基于STEAM項目式學(xué)習(xí)的兵器展館課程實踐案例＊

張 麗

（浙江省溫州市新田園小學(xué)，浙江 溫州 325000）

一、項目背景

作為溫州市STEAM 教育試點學(xué)校，我校提出“世界因我更美麗”的辦學(xué)理念，圍繞辦學(xué)理念我們提出三句口號，而其中“我來了，我創(chuàng)新，世界因我而改變”也正與我們此次基于STEAM 理念的兵器展館課程項目所要達成的學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)相契合，我校通過將“兵器演變和文明進程的聯(lián)系”項STEAM 教育結(jié)合，其中技術(shù)部分支持的3D 打印、木工和手工就有理論教學(xué)與實踐應(yīng)用進行有機集合，在實踐勞動過程中對這些技術(shù)知識進行驗證和參悟。另外，隨著雙減政策落地，我校通過這次項目開展將項目式學(xué)習(xí)與STEAM教育結(jié)合并且融入到課內(nèi)外的學(xué)習(xí)中，發(fā)揮優(yōu)勢，對“雙減”落地起到示范性作用。

二、項目目標(biāo)

第一，通過對古今中外兵器演變史的研究，打造兵器特色展示館，讓學(xué)生了解兵器制造技術(shù)對一個國家文明發(fā)展的重大意義。

第二，通過制作模擬戰(zhàn)場實景，讓學(xué)生更加直觀認(rèn)識戰(zhàn)爭形勢變化，激發(fā)學(xué)生對未來武器探究的欲望，培養(yǎng)面向未來世界的學(xué)生。

第三，計較完善的校本STEAM 項目體系，真實開展多學(xué)科融合教育活動，讓學(xué)生通過對兵器制作及對比研究，形成創(chuàng)新思維，提升實踐科創(chuàng)的能力。

三、項目實施

1．課程安排

項目面向全校學(xué)生，考慮到課程對信息技術(shù)類和動手能力有一定的要求，并且最好有學(xué)習(xí)過3D 打印或硬件編程等同學(xué)，所以課程的主要對象是3-6年級的學(xué)生。

課程時間安排在每周的周三和周五放學(xué)后的時間，因為疫情的影響導(dǎo)致項目時間有所縮減，所以每周安排兩次，并且每次的課程時間在90 分鐘左右。

2．課程概況與課程案例

2.1 課程概況。這部分我們主要以技術(shù)類課程實施為主體，有3D 打印、木創(chuàng)技術(shù)、3D 打印筆、沙盤手工、色彩應(yīng)用，下面簡單介紹3D 打印、木創(chuàng)技術(shù)和沙盤手工的課程實施概況。

2.1.1 3D 打印。選用青少年三維創(chuàng)意設(shè)計軟件——3Done作為建模軟件，選用版本為3Done 家庭版。3DOne 是一款面向中小學(xué)生的3D 建模軟件，擁有智能簡易的3D 設(shè)計功能，可以輕松實現(xiàn)自己的3D 創(chuàng)意設(shè)計，將自己的創(chuàng)意打印出來。

2.1.2 木創(chuàng)技術(shù)。基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，木創(chuàng)技術(shù)的學(xué)習(xí)是需要付出不少的時間和精力，并且每次的學(xué)習(xí)制作積累下來的經(jīng)驗都是為今后制作更好的作品打下基礎(chǔ)。因此，基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)是非常重要的，這部分要先認(rèn)識木材，然后再認(rèn)識木材的基礎(chǔ)工具和注意事項，最后從鋸、銼和磨等基礎(chǔ)功開始學(xué)習(xí)，再進行作品的制作。

2.1.3 沙盤手工。學(xué)習(xí)沙盤制作前相關(guān)知識如比例尺的換算、實地測量到沙盤的具體實施制作，拉鋸地形圖、制作到了、綠植。通過學(xué)習(xí)沙盤制作，使同學(xué)們了解制作沙盤的基礎(chǔ)理論，掌握沙盤制作的一般過程以及沙盤制作的相關(guān)技巧。

2.2 課程問題的產(chǎn)生與解決策略。STEAM 教育是一種以項目式學(xué)習(xí)、問題解決為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)模式，在課堂上教師圍繞著問題引導(dǎo)孩子對碰到的問題進行思考、討論，并且利用各種學(xué)科方法去試著解決問題。

