APP下载

基于3D打印技术的劳动教育校本课程设计与实践

2022-10-29

教育信息技术 2022年9期
关键词:建模劳动评价

刘 燕

(广东省珠海市唐国安纪念学校,广东珠海 519000)

一、课程开设的背景

习近平总书记在全国教育大会上指出新时代的接班人要能够弘扬劳动精神,做到辛勤劳动、诚实劳动和创造性劳动[1]。2020年3月,中共中央、国务院正式发布《关于全面加强新时代大中小学劳动教育的意见》(以下简称《意见》),在劳动内容的选择方面,要求结合产业新业态和劳动新形态。2020年7月,教育部印发《大中小学劳动教育指导纲要(试行)》,提倡使用技术工具,进行创造性的劳动。

面对日益发展的新科技新产业、新劳动教育形态和新劳动方式,目前的劳动教育还存在着明显的时代性不足,如何在小学阶段的学校课程中将新劳动形式融入到劳动课程中就显得尤为重要[2]。3D打印是一种以三维数字形式立体构造物理对象的快速成型技术,是蕴含“设计思维”的个性化创造工具,能够让学生完成从想象到设计到打印的整个过程[3]。在这个“学”与“做”的循环迭代过程中,不仅能够提高学生设计思维和创造能力,还可以让劳动更具有创造性[4]。这与新型劳动教育中的借助现代科学技术、手脑并用和创造性劳动的理念不谋而合。基于以上认识,笔者于珠海市唐国安纪念学校开展了基于3D打印技术的创新型劳动课程的设计与实践。

二、课程的设计

(一)学习对象分析

本课程的教学对象为小学4-6年级社团课学生,处在这个年龄段的学生思维活跃,有着强烈的好奇心和求知欲,可塑性强,具备一定的信息技术基础操作能力。作为社团课学生,这批学生相对具有更好的知识基础和能力素养,对3D打印和建模学习有着浓厚的学习兴趣。同时,3D打印需要学生具备较好的空间立体感和设计思维,对于小学生来说,也具有一定的难度,因此就需要设计符合学生现阶段认知水平和认知规律的课程。

(二)课程目标定位

“3D打印劳动教育校本课程”基于真实的问题情境,以贴近学生学习生活的内容为主题,重在培养学生的设计思维、动手能力以及空间立体设计能力,提高学生运用技术解决实际问题的能力,创造性地进行劳动。

课程的三维目标:在知识与技能方面,让学生学会运用3D建模软件进行简单建模,掌握3D建模的基本流程即明确需求、设计图纸、制作思维导图、建模、打印结构体和美化,在以上过程中整合数学、美术、技术等多学科知识,通过学科融合让学生手脑并用、有智慧地进行劳动;在过程与方法方面,通过自主探究学习、小组合作学习等方式亲历实践活动,学习劳动知识和技能;情感态度与价值观方面,通过劳动教育体会劳动创造美好生活,培养运用先进的技术解决问题的意识和能力,培养勤俭、奋斗、创新、奉献的劳动精神。

(三)课程内容和教学计划

“3D打印劳动”课程通过一系列贴近学生学校生活的模型设计、打印和组装美化的活动,让学生学会使用建模软件,如综合使用草图绘制、拉伸、抽壳、缩放、扫略、移动、旋转、加减运算、阵列、镜像等操作进行建模,在这个过程中提高学生空间立体思维和设计思维,积极进行多学科的融合,手脑并用、学会运用劳动技术创造性解决生活中的实际问题。

目前市面上的建模软件有3D max、123D one、Maya、3D one等,考虑到教学对象为小学生,因此软件学习的门槛不宜过高,同时建模学习软件需要界面简洁、功能强大、易于上手,能够让学生简单、快捷地表达创意想法,基于以上的需求,本次教学选择的软件是3D one,学生只需要通过“搭积木”堆砌、拖拉等操作方式,就能掌握最基础的3D建模设计,极大地激发了学生学习3D打印的兴趣与热情。

基于以上背景,本课程共设计了四个单元,共计20课时,本课程的学习内容由最初的初始3D打印技术,到下载安装软件,再到物品建模,层层递进,学习内容由易到难,贴近学生生活,符合学生年龄特点和认知规律。本课程于每周的社团的时间开展教学活动,具体内容和教学计划如下图所示。

