在STEM教育理念指导下的3D打印社团本土化教学实践研究

周健 黄廷勋

摘要：本文介绍了本团队在近几年，根据本土化情况，在STEM教育理念下完成的教材、活页式学习手册、教学云课程及云平台等几个成果的设计思路。通过对本团队成果的分析，进一步阐明STEM教育的重要性，同时，明确STEM教育强调学习者在学习情境中融合跨学科知识解决问题，能帮助学习者构建新的知识体系，培养学习者的多种能力，引导学习者养成自主学习习惯。种种迹象表明STEM教育在解决教育倾斜及推动社会终身教育方面都能取得良好的效果。

关键词：STEM教育 多元模式 构建知识体系 终身学习

STEM教育是近年来颇为流行的一种教育理念。它强调学习者在创设的工程情境中，结合自身及团队所拥有的多方知识解决情境中的问题，帮助学习者融合跨学科知识，构建新的知识体系。它是培养学习者解决问题能力，协作能力和实践创新能力的直接途径。在教学中如何将这一教育理念与实际教学相结合，是本团队探讨STEM 教育的本土化的实施策略。本团队从社团培训入手，进行初期尝试，并形成部分成果，STEM教育在精熟教育、创新教育方面确实具有优越性。

社团是学校多元文化特色集结地，参与社团的学生来自多个专业，社团人数约20-30人，授课时间为一周一次，共计2个课时。授课人数少、授课时间短、学生水平参次不齐，如果使用传统教学方法授课，难度较大。本团队结合STEM教育理念，开展以综合实践课程为主的授课，通过设置不同的大任务，引导学生组成小团队，结合个人及专业的优势完成整个学习过程，这一过程，我们明确看出STEM教育的优势。当然，在实施中我们也发现STEM 教育的一些问题，比如，对指导教师提出较高要求，课程项目的设置要有一定的高度，课堂及课后的组织学习与引导等都与传统教育教学大有不同。

一、STEM教学构建社团培训教学的多元模式

在社团培训教学中，因为多专业学生的学习与生活时间安排不同，每周面授课只有一次，现阶段的相关教材不太适合社团学习，因此本团队根据实践积累，编写了本土化的教学学材《3D 打印社团培训教材——3D one建模实训指导》及学习手册《3D 打印社团活页式学习手册—3D one悬赏任务书》，并利用云班课平台打造了跟本土化教学学材配套的完整的3D打印课程STEM教育教学云课程及云学材，利用移动终端互助线下教学，实现教学全过程的智能化，实现沉浸式学习，借助线上可视积分排位、悬赏任务、学习锦囊等激励方式促进学生的学习参与度，提高其学习自主性，并进行大数据收集，实现精熟教育。我们还借助云班课的聊天模块及微信群搭建起学习交流平台，丰富学生们学习阵地，方便学生们相互交流，督促他们完成团队学习。

多元化的教学模式使教师的角色从知识的传播者变为学生学习的引导者和陪伴者。教师们利用启迪、引导、陪伴、鼓励的方式组织教学，实现真正的生本教学。同时教师也会有更多的时间用于获取资源，处理数据，分析教育教学中各种案例与问题，还能针对不同学生进行个性化指导，实现真正的个性化教学。

二、STEM教学提升学生融贯构建知识体系能力

学习多种门类知识，有助于构建个人知识体系。构建知识体系有两个重要步骤，一是丰富知识积累，二是反复运用加深记忆。在知识的量与质的积累过程中，找出相关共性及联系，将它们编织成网。本团队在研究的过程中，进一步明确仅靠教师授课及学生自主学习，学习效果并不如意，因此，笔者团队尝试融入游戏化教学的思路，编写活页式学习手册，引导学生完成每个小任务，打卡升级，再进入下一关，通过不断提升任务难度，一步步带领学生突破自我，挑战更高难度的任务。