下面通過兩個案例來展示如何通過項目式學(xué)習(xí)來探究STEAM 教學(xué)與學(xué)科融合來解決問題的途徑。

2.2.1 3D 模型設(shè)計——青銅戰(zhàn)車為例。在課程實施過程中，模型設(shè)計的課程占比較多，其中模型制作又以3D 設(shè)計為主，對同學(xué)們的工程思維和空間想象力提出了挑戰(zhàn)。石器時代作品較為簡單可以作為3D 設(shè)計入門課程練手，但是從青銅時代開始隨著朝代更迭，文明進程的推進，社會生產(chǎn)水平和科技的發(fā)展，各式各樣的兵器和裝備被發(fā)明制作出來，一些兵器和裝備的模型制作無從下手，于是針對這樣的情況就需要同學(xué)和老師一起解決。我們就以青銅時代的戰(zhàn)車設(shè)計為例，通過項目式學(xué)習(xí)，運用多學(xué)科知識融合來解決遇到的問題，將其制作完成。我們從以下幾點作為節(jié)點，逐步引導(dǎo)學(xué)生完成任務(wù)，并達到鍛煉工程思維能力的效果。

（1）分析需求，結(jié)合歷史背景。設(shè)計模型一些基本要素是外觀、組件結(jié)構(gòu)、模型的實際尺寸和設(shè)計尺寸、材質(zhì)紋路細節(jié)。課程中第一個環(huán)節(jié)由同學(xué)小組討論，寫出所需的維度。

因為每個模型制作課都有情景導(dǎo)入，所以同學(xué)們基本上知道模型的外形和功能等。但是，對于組件結(jié)構(gòu)和模型最終的設(shè)計尺寸，同學(xué)們的概念不強，不容易提出。另外，還有一個材質(zhì)紋路細節(jié)，這個是需要結(jié)合當(dāng)時社會的生產(chǎn)力水平和朝代背景來看，需要同學(xué)們查閱當(dāng)時的歷史知識才能知道。在查閱有些外觀名稱的時候會發(fā)現(xiàn)跟古人的趣聞或者禮儀等有關(guān)。

（2）討論、分析并篩選要素，確定實施方法。統(tǒng)計所有小組討論結(jié)果，老師對其逐一分析，篩選出必要的內(nèi)容。小組討論具體的實施方案，要確定模型外觀的分解，模型的比例轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)部分的原理與設(shè)計，材質(zhì)紋路細節(jié)。例如，青銅戰(zhàn)車的模型外觀分解，則需要多個角度的戰(zhàn)車視圖，以便于更好的觀察模型的實際形狀，然后再將其分解成多個部分，最后對各個部分進行建模。另外，在制作結(jié)構(gòu)部分的原理和制作上需要了解更加抽象的平面示意圖。

（3）實施過程中的問題，結(jié)合實際，大膽改進。在實施過程中學(xué)生們也不斷地遇到問題，并且是之前未曾設(shè)想到的。首先是在模型設(shè)計的時候，遇到車輪與軸之間的結(jié)構(gòu)設(shè)計，按照古代的結(jié)構(gòu)設(shè)計還原難度不小，并且因為將模型等比例縮小到10%，軸與戰(zhàn)車主體和車輪之間的連接會斷裂，并且受到打印支撐的限制會使得表面很粗糙。其次就是戰(zhàn)車主體與前面延伸出來的“轅”也同樣受到了打印的限制，需要解決打印容易斷裂的問題。

3D 設(shè)計與3D 打印雖然只有兩個字的不同，但是真正的區(qū)別較大。設(shè)計是可以天馬行空，是理想化的，但是3D打印是要切實的打印出來，是現(xiàn)實的，材料、環(huán)境、機器的設(shè)置、打印的密度、模型的物理特性和力學(xué)設(shè)計等都需要考慮。在這么多因素的影響下，同學(xué)們不斷地去嘗試，去改進。最后在車輪、軸與主體之間采用了簡化設(shè)計——合頁結(jié)構(gòu)，這樣方便打印和安裝，在功能上也沒有很大差距。關(guān)于“轅”與主體的連接，在嘗試加密度打印和分體打印之后，選擇了增加密度打印，然后使用熱風(fēng)槍加熱，使得支撐軟化再去除。

