发挥3D编程教育优势培养学生数字化学习能力

〔摘 要〕 随着科技的不断发展，数字化学习在教育领域的应用日益广泛。尤其在STEM（科学、技术、工程和数学）领域，数字化学习的地位更是举足轻重。3D编程教育作为新兴的教育方式，有着独特的优势，对于培养学生的数字化学习能力具有积极作用，正得到越来越多的关注和探索。

〔关键词〕 3D编程教育；数字化学习与创新；实践探索

〔中图分类号〕 G424 〔文献标识码〕 A 〔文章编号〕 1674-6317 （2024） 21 097-099

进入新世纪以来，数字化学习与创新已经成为推动社会发展的重要动力。数字化学习与创新能力已经成为当代中小学生必备的重要素质之一。数字化学习与创新能力是指学生利用数字技术进行学习、创新、创造的能力，包括思维方式、技能和工具的应用等方面。如何有效地提升中小学生的数字化创新能力，成为教育工作者关注的重要问题。基于3D编程提升中小学生数字化创新能力也受到越来越多的关注。3D编程作为数字技术的重要组成部分，具有形象、直观、交互性强等特点，对中小学生数字化创新能力的培养具有积极作用。笔者在教学实践中通过探讨在3D编程教育中采用不同的措施，培养学生的数字化学习和创新能力。

一、概念界定

本文所述的3D编程教育，是指面向中小学阶段的学生，通过教授图形化编程语言及相关3D建模、动画、编程技术，使学生可以学会创建和操控3D模型，制作富有创意的动画短片，以及设计和实现具有实际应用价值的仿真模型。同时，智能技术如人工智能、机器学习等也可以被引入教学，以帮助学生更好地理解和应用这些技术。学生还将有机会通过与各种硬件设备的结合，将他们的3D模型和动画转换成实际的、可交互的体验。目前国内3D编程的平台有遨为（上海）数字技术的Scratch3D、广州中望龙腾软件3Done教育版、深圳市大富网络技术的帕拉卡（Paracraft）以及浙江杭州萝卜圈网络技术的萝卜圈虚拟机器人等。

数字化学习与创新是指个体通过评估并选用常见的数字化资源与工具，有效地管理学习过程与学习资源，创造性地解决问题，从而完成学习任务，形成创新作品的能力。具备数字化学习与创新的学生，能够认识数字化学习环境的优势和局限性，适应数字化学习环境，养成数字化学习与创新的习惯；掌握数字化学习系统、学习资源与学习工具的操作技能，用于开展自主学习、协同工作、知识分享与创新创造，助力终身学习能力的提高。

二、发挥3D编程教育优势培养学生数字化学习能力

在实践探索过程中，针对学生的认知特点和兴趣爱好，结合3D编程的基本原理和操作技巧，实验项目设计了一系列兼具趣味性和实用性的教学活动和项目。这些活动和项目包括：3D模型设计、虚拟场景搭建、互动游戏开发等。通过这些活动和项目，学生可以在实践中学习3D编程的基本知识和技能，同时也可以培养其创新思维和动手能力。

在实际教学中，我们采取了以下几种方法途径。

（一）创造数字化学习环境

充分利用在线平台和丰富的数字化资源，提供一系列学习工具，为学生打造沉浸式编程体验。在软件开放平台上申请设立线上学校层面的学习平台。这个平台可以提供各种在线课程，包括3D编程的基础知识和技能培训。通过这个平台，学生可以随时随地进行学习，不受时间和地点的限制。

在学校平台上建立编程交流社区，学生在社区可以提出问题、解答疑惑，并可以与其他同学合作完成项目。这样的互动学习环境大大激发了学生的学习兴趣和动力，拓宽了他们的思维和视野，提高了学习效果。同时，教师也可以通过论坛了解学生的学习情况和需求，及时调整教学策略。

此外，还提供3D编程相关书籍、视频教程等丰富的数字化资源，让学生可以更方便地了解3D编程的知识和技术，提高实践能力。

（二）引导自主学习

学生加入学校学习平台后，不仅可以在课后、假期等时段自主安排学习时间和进度，还可以根据自己的兴趣和需求选择不同的学习模块和资源。

为了更好地引导学生自主学习，平台为教师提供了后台设置学习目标的功能。教师可以根据学生的学习情况和课程要求，设置具体、可衡量的学习目标，并为学生提供个性化的学习指导。例如，针对某个编程项目，教师可以根据学生的技术背景和兴趣，推荐相关的在线课程、编程实践项目和参考资料，帮助学生快速入门并深入学习。

（三）鼓励实践创新

在编程教学中，注重引导、鼓励学生将所学知识应用于实际情境中，培养学生的创新意识和实践能力。为此，我们采用了项目式学习的方式，鼓励学生将编程知识与实际需求相结合，开展创新项目。比如，我们在教学中开展了“智能家居控制系统”项目。学生需要利用编程技术，设计一个能够远程控制家居设备的系统。通过这个项目，学生不仅掌握了编程技能，还学会了如何将编程知识应用于实际生活中，解决实际问题。

有个小组提出了一个“智能垃圾分类系统”的方案。他们利用编程技术和传感器技术，设计了一个能够自动识别垃圾种类并进行分类的系统。这个方案在竞标设计活动中获得评委的高度评价和同学们的热烈掌声。

