“3D”学习与儿童模型思维能力的发展

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　　【摘要】在深化教育改革，提倡创新的大背景下，近年，3D打印课程已经开始在小学课堂蓬勃发展，基于《信息技术课程纲要》中对学生信息技术核心素养提升的要求。文章立足促进学生思维发展来思考3D打印课程的学习。建立进阶式3D课程思维模型，并将模型应用到常态化信息技术学科教学和3D课程整合，促进学生模型思维发展。为进一步建设3D打印课程、提高教学效率、提升信息素养、促进学生思维成长奠定基础。
　　【关键词】核心素养 模型思维 3D打印 学习进阶 课程模型
　　目前，3D打印技术已经逐渐融入各个领域，大到建筑物，小到零件，自2014年以来，3D打印课程以普及化的方式在小学蔓延。在学校层面，许多学校添置了3D打印设备；在课程层面，开设了各种特色课程；在教师层面。成立了专门研制此课程的教师团队。因此，如何更好地认识、理解、开发、实施3D打印课程，成为我们关注和思考的问题。
　　一、现实丈量。回望“3D打印课程”的价值体认
　　每个学生的学习都有着关键期，然而能一辈子流淌在学生心田的是他的学习品质：一种对自我学习、探究等的计划性和坚持性，而3D打印课程以其独特的探索、实践、发现、创造的综合体能点燃学生的学习兴趣。
　　中小学信息技术课程的主要任务是培养学生对信息技术的兴趣和意识，让学生了解信息技术的基本知识和技能，培养学生的信息素养，为适应信息社会的学习、工作和生活打下基础。以此为载体，3D打印课程可以更好地彰显小学信息技术学科核心素养的落地，并承载着课程独有的价值。
　　二、思维关照，眺望“3D打印课程”的模型建构
　　1.用科学精神的关照认识模型思维
　　“钱学森之问”问了那么多年。始终没有给出应有的答案，在学校的课程开发研制和实施中，我们始终要问自己为什么而出发？创新性人才不仅仅是高校的事情，更需要中小学的奠基和启蒙。3D打印，就是培养学生创新精神和形成计算思维的课程。3D打印最核心的部分，是3D建模，所以我们会想到“模型思维”。
　　2.用科学认知的逻辑建立模型结构
　　模型是为了一定目的，对客观事物的一部分特征、属性，而进行简化、抽象、提炼出来的原型替代物，模型不是原型，既比原型简单，又高于原型。学生模型思维能力是学生学习知识的具体体现，学生行为表现则是发展学生模型思维能力的途径，结合3D课程，构建学生模型思维能力发展的结构（见图1）。
　　3.用科学方法的维度形成学习进阶
　　学习进阶是学生以学习序列的方式进行学习，并在各年级学习某一主题时所表现的连贯的逐渐深入的学习理解过程。我们所开设的3D打印课程的课程序列特点在于：一是充分考虑学生对知识的实际理解过程而不是单纯从知识本身的逻辑出发：二是关注思维理解深度的发展，提升其多样性、应用性和创新性，而不只是信息的增加。
　　三、杠杆撬动，守望“3D打印课程”的学习进阶
　　模型思维能力的发展在不同的阶梯具有不同的表征，如初级层次就是要求学生区别判断模型，表征模型类型。根据3D打印课程所表现的形式不同，可以继续分为概念模型、实物模型、方法模型与思维模型。而在3D打印课程的研发、实施和发展中，我们需要运用模型思维来撬动学生核心素养的杠杆。
　　1.感知模型表征，融入邏辑3D思维
　　（1）画出一条横轴
　　建立3D打印课程的套餐系列。以主题横向推进。如3D打印学习用品课程，是根据学生的创造性思维和好奇心理而开设的课程套餐，从3D打印课程介绍，到“象棋和军棋”“打造笔筒”“我的自动铅笔”“创意书桌”课程组合（见图2），形成一个课程结构，将传统艺术与科学技术、信息技术与模型思维相互关联结合而成，组合课程可以根据学生发展的阶段设置课时数，并进行任意组合，学生可以根据自身需要完成课程学习。
　　（2）描画一条纵轴
　　围绕不同的年段开发不同的主题序列，设置不同的目标系列，形成纵向一条线，以下是围绕学习用品主题、生活用品主题、健康主题、环保主题等形成的课程系列。
　　在此基础上形成课程纲要、教师指导用书以及课程方案和课程评价等。
　　2.应用模型解决，彰显进阶杠杆能量
　　思维模型的形成不仅能应用于3D打印课程本身，在信息技术常态课中，也可以与课标模块相结合，将模型进一步优化和拓展，将3D打印与学科基础知识整合，在教学实践中通过对模型的应用来达成思维的进阶。我们以WPS文字教学为例。