以自编学习手册《3D 打印社团活页式学习手册—3D one悬赏任务书》中的灯塔项目为例，灯塔项目设计了三级学习任务，一级学习任务以大类引导为主，包括灯塔是什么，灯塔有什么作用，灯塔有哪些结构，这些结构有哪些设计要素，灯塔设计建模可能用到哪些命令等。这几个大类可以帮助学生梳理出关于灯塔的知识框架，指引学生学习及探索的方向。二级学习任务则针对每个大类的问题下设细化指引，比如灯塔有什么作用这个大类中，则细化出护航照明、军事防御、地理坐标、宣誓主权等四个方向。学生找到答案后还需解释原因，这就引导着学生对逐个知识点深入学习，比如，护航照明是灯塔最基本的作用，这决定它的建造位置一般在靠近海岸线或是容易触礁的位置;军事防御则是灯塔发展的深化，当地军事设备装架在灯塔上以护卫周边海域的安全;地理坐标则是随着各国经济科技及军事的发展，船只航行不再需要单一的护航照明后，灯塔开始作为国家或地方的人文历史坐标;宣誓主权则更是近代起最重要的作用之一。二级学习任务的设计是对一级任务的细化，更是学生学习的重点内容，学生通过小组分配各人负责一个或几个二级任务，通过互联网、课外书以及自己本身的知识积累探索相关答案，再借助小组学习交流的机会完成知识交换与架构补充，帮助学生在学习、交流、沟通方面得到全方位的锻炼，这种互动及互助不仅能让他们在学业上获益，还能帮助学生重拾学习信心，树立自立自主自强意识，每个学生根据自己的能力及兴趣分担相应的学习任务，再通过小组交流环节相互学习与展示，这使他们能够感受到学习的趣味性，培养责任心收获成就感，同时培养自己的性格。三级任务则是对二级任务的拓展，主要以选学为主，比如二級任务灯塔的作用下设的三级任务则有找出几个你听过的或者世界著名的灯塔，分析他们侧重的作用是哪个，说出他们的建造时期，以及历史背景。这些任务侧重引导学生再深入了解更多历史、人文相关知识，帮助学生增长见识，为后续构建更大的知识框架做好多样性知识积累。

三、STEM教学促使教学拓展与深化

教育的最终目标是培养学生学会终身学习，直接影响着学生未来对生活和工作的态度，教学的拓展与深化能够带着学生们不断前进，这种深入探索的习惯一旦养成，学生的学习能力就具有可持续性。在自编学习手册《3D 打印社团活页式学习手册—3D one悬赏任务书》中，我们融入了许多相关设计。以学习手册中航空母舰项目的动力及动能选择部分设计为例，学生需要按照相关的表格先搜索学习现阶段有哪些动力及动能装置，在完成学习表格的过程中学生需要查询多方面的知识，并在学习任务的引导下进一步深化学习动能的产生、传输、保存和运转等知识，进一步引发大家对如何利用动能的思考，逐步深入探索几种使用不同动能的发动机的工作原理及构造等，从而达到教学的拓展与深化。每层任务都符合最近发展区的设计，学生在学习的过程中，像游戏闯关一样一层层解开知识的面纱，就不会觉得学习枯燥乏味，催他上进的不是教师的督促，而是自己的兴趣，学习的主动性油然而生，学习的效果可想而知。更重要的是这样的设计可以让学生们时刻对学习充满激情，有创新意识，培养学生敢为人先的精神，这是教育和生活都非常需要的人生观价值观，也是大国工匠所需的一种的态度。

结语

传统教学源于工业革命，为培养大量可以迅速投入工业生产的操作工人服务，但在现阶段中国的发展已不能再延续以前的密集型产业，而是要向高精尖技术领域延伸，所需要的人才也不再是千篇一律只懂基础操作的操作工人，而是需要两种更为重要的人才，一种是极具丰富经验和大国工匠精神的大师级匠士，另一种则是具有创新意识，拥有丰富想象力又敢于尝试的行业引路人，这两类人仅仅依靠传统教育培养，效率极低，如有STEM教育的加持，相信会有新的突破。

我们看到STEM教育的优势，也看到的多元化教育的有效性，实践中我们可以看到学生的知识网络构建的更为扎实、宽广，学生的思维更为活跃，充满想象力，跨行业的知识储备及思维能力必将使他们在未来更具挑战力。

STEM教育是未来教育发展的趋势，这对教师提出更高的要求，对教材的设计提出更多讲究，在教学开展与教学形式上要求更加丰富，这是一种挑战，同时它也充满机遇，系统化的STEM教学资源如果可以得到好的推广，教育资源倾斜的问题将得到良好的修复，也让终身教育的实现变得容易，由教育引发的整个社会的变革已经开始，我们应该勇往直前！

参考文献

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