浅谈信息化技术对学生设计思维的培养——以STEAM《集装箱大作战》为例

王悦晴 柏云耀

（1.深圳市宝安区滨海小学 广东·深圳 518100；2.西安交通大学 陕西·西安 710049）

在小学科学的课堂中，往往以科学实验为载体，通过探究活动，可以读学生在思维上的分析维度和象征维度进行有效培养，但常规课堂中对于学生设计思维的培养有一定的局限性。而 STEAM 教育中的工程设计正好能弥补科学探究在设计思维上的缺失，而信息化设计方案一方面符合现实情景贴近生活，在日常生活的投标、设计等环节中，往往也是先采用信息化的手段进行预先模拟设计，确定设计方案后再投入人工进行现实施工；另一方面教师可以在信息化设计中向学生初步渗透设计思维，在实际模拟中进行减少学生试错次数。

1 STEAM案例中现存在的问题

1.1 设计方式比较单一

在现阶段的STEAM课堂中，采用的设计方式一般为学生小组谈论—小组绘制设计图—实验—在实验中寻找问题—修改完善设计图—确定最终方案。在此过程中，设计图纸显得尤为重要，而绘制方式多为手绘，无论是对图纸的精度要求或是学生绘图能力，都对学生有较高要求。因此在小学中低段，特别是低段很难进行有深度的STEAM项目。

1.2 试错成本较高，不符合现实逻辑

在学生进行设计中，由于学生绘制设计图纸需要1课时，而后的第一次依据图纸搭建项目绝大多数为试错环节，有个前期的设计与试错，第二次的搭建才是真正基于学生设计思维与项目给予情景进行，试错成本较高。但是在现实生活中，往往在设计环节就已经进行了模拟试错，而真正搭建时便已经是确定方案。因此，如何在学生的STEAM案例中与真实情景结合，降低试错成本，也是需要考虑的问题之一。

1.3 信息化手段使用较少

随着信息技术突飞猛进，信息技术应用于教育教学已成为教育改革发展的必然趋势。以计算机技术为核心，让信息技术走进课堂，可以有效地促进学校和学科教育的均衡发展，对全面提升学生素养，深入推进素质教育有着重大意义。教育信息化是将信息作为教育系统的一种基本构成要素，并在教育各个领域广泛地利用信息技术，促进教育现代化的过程。科学是一门与时俱进的学科。也是同时实践的学科。如今我国信息化学科融合已经取得了一定进展，小学生是祖国的未来，如何将利用好信息化迅速发展的资源，是新时代教师面临的机遇和挑战。较好的使用信息化技术可以帮助课堂更加高效教学。

2 信息化技术在STEAM课堂中的运用──以《集装箱大作战》为例

集装箱大作战是一个实践性和创意性强的信息化综合制作活动，学生需要通过整合之前的学习，在固定大小的集装箱内，进行小小财商合理分配，在有限空间内根据不同物体形状大小和对应价值，达到收益最大化，获得财商比赛的胜利。它需要学生发现不同物体具有不同的特征、认识不同物体的形状、了解同一种物体不同的平铺方式。基于以上考量，我们将任务拆分为三个子任务：发现物体的特征、认识物体的形状、根据设计图对集装箱进行组装计算──集装箱大作战。

通过观察和描述不同的物体，明白不同物体有不同的特征，且不同形状的平铺方式会影响到装盒数量。在设计装箱方案的环节，由于学生的空间想象能力有限，学生在材料区选择对应材料，一种颜色表示一种物品，同一种颜色只能选取一个形状，以此来满足实验中“每种材料只能选择一种平铺方式进行摆放”条件。教师在适当的时候进行指导帮助通过UnigraphicsNX作图后，平面图通过信息化技术手段转换为电子仿真3D和对应的视频，为学生在下节课的实际装箱中供设计思路，学生修改设计图，确定首次装箱方案。电子装箱方案的计活动，既降低了对学生的空间想象能力的要求，又培养数字化学习和创新能力。完成设计后，在室内进行装箱、计算收益、再次更改装箱方案，完成最后的装箱环节并进行交流展示。