（4）課程經(jīng)驗總結(jié)。這些關(guān)于模型設(shè)計課程的所遇到的問題可以做以下幾點的總結(jié)。

①設(shè)計課程中需要引導(dǎo)學(xué)生提出設(shè)計要點，并且討論、分析和篩選其必要性，結(jié)合本項目還要考慮歷史背景。

②模型設(shè)計課程在制作過程中老師需要提前準(zhǔn)備關(guān)于該模型的結(jié)構(gòu)知識準(zhǔn)備，還要對設(shè)計制作方法熟悉，以便引導(dǎo)學(xué)生制作與改進。最好能繪制平面示意圖或者是三視圖。

③3D 設(shè)計與3D 打印存在一個理想與現(xiàn)實的過渡，在實際使用中需要考慮許多因素，這里需要學(xué)生和老師一起探究學(xué)科知識亦或是生活常識，要靈活使用身邊各種材料或者一些小技巧才能駕馭這個技術(shù)。

2.2.2 展示作品設(shè)計與擺放案例——石器時代櫥窗。整個項目中物化內(nèi)容比較重要的是展示館部分，這其中有從石器、青銅、鐵器、火藥到現(xiàn)代及未來五部分組成。每個部分展示內(nèi)容不一樣，但是展示的形式基本一致。每個時代需要展示的一些比較重要的武器和裝備，展出的形式主要以實物加介紹標(biāo)簽的形式展示。不過，在展示櫥窗的預(yù)期設(shè)計上存在的問題比較多，需要學(xué)生和老師一起去討論和解決。例如，武器和裝備大小、形狀各不相同，怎么選取合適的比例進行制作？還有，這些物品如何擺放或者是固定？這些都是需要在實踐的過程中去解決，這里就以石器時代櫥窗作為案例進行分解。

（1）探討需求，分析現(xiàn)有條件。每個任務(wù)開展前都會針對任務(wù)特點集中討論，老師先讓學(xué)生知道石器時代櫥窗最終要達成什么樣的效果，然后老師引導(dǎo)學(xué)生對這樣的效果逆推，討論這樣的效果需求是哪些？我們現(xiàn)有的條件是怎么樣的？經(jīng)過同學(xué)一番討論，目前現(xiàn)有的條件是暑期裝修過的櫥窗，窗戶周圍有文化展示內(nèi)容，櫥窗內(nèi)部墻壁是黃色的毛氈板，頂部有三盞射燈。要達到我們預(yù)期的效果，還缺少展示臺，展示物品和物品標(biāo)簽。

（2）結(jié)合實際，尋找參考資料。一個展示館不僅僅要有展示臺、物品和標(biāo)簽等，還需要對展示櫥窗進行規(guī)劃設(shè)計，符合主題和大眾審美。同學(xué)們大多都參觀過博物館或者一些文物展示的展出，但是關(guān)注點基本上在展示物品上，對展示館的布置沒有過多注意，所以需要尋找案例，吸取其中的有用的元素來幫助布置櫥窗。對此任務(wù)進行了分組，有些小組去網(wǎng)頁上進行搜索博物館的圖片，也有小組利用周末去博物館實地考察，記錄一些細節(jié)，例如燈光的角度、標(biāo)簽的擺放位置等。然后將參考資料重要點歸納總結(jié)處理，為下一波的模擬效果做鋪墊。

（3）模擬展示，實現(xiàn)預(yù)期效果。場地準(zhǔn)備和參考資料基本都已經(jīng)整理完畢后，在實施之前還有一個大問題需要解決，那就是如何將場地和參考資料結(jié)合起來，將想象中的效果給呈現(xiàn)出來，這樣大家有一個統(tǒng)一的效果才能共同去完成任務(wù)，不會出現(xiàn)偏差。為此，同學(xué)們提出幾個建議，第一個是請設(shè)計師去根據(jù)我們的需求效果去設(shè)計，第二個是畫手工示意圖。經(jīng)過討論和老師引導(dǎo)，決定使用現(xiàn)有的技術(shù)去制作一個按比例縮小的櫥窗效果模型。運用3D 打印技術(shù)去設(shè)計一個1：10 的櫥窗，然后將定制的展示臺也逐一繪制到櫥窗中，最后將我們所需展示的模型也放置上去。另外，借此機會也將模型縮放到最終需要的尺寸，以便同學(xué)們分工去打印模型。

