泛在學習環境下STEAM課程的設計與實施

夏小剛+孟延豹

前言：

成都七中初中學校（以下簡稱“七初”）在“一對一”數字化學習方面是一所非常有特色的學校。2012年，該校在校內積極推進一對一數字化學習的泛在環境建設，并設立了第一個以學生“BYOD”（自帶iPad）上課的形式組成的“云班”；三年后，不僅該“云班”在升學考試中取得了令人矚目的成績，而且“一對一”數字化學習方式也在七初得到了普及。今天，七初所有班級都以學生“BYOD”（自帶iPad）上課的形式成為“云班”，七初也成為筆者在國內唯一見過的真正的“云學校”。

如今，學校在積極推進未來學校建設、實踐“一對一”數字化學習的過程中，又開始探索在STEAM教育的大背景下如何構建泛在學習環境，在“一對一”數字化學習環境中如何實現STEAM教育在七初“落地生根”，如何基于核心素養培養要求設計STEAM課程，并以項目式學習方式實施課程教學等。在這里，對于一線教師來說最核心的還是如何應用好數字化的教學應用“APP”。

下面，就讓夏小剛老師帶著我們體驗一下七初的STEAM課程體系中一個小小的應用案例，看看教師是如何巧用教學APP將學生帶入到七初課程創新的實踐中的。

泛在學習環境下的STEAM課程設計

STEAM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）和數學（Mathematics）五門學科的簡稱，強調多學科的交叉融合。STEAM教育并不是科學、技術、工程、藝術和數學教育的簡單疊加，而是將五門學科內容組合形成一個有機整體，以便更好地培養學生的創新精神與實踐能力。

在積極推進未來學校建設的進程中，七初積極實踐STEAM教育，為每個班級搭建無線網絡，每位學生都擁有一個智能終端——iPad。同時，學校還建設了創客空間。無論怎么搭建硬件、軟件環境，其實學校都是在為學生構建一個泛在學習（Ubiquitous Learning）環境，以保證學生能夠在任何環境中方便地獲取到自己想要的學習資源，能夠根據學習計劃和學習活動的安排有步驟地完成學習任務，同時還能夠與教師或其他學生進行協作交流，得到有效的學習評價。

在泛在學習環境中，學習者不需要關心在學習過程中所使用的工具和技術，而是將主要精力集中在學習活動和學習內容本身，從而實現將學習方式回歸到“以人為本”的初衷，而這恰恰要落實到學校為學生準備的各種教學APP上來。iPad上APP的技術難度有所降低，能讓學生迅速掌握，并進入創新平臺，由此激發學生的學習興趣。

2015年，學校開始建設創客空間。當第一臺3D打印機正式走進學校時，教師們懷著對3D打印的濃厚興趣，在將近一個月的時間里，借助網絡資料和說明書，請教技術人員，努力鉆研。功夫不負有心人，他們終于成功打印出一個模型，并解決了調平、不出料等技術問題，總結了初步的模型設計和打印經驗。

在創客空間中的精工實驗室正式使用后，經過初步的調研和準備，3D打印模塊被正式引入“七初DIY”社團。該社團是由筆者和一位物理教師共同負責，由25位對科技特別感興趣的學生組成，以學生的科技活動、科技制作為主。在第一次上課時，筆者就給學生講解了3D打印原理，展示了3D打印的基本流程，學生們聽后都異常興奮。

123D Design促進學生3D打印教育入門

123D Design和3DOne是筆者最先接觸的兩款軟件，也是學生最熟悉的3D設計軟件。為了人人都參與3D設計，考慮到精工實驗室只有4臺電腦，筆者想到了學生們手中的iPad。因為自2012年開始，學校就實施了“基于iPad的一對一數字化學習”項目，從一個班人手一個iPad，已逐步推廣到現在七、八年級所有學生人手一個iPad，學生在數字化環境下的學習能力得到了顯著發展。社團學生對iPad的使用更是熟練，也愿意將iPad應用到社團課上。于是，筆者在測試了iPad上的多款3D設計軟件后發現，123D Design for iPad更適合學校的實際情況。

該軟件是Autodesk推出的一款產品，是一個免費的Web、Mac、PC、iPad軟件，能夠讓玩家簡單、快速地創建能用3D打印機打印的3D模型。即便是學習者根本不懂CAD制圖，123DDesign也能用最自然的交互方式，通過一些模塊讓設計初學者快速創建和編輯一個3D模型（如上圖）。在123D Design上，有很多常用的3D模塊供用戶選擇，學生可以隨便拖動不同的模塊來“組裝”自己的3D模型。如果需要調整3D模型的大小、方向或顏色，也可以通過簡單的選擇或修改來完成。

另外，該軟件上還有一些預裝包，如“機器人套件”等。當你想設計機器人的時候，你可以從這個預裝包里面選擇適合機器人的“零件”，更輕松地設計一些像變形金剛一樣復雜的模型。