3D打印劳动教育校本课程内容框架

(四)评价方案设计

表1 3D打印劳动课程评价量规表

本课程在实施过程中,注重调动多元主体运用多元评价的方法对学生的学习情况进行评价。教师充分发挥主导作用,引导学生开展公正客观的自我评价、组内评价和组间评价。由于劳动课程主要目的是促进学生劳动素养提高,涉及劳动观念、劳动知识与技能、劳动过程与方法、劳动情感等方面的教育[5]。因此围绕这几个方面,笔者采用了CIPP评价模式,从劳动知识与技能、劳动过程和方法、劳动情感和价值观三个大的方面进行了分类和细化,整合了诊断性评价、形成性评价、和总结性评价,遵循公平性、多维度、动态性等原则,形成了多维评价量表,对学生的学习过程和成果进行定量和质性评价(如表1)。

三、实践案例分析

(一)案例概述

本校国安“润心”水培项目于2021年入选了珠海市中小学校特色项目培育对象,基于此真实的问题情境,笔者向学生提出了运用3D打印技术可以为水培园设计和制作些什么的问题,引导学生积极进行头脑风暴,提出可以给水培园设计制作吉祥物、园牌、机器人等想法,根据大多数学生的意向,选择了制作园牌这一主题。本课包含了课前、课中和课尾三个环节,以课中为核心环节,教授学生运用3D one建模软件和3D打印机融合多学科知识,进行创造性劳动,设计制作园牌。

(二)实施过程

1.课前

教师首先展示项目主题和教学目标,然后组织学生对心目中的水培园园牌的形象进行纸上绘制。教学目标如下:

(1)知识与技能

学会综合运用3D one软件中的草图绘制、拉伸、抽壳、扫略、文字雕刻、渲染等功能建模(工程与技术);学会设计造型、了解阴刻和阳刻的概念、合理对模型进行色彩设计和装饰(艺术);学会立体几何知识,正确合理设计模型(数学);发挥想象力,构思园牌的功能(科学)。

(2)过程与方法

通过小组合作、头脑风暴的形式了解园牌组成部分,初步感知制作园牌的流程,学会制作作品的思路;利用学习任务单、微视频等资源,探究学习建模方法,培养自主探究和小组合作能力;采用“任务驱动”的教学方法,激发学生的学习积极性和热情,培养学生的创新思维和表达能力。

(3)情感态度和价值观

培养学生运用先进的技术创造性劳动的意识和能力;培养学生热爱劳动、积极创新的意识,在动手与动脑的紧密结合中促进学生技术素养的形成。

2.课中

(1)新课导入

教师运用智慧黑板等多媒体设备播放水培园空间环境以及劳作收获的图片和视频。学生观看,教师提出问题:“我们能否运用3D技术为水培园设计一个独具特色的园牌呢?”基于真实问题情境,激发学习兴趣。

(2)初步认识

教师运用实物展台,引导学生汇报前课绘制的水培园的园牌设计图,学生展示设计图,汇报其设计理念组成等。通过这一环节让学生初步认识设计作品应该从理念、结构、功能等方面考虑。然后,教师展示设计打印完成的园牌作品,学生通过观看、提问、思考、学习再次明确园牌的组成为基体、文字和功能模块。

(3)探究学习

学生以小组为单位,通过自主探究和小组合作的方式建模、打印和美化园牌。小组内部按照分工进行资料搜索、计算数据、3D建模、3D打印和美化设计等操作。在本课的学习中,3D建模和打印是本节课的重点和难点,笔者采用任务驱动的教学方法,将3D建模的过程分成基础任务、提高任务和拓展任务。

①基础任务(制作基体):绘制草图、拉伸成体

使用3D one建模软件中的草图绘制工具,运用直线、多段曲线和弧形等多种工具绘制形状并用拉伸工具将其拉伸为立体。

②提高任务(文字雕刻):文字雕刻、材质渲染

使用3D one建模软件中的文字雕刻工具,设置字体位置、大小、样式等并用拉伸工具将其拉伸为立体,注:若文字雕刻为阳刻,拉伸高度设置为正数;若文字雕刻为阴刻,拉伸高度设置为负数并将组合方式设置为减运算。

②拓展任务(功能添加)