（4）實施階段，尋找解決方案。前期準(zhǔn)備工作和櫥窗模擬設(shè)計都完成后，接下來就是打印和擺放模型。打印模型這部分在經(jīng)過模擬效果展示后，可以直接得到大概尺寸，同學(xué)按照這個尺寸進行縮放即可。在打印模型的時候還會遇到模型過大，這邊就會運用分割技術(shù)進行分體打印再組裝（建模部分有提及）。

各種物品造型各異，尺寸也大小不一，如何將其擺放安置也是一個技術(shù)活。這邊需要考慮的哪些物品是長期固定，哪些是需要偶爾取出展示，然后再決定用哪些方法和配件去固定。

這里同學(xué)們分別嘗試了泡沫膠、膠棒、玻璃膠還有水泥釘?shù)瘸Ｒ姷墓潭ǚ绞剑詈筮€是使用玻璃膠和水泥釘固定卡扣來進行固定物品。

（5）課程總結(jié)經(jīng)驗。

①作為一個全新體驗的課程任務(wù)，學(xué)生的想法很難聚焦，需要老師快速的切入到主題，或者是指引一個方向。這學(xué)生有方向性，挫敗感較低，積極性會提高。

②課程任務(wù)需要多途徑收集材料則需要老師將任務(wù)明確，學(xué)生分組也要細，以免出現(xiàn)無用功。

③利用好表格引導(dǎo)，方便學(xué)生有目的性去搜集資料，也能總結(jié)和歸納出所需的內(nèi)容。

四、項目成果

1．學(xué)生成長

通過這個項目，很多孩子得到了成長。有的通過上項目課，了解了文明的演變與兵器的發(fā)展，激發(fā)了深入學(xué)習(xí)的興趣；有的通過項目式學(xué)習(xí)，學(xué)會了獨立思考和總結(jié)；還有的孩子經(jīng)歷了多次失敗，但一直堅持了下來，變得更有耐心。

最后，項目實踐課程要學(xué)習(xí)參與的課程內(nèi)容非常多，課程產(chǎn)出和孩子們的收獲也很多。這一年項目學(xué)生共有8 人次獲得了省市區(qū)相關(guān)獎項。他們有的參加了3D 設(shè)計比賽，撰寫科技小論文、參與一些創(chuàng)客制作等等。

2．教師發(fā)展

2.1 項目促進教師共同體發(fā)展 。基于項目的教師共同體實現(xiàn)了教師發(fā)展從單打獨斗到團隊發(fā)展。優(yōu)秀的教師團隊才是學(xué)校發(fā)展的核心競力，在一個教師團隊中，只有每位教師最大限度發(fā)揮自己的潛力，并在團隊目標(biāo)一致的基礎(chǔ)上團結(jié)協(xié)作，共同進取，才能激活團隊中的每一個人的潛能，才能發(fā)揮團隊的整體實力，才能更好地促進每個教師的專業(yè)成長。

2.2 項目促進教師從被動發(fā)展到主動發(fā)展。參加項目研究的老師是自主申報，自愿參加，團隊中的教師根據(jù)自己的能力、特長和興趣，在工作上進行明確分工和職責(zé)分配，各司其職。

2.3 有利于促進教師的內(nèi)涵發(fā)展 。學(xué)校關(guān)注每一位教師在項目研究中發(fā)揮的作用以及困難，學(xué)校進行有針對性地培訓(xùn)，以幫助教師補足短板。通過項目研究，促進教師對自己的教育教學(xué)反思，倡導(dǎo)讀好書，結(jié)合研究項目讀好學(xué)科專業(yè)書，教育藝術(shù)類書，文化修養(yǎng)類書，勤于撰寫反思，形成自己的教育觀點與思想，整體提高教師的研究意識和研究能力。

3．項目影響力與學(xué)校的發(fā)展

項目成果通過平臺進行展示：學(xué)校微信公眾號、各級各類的參觀展示、學(xué)校STEAM 互動演出。

隨著項目的實施開展，學(xué)校依托項目課程和原有的拓展課，開展STEAM 教育理念下的創(chuàng)意實踐，開設(shè)了各類技術(shù)性的拓展課程，還將進行后期的課程延伸。