在征求了部分學生的意見后，筆者決定選擇123D Design for iPad作為平臺應用到社團的課程中。

在第二次上課之前，筆者委托駐校工程師將APP推送到社團里每位學生的iPad上。考慮到社團活動以學生為主的特點，筆者又找到社團學習部部長王皓民同學，給他布置了為社團講解“認識123D”的任務。兩天后，王皓民同學帶著他的學習設計找到筆者，并講解了他的設計流程：①認識123D軟件。②設計個性化水杯。③分享設計理念。筆者高度肯定了他的學習設計方案，并提出了修改建議：講解少一點，活動多一點，并鼓勵他一定要自信！

準備好無線網絡環境和Apple TV后，筆者正式開始了第一次3D建模課。

以下是七年級楊夢琪同學的上課記錄：

星期三的DIY社團終于開始了，這是我第一次接觸到3D建模，感覺好激動。在此之前，我也嘗試過使用123D Design，但沒有真正學過，這一次我體會到了DIY的意義。

王學長要教我們做一個杯子的模型，雖然不是多么偉大的創作，但能讓我們熟悉建模的基本方法。他介紹了左邊的圖標：①選圖形，調整位置。②調整角度。③調整大小，還有“高矮胖瘦”。還有挖洞、圓角等技術。通過結合這些方法，兩種杯子誕生了：一種是圓滑把手，另一種是方形把手。王學長還給我們展示了新鮮出爐的杯子，以及它們的一些邊角料。這樣的杯子安全無毒，還很美觀，盡管不是很大，但如果要用來喝水，也別有一番趣味，最重要的是，這種杯子的材料費只有幾角錢。Interesting！我迫不及待地要打開123D Design軟件，開始制作屬于自己的杯子。

同學們發揮出自己超級無敵的想象力，設計了一個又一個奇怪的杯子：張思淳同學設計了一個雙重杯，上面一個下面一個，中間用圓環連接，并且兩個杯子還是雙重保溫杯，盡管看起來不太穩，但我還是挺佩服他的想象力；尹冠喬同學的杯子看起來挺酷的，但中間有幾個洞，頂多做個裝飾品，要是喝水的話，恐怕不太合適；我嘛，這一次只是想練練手，設計了一個和王學長一模一樣的杯子，但上了顏色，把杯口改圓滑了一些。

回到家后，我溫習了一下所講的內容，自己又做了一個杯子。這可不是一般的杯子，我以女孩的愛好設計了一個小兔子杯，它的手柄是四個環，剛好套入四根手指，上面還有一根吸管，耳朵偏向一邊，“好萌呀！”我有些小激動，因為能憑借自己的能力做出小兔杯，自豪之情油然而生！

我用王學長與夏老師的方法，以及自己對123D Design的探索，做出了自己喜歡的物品，這或許就是DIY的真正意義吧！

除了楊夢琪同學詳細地描述自身的學習體驗外，筆者還組織學生們分享了自己的設計理念。學生們在分享中展示了無限創意：鄭敬予小組設計了高腳杯，祁思誠小組設計了雙層保溫杯，還有的小組增加了杯蓋……

123D Design技術門檻低，操作簡單，能為學生提供充分展示創意的舞臺。不僅如此，借助學校iPad屬于BYOD形式的優勢，學生們在課余時間還可以自由探索。在第一次建模課后，很多學生還給筆者展示了自己設計的模型，如航母、飛機、火星探測小車等。學生們的學習興趣和成就感就是對利用123D Design學習3D打印設計的最大肯定。

筆者用兩節課的時間讓學生進行了基于123D Design的3D打印設計學習，極大地激發了學生的學習興趣，點燃了學生的創造熱情。另外，由于123D Design軟件與3DOne軟件有很多相似之處，所以學生在后續學習使用3DOne軟件時，也非常容易上手，這極大地方便了教師的3D打印教學。在今后的信息技術課堂上，我們還將利用123D Design進行3D打印入門教育，這能為培養學生的創新精神和實踐能力奠定堅實的基礎。

就該門選修課的試點來說，在泛在學習環境下實施STEAM課程，不僅能提高學生發現問題的能力、創造性解決問題的能力以及合作意識，還能促進授課教師的專業成長，總體效果令人滿意。

后記

應筆者要求，本文特別呈現了夏老師有意收集的一些學生的課后感受。教師在教學中選擇一款好的軟件，確實有利于激發學生的探索欲，增加學生的成就感，更易于將學生帶入到課程創新的情境中，讓其在基于“核心素養”目標設計的課程中有真正的獲得感。

七初的各種教學實驗普遍有一個特點，那就是技術并不是最重要的，當然，在課程設計之初也要對技術進行重點考察和規劃，而技術一旦進入教學就一定要簡單，再簡單，那時真正重要的就是課程的設計、實施和評價本身了。

七初之所以在“一對一”數字化學習中能取得如此成就，正如七初校長李笑非所說，“無論我們用什么技術，都應該把我們的課堂聚焦在人上面，聚焦在人的積極性上面，讓學生能夠主動地學，推動教師積極地教。未來的課堂應該是怎樣的一個課堂呢？應該是承載著師生共同成長，幸福生涯的載體。讓我們秉承勇于實踐的探索精神，去努力構建屬于我們的未來課堂”。