恰恰要落实到学校为学生准备的各种教学APP上来。iPad上APP的技术难度有所降低,能让学生迅速掌握,并进入创新平台,由此激发学生的学习兴趣。
  2015年,学校开始建设创客空间。当第一台3D打印机正式走进学校时,教师们怀着对3D打印的浓厚兴趣,在将近一个月的时间里,借助网络资料和说明书,请教技术人员,努力钻研。功夫不负有心人,他们终于成功打印出一个模型,并解决了调平、不出料等技术问题,总结了初步的模型设计和打印经验。
  在创客空间中的精工实验室正式使用后,经过初步的调研和准备,3D打印模块被正式引入“七初DIY”社团。该社团是由笔者和一位物理教师共同负责,由25位对科技特别感兴趣的学生组成,以学生的科技活动、科技制作为主。在第一次上课时,笔者就给学生讲解了3D打印原理,展示了3D打印的基本流程,学生们听后都异常兴奋。
  123D Design促进学生3D打印教育入门
  123D Design和3DOne是笔者最先接触的两款软件,也是学生最熟悉的3D设计软件。为了人人都参与3D设计,考虑到精工实验室只有4台电脑,笔者想到了学生们手中的iPad。因为自2012年开始,学校就实施了“基于iPad的一对一数字化学习”项目,从一个班人手一个iPad,已逐步推广到现在七、八年级所有学生人手一个iPad,学生在数字化环境下的学习能力得到了显著发展。社团学生对iPad的使用更是熟练,也愿意将iPad应用到社团课上。于是,笔者在测试了iPad上的多款3D设计软件后发现,123D Design for iPad更适合学校的实际情况。
  该软件是Autodesk推出的一款产品,是一个免费的Web、Mac、PC、iPad软件,能够让玩家简单、快速地创建能用3D打印机打印的3D模型。即便是学习者根本不懂CAD制图,123DDesign也能用最自然的交互方式,通过一些模块让设计初学者快速创建和编辑一个3D模型(如上图)。在123D Design上,有很多常用的3D模块供用户选择,学生可以随便拖动不同的模块来“组装”自己的3D模型。如果需要调整3D模型的大小、方向或颜色,也可以通过简单的选择或修改来完成。
  另外,该软件上还有一些预装包,如“机器人套件”等。当你想设计机器人的时候,你可以从这个预装包里面选择适合机器人的“零件”,更轻松地设计一些像变形金刚一样复杂的模型。
  在征求了部分学生的意见后,笔者决定选择123D Design for iPad作为平台应用到社团的课程中。
  在第二次上课之前,笔者委托驻校工程师将APP推送到社团里每位学生的iPad上。考虑到社团活动以学生为主的特点,笔者又找到社团学习部部长王皓民同学,给他布置了为社团讲解“认识123D”的任务。两天后,王皓民同学带着他的学习设计找到笔者,并讲解了他的设计流程:①认识123D软件。②设计个性化水杯。③分享设计理念。笔者高度肯定了他的學习设计方案,并提出了修改建议:讲解少一点,活动多一点,并鼓励他一定要自信!
  准备好无线网络环境和Apple TV后,笔者正式开始了第一次3D建模课。
  以下是七年级杨梦琪同学的上课记录:
  星期三的DIY社团终于开始了,这是我第一次接触到3D建模,感觉好激动。在此之前,我也尝试过使用123D Design,但没有真正学过,这一次我体会到了DIY的意义。
  王学长要教我们做一个杯子的模型,虽然不是多么伟大的创作,但能让我们熟悉建模的基本方法。他介绍了左边的图标:①选图形,调整位置。②调整角度。③调整大小,还有“高矮胖瘦”。还有挖洞、圆角等技术。通过结合这些方法,两种杯子诞生了:一种是圆滑把手,另一种是方形把手。王学长还给我们展示了新鲜出炉的杯子,以及它们的一些边角料。这样的杯子安全无毒,还很美观,尽管不是很大,但如果要用来喝水,也别有一番趣味,最重要的是,这种杯子的材料费只有几角钱。Interesting!我迫不及待地要打开123D Design软件,开始制作属于自己的杯子。   同学们发挥出自己超级无敌的想象力,设计了一个又一个奇怪的杯子:张思淳同学设计了一个双重杯,上面一个下面一个,中间用圆环连接,并且两个杯子还是双重保温杯,尽管看起来不太稳,但我还是挺佩服他的想象力;尹冠乔同学的杯子看起来挺酷的,但中间有几个洞,顶多做个装饰品,要是喝水的话,恐怕不太合适;我嘛,这一次只是想练练手,设计了一个和王学长一模一样的杯子,但上了颜色,把杯口改圆滑了一些。
  回到家后,我温习了一下所讲的内容,自己又做了一个杯子。这可不是一般的杯子,我以女孩的爱好设计了一个小兔子杯,它的手柄是四个环,刚好套入四根手指,上面还有一根吸管,耳朵偏向一边,“好萌呀!”我有些小激动,因为能凭借自己的能力做出小兔杯,自豪之情油然而生!
  我用王学长与夏老师的方法,以及自己对123D Design的探索,做出了自己喜欢的物品,这或许就是DIY的真正意义吧!
  除了杨梦琪同学详细地描述自身的学习体验外,笔者还组织学生们分享了自己的设计理念。学生们在分享中展示了无限创意:郑敬予小组设计了高脚杯,祁思诚小组设计了双层保温杯,还有的小组增加了杯盖……
  123D Design技术门槛低,操作简单,能为学生提供充分展示创意的舞台。不仅如此,借助学校iPad属于BYOD形式的优势,学生们在课余时间还可以自由探索。在第一次建模课后,很多学生还给笔者展示了自己设计的模型,如航母、飞机、火星探测小车等。学生们的学习兴趣和成就感就是对利用123D Design学习3D打印设计的最大肯定。
  笔者用两节课的时间让学生进行了基于123D Design的3D打印设计学习,极大地激发了学生的学习兴趣,点燃了学生的创造热情。另外,由于123D Design软件与3DOne软件有很多相似之处,所以学生在后续学习使用3DOne软件时,也非常容易上手,这极大地方便了教师的3D打印教学。在今后的信息技术课堂上,我们还将利用123D Design进行3D打印入门教育,这能为培养学生的创新精神和实践能力奠定坚实的基础。
  就该门选修课的试点来说,在泛在学习环境下实施STEAM课程,不仅能提高学生发现问题的能力、创造性解决问题的能力以及合作意识,还能促进授课教师的专业成长,总体效果令人满意。
  后记
  应笔者要求,本文特别呈现了夏老师有意收集的一些学生的课后感受。教师在教学中选择一款好的软件,确实有利于激发学生的探索欲,增加学生的成就感,更易于将学生带入到课程创新的情境中,让其在基于“核心素养”目标设计的课程中有真正的获得感。
  七初的各种教学实验普遍有一个特点,那就是技术并不是最重要的,當然,在课程设计之初也要对技术进行重点考察和规划,而技术一旦进入教学就一定要简单,再简单,那时真正重要的就是课程的设计、实施和评价本身了。
  七初之所以在“一对一”数字化学习中能取得如此成就,正如七初校长李笑非所说,“无论我们用什么技术,都应该把我们的课堂聚焦在人上面,聚焦在人的积极性上面,让学生能够主动地学,推动教师积极地教。未来的课堂应该是怎样的一个课堂呢?应该是承载着师生共同成长,幸福生涯的载体。让我们秉承勇于实践的探索精神,去努力构建属于我们的未来课堂”。
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