综合使用3D one建模软件中的基本实体、实体分割、阵列、拉伸等功能设计制作音响、灯等器件。

为了突破重难点,笔者为学生准备了丰富的学习资源,例如微视频、学习任务单等,学生可以利用以上学习资源在电脑上运用3D软件建模。建模完成后,运用切片软件切片,导入内存卡中,用3D打印机进行实体打印,最后进行颜色的设计和装饰美化,完成从设计到建模再到打印的完整过程。在此过程中教师始终充当辅助者的角色,协助学生完成设计,解决学生设计和制作过程中的问题。借助学习任务单和学习材料,学生上机实操,提高自主探究和小组合作学习劳动技术知识的能力。在整个操作探究过程中,学生不仅运用3D技术创造性地制作作品,也调用了各学科知识;学生不仅体验了建模打印作品的成就感和价值感,也在合作交流中学会了正确地与人沟通相处。

(三)展示评价

教师组织学生展示作品并引导学生自评和互评。各小组选择代表,展示作品并对作品制作过程、结构、功能、选材等进行介绍。其他小组对展示作品进行评价,给出意见。展示和评价能够让学生在“评”中学习,在“做”中完善作品。提高学生语言表达能力和评价审美能力。

(四)拓展延伸

教师提问:“我们还可以为学校的哪些场所制作铭牌呢?还可以运用学到的劳动技术知识设计制作一些什么物品呢?”出示3D打印技术运用在各个领域造福人们生活的视频。通过此环节拓展学生思维,开阔学生视野,培养学生将新型劳动技术运用到问题解决中的意识和能力,激发学生学习新技术,创造型劳动的兴趣和信心。

3.课后

小组评价:各小组都按照评价表,从数据的准确性、软件设计的流程、3D打印使用过程的规范性、汇报的流利性、作品的美观程度等五个方面对各小组作品进行打分,评选出优秀小组。

(三)效果与反思

本节课基于学生学习生活的真实情境,确定了劳动课程主题。学生自主绘制园牌造型,设计其功能结构,教师给予相应的活动指导和教学资源支撑。学生以小组为单位,采用自主探究和小组合作的方式开展活动,手脑并用,将创意物化,并进行成果展示和评价。课程结束后,笔者对课堂48位学生进行了问卷调查,如表2,从劳动观念、劳动能力、劳动习惯和品质和劳动精神等方面调查学生的核心素养整体发展情况,不仅关注学生劳动知识和技能掌握情况,而且注重学生的思维过程和劳动能力表现,以及是否拥有运用先进技术创造性劳动,解决生活中问题的意识和能力。由结果可知,所有学生均对运用3D打印技术制作物品感兴趣,学生在多种学习资源的支持下完成率很高,大多数学生能够利用多种学习资源进行自主探究和小组合作,同时通过经历制作园牌的整个过程,大部分学生也学习到了运用3D技术设计作品的流程和方法,并认为能够将3D技术融合多学科知识解决生活中的问题。

表2 运用3D技术制作水培园课堂调查结果

在这个过程中,学生不仅学会了劳动技术和知识,运用先进的劳动工具进行创造性劳动的意识和能力也有了很大的提升。在学生活动过程中,教师应有较强的课堂组织能力,适时对劳动精神和观念进行正面引导,对学生的表现也应进行及时有效的反馈。

四、总结与展望

本课程主要在每周的二课堂社团活动时间选择学生感兴趣并贴近生活的主题开展活动,学生通过设计图纸、绘制思维导图、建模、打印和美化一次次迭代的过程,培养设计思维、计算思维和动手操作能力[6],学生在活动中不仅学会了劳动技能知识,创造性劳动,还在探究合作的过程中形成尊重劳动成果和劳动主体的价值观态度。

在今后的课程开发和实践中,笔者希望能够继续丰富3D打印课程的学习板块和主题,充分发挥家庭、学校和社会三者的合力作用,让更多的学生接触和学习3D打印技术,并能够借助这一技术创造性劳动,从而提高学生创造性劳动意识和素养,培养优秀的劳动习惯和品格。在教师专业能力成长方面,能够促进教师劳动课程开发能力和劳动教育能力[7]。综上,基于3D打印技术的新型劳动课程的具有一定的现实意义和推广性。

猜你喜欢

建模劳动评价
劳动创造美好生活
基于FLUENT的下击暴流三维风场建模
快乐劳动 幸福成长
联想等效,拓展建模——以“带电小球在等效场中做圆周运动”为例
求距求值方程建模
基于PSS/E的风电场建模与动态分析
热爱劳动
拍下自己劳动的美(续)
2006—2016年度C—NCAP评价结果
2006—2015年度C—NCAP评价结果(3)