（四）培养团队协作能力

团队协作能力对于学生的个人成长和未来的职业发展至关重要。因此，我们不仅注重培养学生的个人能力，也特别强调提升他们的团队协作能力。

在一场“未来智能机器人设计大赛”中，学生被分成若干小组，每个小组需要设计一款未来智能机器人。在竞赛过程中，学生不仅要发挥自己的专业知识和技能，还需要与团队成员密切合作，共同解决问题、攻克难关。

在机器人设计的初始阶段，学生在总体设计构思确定后，马上进行了分工，有人负责硬件设计，有人负责软件编程，有人负责外观美化等。每个人都在自己的领域发挥专长，同时也与团队成员保持密切的沟通和协作，以确保整个项目的顺利进行。

通过这样的小组竞赛和竞标活动，学生不仅锻炼了自己的专业能力，更重要的是，他们在实践中学会了如何与他人合作、如何发挥团队的力量、如何解决团队协作中遇到的问题。

（五）开展跨学科教学

在对《小池》的诗歌动画教学中，我们可以发现，这首诗歌本身是语文学科的内容，而将其转化为动画则涉及美术领域的知识和技能。为了更好地实现这一教学目标，我们还融入了自然学科的知识，引导学生观察和探究诗歌中涉及的自然现象和生态元素。学生可以研究诗歌中提到的各种植物、动物和自然景观的特点，了解其生态习性和相互作用。这种跨学科的学习方式不仅增强了学生对自然环境的认识，还激发他们对自然科学的好奇心和探究欲望。

通过跨学科的《小池》诗歌动画教学，学生不仅能够掌握3D编程的基本知识和技能，还能在多个学科领域得到拓展和提升。他们不仅提高了自己的语言解读、艺术鉴赏等能力，还培养了观察、思考和创新能力。这种跨学科的学习方式有助于提高学生的综合素质，为他们的全面发展奠定坚实的基础。

三、探索成效

经过一段时间的实践探索，采用走访、问卷调查和实际操作等方式收集数据，对实验组学生的数字化学习与创新能力进行了评估。结果表明，接受基于3D编程学习的学生在创新思维、动手能力和数字技术的掌握与应用能力方面有显著提高，具体表现在以下几个方面：

（一）提升了学生空间想象力

学生在3D编程平台进行三维立体角色模型创作，在构思、设计、修改、多维度立体效果呈现等实践中大大提升了空间想象力，增加了对空间结构的理解，这种能力还帮助他们在数学立体图形的学习中能够更加敏锐地感知和描述空间结构并进行图像建构。

（二）增强了学生逻辑思维能力

3D编程涉及数学和物理原理以及程序编写，尤其是在完成动画呈现效果的过程中，需要学生先规划好角色动作路线，然后根据路线进行程序编写，单个角色的动画效果完成后，还要设计不同角色之间、虚拟角色与人物之间的互动效果。整个过程都需要逻辑思维高度接入，学生在完成任务的过程中提高了逻辑思维能力。

（三）激发学生创新思维

3D编程是一种创造性工作，它鼓励使用者通过尝试、错误和修正来达到最佳效果。这种迭代过程可以激发创新思维，鼓励使用者勇于尝试新事物，学生在解决实际问题时能够更加灵活地运用所学知识，提出更加新颖、有效的解决方案。例如在虚拟场景搭建中，学生充分发挥想象力，结合杨万里的《小池》设计出夏日池塘的场景和动画角色，并能够实现互动和动态效果。

四、结论与展望

实践探索表明，3D编程教育对于提升中小学生数字化学习与创新能力具有积极的影响。通过参与基于3D编程的实践活动，学生能够更好地理解数字化技术的原理和应用，提高他们的创新能力和创造力。同时，学生还能够学习如何使用现代化的工具和技术，如3D建模软件和编程语言，来设计和创造自己的数字作品。

尽管基于3D编程提升中小学生数字化创新能力的实践研究已经取得了一定的成果，但是仍存在一些问题和不足之处。例如，目前对于数字化创新能力的评价标准还不够完善，需要进一步研究和探讨。此外，还需要更多的实证研究和案例分析来证明基于3D编程的数字化创新能力培养的有效性和可靠性。

因此，未来可以在以下几个方面进行深入研究和实践：

（一）完善数字化创新能力评价标准

建立科学、全面的数字化创新能力评价标准，以便更好地评估学生的数字化创新能力水平。同时，可以根据评价结果不断完善数字化创新能力培养的相关课程和实践活动，提高教育的针对性和效果。

（二）推广基于3D编程的数字化创新能力培养

将基于3D编程的数字化创新能力培养推广到更多的中小学和培训机构中，让更多的学生受益。同时还可以开展相关的竞赛和活动，激发学生的兴趣和热情，提高他们的参与度和创造力。

（三）加强教师培训

加强教师的数字化技术培训和教学能力提升，让更多的教师具备数字化创新能力培养的能力和素质。同时还可以开展教师之间的交流和研讨活动，提高教师的教学水平和综合能力，为更好地培养中小学生的数字化创新能力提供有力的保障。

综上所述，基于3D编程的数字化创新能力培养对于中小学生具有重要的意义和作用。未来需要进一步推广和完善相关教育实践，加强教师培训和评价标准的研究和探讨，以便更好地培养中小学生的数字化学习与创新能力。

参考文献

[1]戈传秀.如何让课外阅读更好地促进小学作文教学[J].作文成功之路（中旬），2022（6）：71-73.