在本课中使用较好的信息化手段剖析：

2.1 微课视频演示实验操作

创设现实生活中的真实情景，模拟实验进行装箱，激发学生学习兴趣，同时提出任务要求：必须依照一定规律，在运用之前学习的平铺基础上，进一步加大难度，进行知识迭代。

在本课的伊始，教师创设财商团集体进货的情景，为了挣取更多的钱，财商团们组队进了一批货物准备通过集装箱运输，不同形状物体定价不同（定价由教师依据体积、形状、平铺方式等综合确定），任务驱动学生：在集装箱内装入价值尽可能多的货物。微课动画视频播放，强调装箱方式要求：能盖上盖子，可以只放一种物品也可以放多种物品，同一种物品必须以同种平铺方式放在一起。视频播放完毕后，出示几张错误方法，询问学生是否符合装箱要求，如果不符合，哪里有问题。强化学生对于琐碎的装箱要求的学习，降低学习难度，减少无效摆放物品的时间。

2.2 微信上墙实时更新学生动态

通过微信上墙的信息化手段实时上传小组装箱方案，利用信息化软件，教师在核对学生金额的同时，将该小组装箱图拍摄上传，进行实时滚动播放，设置为每张照片停留5秒后，再播放下一张照片，实现了短时间内播放图片无空挡，学生设计图马上预览。对于学生而言，实时上墙更新动态，一方面为其他小组提供设计思路，激发学生不断创新，勇争更高，另一方面也记录了小组在比赛中的设计过程，为后续讲述自己装箱思路提供依据。微信上墙可同时上传3000张图片，每张图片可根据设置停留相同时间，再不间断实时滚动，方便观课老师了解课堂实施近况。

2.3 电子设计图体现学生设计思维

学生在材料区选择对应材料，一种颜色表示一种物品，同一种颜色只能选取一个形状，以此来满足实验中“每种材料只能选择一种平铺方式进行摆放”条件。教师在适当的时候进行指导帮助通过UnigraphicsNX作图后，平面图通过信息化技术手段转换为电子仿真3D和对应的视频，为学生在下节课的实际装箱中供设计思路，学生修改设计图，确定首次装箱方案。在此步骤中学生完成装箱实验的初步设计。

试错前置，使用平面图与3D图结合，初步形成设计思维。通过UnigraphicsNX作图后，平面图通过信息化技术手段转换为电子仿真3D和对应的视频，为学生在下节课的实际装箱中供设计思路，学生修改设计图，确定首次装箱方案。在现实生活中，往往在设计环节就已经进行了模拟试错，而真正搭建时便已经是确定方案。因此，利用信息技术在学生的STEAM案例中与真实情景结合，试错前置，降低试错成本。

3 信息化技术提高低段设计思维

在本案例中，使用两个平行班级进行试教，其中一个班级在上课时取消电子设计图部分，直接拼接设计图后进行实际操作，结果发现很多小组在实际模拟装箱中，并不能达到较好的设计思维植入效果，第一次的金额普遍较低，更有部分小组第一次装箱不符合要求而装箱失败。而有电子设计图的班级，在学生设计中，前期就已经经历了试错，在正式任务开始时，学生已经有了设计思维，减小价格偏高但最大的立方块，同时对于橡皮的平铺方式采用平面内能放最多的平铺方式，几乎每个小组的第二次设计总价较第一次有了显著提高。通过汇总对比可以看出，信息化技术可以帮助学生在 STEAM 项目设计初期建立试错环节，降低后期模拟装箱时的试错成本，同时渗透设计思维，在活动正式开始时，学生可以有设计有目的性的完成任务。

4 结语

综上所述，信息化技术的使用在小学科学特别是STEAM项目中的运用，在小学生的设计思维应用、项目开展情景化、生活化等的过程当中都具有一定的促进作用。在本课的学习中，从对单一物品的简单平铺，到立体空间里三个物体的综合判断，模型立体感十足，学生在不断地尝试中逐渐生成设计理念，从一开始单价高放的越多到后期对于集装箱内空隙的不断利用，价格一直提高。而运用信息化的技术，实现了照片实时上传并自动滚动播放，一方面鼓励上墙的小组，刺激学生不断寻求价格更高的实验方案，另一方面也为其他学生打开思路，提供方案参考。将STEM课程中的设计、建模、检验三部分合三为一，符合低段学生学情。使用好信息化技术，可以让活动高度有效进行，同时在低段学生中进行较高程度的STEAM项目学习，信息化技术帮助老师更好完成教学目标，提升教学质量和效率，也可以让学生更能接受完成自己的任务。