　　（1）因需：“切入点”，3D打印对WPS软件的需求
　　我们可以先来看一下WPS文字在苏科版小学信息技术四年级中的教学内容（见图3）。
　　从上图可以看出，四年级WPS文字的教学以文字处理教学为主，然而3D打印的主要教学内容是3D建模，它们本身并没有什么交集。然而如果在我们应用模型思维关联项目化学习，从现象思考到方案设计，学生可以使用文字处理工具来完成一个设计方案以及完成作品后的项目说明，这就是两者的切入点。
　　（2）有行：“项目化”，项目实施与课程统整
　　在项目课程实施过程中，学生需要了解工程设计的总流程。在理论和基础认知上进行思维模型的构建（见图4）。
　　①撰写方案阶段。
　　学生通过交流确定主题，使用WPS文字记录方案，在撰写方案的过程中，锻炼了学生的文字输入和信息处理的基础能力。
　　②3D设计阶段。
　　使用3D软件建模。这个阶段主要是3D打印的学习阶段，是学生接触和体验新技术的过程，也是学生完成从创想到实践过渡的重要阶段。
　　③展示和评价阶段。
　　展示自己的作品，可以增强学生的表达能力，加强学生对知识的理解和应用能力，对学生今后的发展有着极其重要的作用。
　　展示与评价相辅相成，好的教学评价可以达到诊断、激励、调节和强化的作用，在3D打印常态化教学作品展示课上，由学生共同参与，制定了根据创意度、完成度、美观度、技能度、合作度在五个维度的评价模型，让学生根据模型进行自评和互评，促进共同发展。 　　（3）进阶：“序列化”，不同年段3D打印课程整合
　　在《中小学信息技术课程标准》中，包括计算机作文、网络应用、制作多媒体作品、编程语言的学习、人工智能和物联网等模块。围绕不同的知识点，应用模型化思维。我们可以进行项目化重构，结构如下：
　　基于项目增加的复杂度及开放度，逐步形成序列化、自主化、协作化的3D常态化教学。
　　（4）成果：“反思”，实施效果与重构不足
　　在完成四年级的教学实践后，我们收到学生作品264件，创意突出、项目完整的作品有32件，占12%；创意、设计、展示有一方面或两方面比较突出的作品占86%，作品的创意性和完整性比过去单纯教3D打印或者WPS文字处理工具都有很大提升。从实践成果来看，建立儿童模型思维，在3D学习进阶中有其优势：
　　①“一多”：多合作。
　　多合作：在完成项目时，小组是基础单位。学生在这个过程中会根据自身需求主动学习新知和解决问题，由被動合作转向主动合作，加强了学生自主探究和合作学习的能力。
　　②“二高”：高效率、高质量。
　　高效率：学生形成模型思维后，在后期阶段的学习中就会形成较好的学习习惯，知道完成这个项目需要先做什么、再做什么、你做什么、我做什么，分工迅速。合作高效。
　　高质量：高效的合作带来质量的提升，项目化的学习模式也让学生能够更深入地去完成既定的目标，学生制作的作品不再是生搬硬套，也不再是漫无目的，质量有了显著的提高。
　　③“三有”：有目标、有条理、有策略。
　　有目标：在建立了一个模型后，知识也更加系统化，每一个阶段都有让学生为之努力的目标，如进阶式3D课程中的学习用品系列是一个大目标，而完成一支自动铅笔则是小目标。
　　有条理：学生的学习过程和思维的发展过程都更加明晰，将一个内容由浅入深充分挖掘，再将同类型课程作为一个单元，不同主题作为一个系列，形成一个三维的思维模型来引导学习的进阶，让学生的思维成长有序化、立体化。
　　有策略：一个模型可以形成相应的解决问题的策略，在习惯于运用模型来解决问题之后，当再次遇到问题，学生会习惯于用模型解决相应的问题，让解决问题更加快捷有效。
　　但是在教学实施的过程中，也暴露了很多不足：在计算机的基础操作上的问题。如打字和保存等，影响了项目完成的效率。但在后期学生经过多个项目的锻炼提升，这些方面的能力也有了一定的提高。再者，对于这种新型的教学方式，授课教师有时还引导偏多，需要教师更进一步提升自己的教学水平，相信学生，关注合作，提高教学效率。
　　信息技术是发展最快的学科，在新旧知识的交替和融合中，我们关注的是学生信息素养的提升，我们探究的是教学的方法而并不仅仅是教学的内容。我们发掘的是学生思维模型的建立。以模型思维促进3D学习的进阶，以3D课程反哺学生思维的成长。让学生建立模型思维，并使用模型思维有效率、有创意地解决更多的问题。
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