基于逆向工程法培養小學生微創新能力的實踐研究

張妮 章敏 付憧 幸大惠

基金項目：國家自然科學基金2021年度項目“人工智能助力鄉村教師新型研修模式構建及應用策略研究”（項目編號：72164004）；貴州省教育科學規劃2023年度重點課題“鄉村教師智能教學勝任力框架構建及應用研究”（課題編號：2023A006）

[摘? ?要] 逆向工程法是一種“從成品出發”的教學方法，降低了創新門檻，容易實現微創新。文章以微創新能力內涵為導向，遵循“從仿到創”的階段式教學理念，在項目式教學理論、做中學理論的支持下，提出了基于逆向工程法培養小學生微創新能力的教學活動框架，以“3D打印”為例進行三輪教學實踐，并采用三角互證的方法從教師、學生、教學過程三個角度探究實踐效果，以此修正與完善活動框架。研究結果表明，基于逆向工程法設計的教學活動從總體上顯著提高了小學生微創新能力水平，對創新思維與創新技能要素也有顯著促進作用，但對創新人格的影響不顯著。研究結果為小學生微創新能力培養及國家創新人才培養提供了理論指導和實踐參考。

[關鍵詞] 逆向工程法； 微創新能力； 創新人才培養； 實踐研究； 3D打印

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A

[作者簡介] 張妮（1982—），女，廣西南寧人。教授，博士，主要從事教師專業發展、智能技術融合教育教學研究。E-mail：jenneyhust@foxmail.com。

一、問題的提出

創新能力是21世紀人才的關鍵特征，培養學生的創新能力是我國教育改革與發展的熱點。《中國學生發展核心素養總體框架》將實踐創新作為6項核心素養之一[1]。《新一代人工智能發展規劃》指出，“加快3D打印、STEAM、機器人、編程等全民智能素質教育項目進入中小學課堂的進度”[2]。《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》提出，“創新教學方式，以真實問題或項目驅動，引導學生經歷原理運用、計算思維和數字化工具應用過程，建構知識，提升問題解決能力”[3]。許多中小學校面向學生創新能力培養進行了大量探索和實踐，問題解決、項目式教學等方法被廣泛應用于教學活動中，但存在課堂耗時長、教學效果有待提高等問題[4]。逆向工程法作為一種“從成品出發”的教學方法，不僅能縮短課時量，還能降低項目難度，為當前課堂教學培養中小學生創新能力提供了新思路[5]。對于小學生而言，創新不可一蹴而就[6]，微創新相對來說更符合小學生的認知特點和發展規律。因此，本研究將從微創新能力內涵出發，構建基于逆向工程法培養小學生微創新能力的教學活動框架并開展實踐應用，以期助力國家創新人才培養。

二、研究基礎

（一）小學生創新能力培養研究現狀

面向小學生創新能力培養的教學實踐大致包括三類研究視角，分別是傳統教學過程的革新視角[7]、教學活動要素創新的視角[8]及從“仿”到“創”的階段式學習視角[9]。將發明創造型教學分成微創新和原始創新兩種模式，在微創新階段以逆向工程為指導思想設計教學活動，可讓學生在“模仿—微創新—創新”過程中逐步提高發明創造水平[10]。當前，小學生創新能力培養仍存在“窄口徑”與“高要求”之間的突出矛盾[11]，仍需挖掘適切的理論方法，探索小學生創新能力培養的方式和路徑。

“微創新”從“創新”拓展而來。符合中小學生發展水平的微創新能力是指學生在了解原產品相關服務和規則的基礎上做出一些有意義的改變或調整的能力，但并不從根本上改變原有設計，其可以分為1.0、2.0及3.0三個水平層次，分別對應模仿階段——對原型產品簡單仿照，微調階段——通過增減要素對產品結構與功能進行優化，重構階段——產品結構與功能的重新構造[12]。已有研究提出了指向學生微創新能力培養的結構創新型教學模式，包括試用與感知、分解與觀察、復原與再設計、制作與測試、評價與總結等環節，強調教師應該更關注技術的整合和遷移，讓學生模仿后再創新[4]。然而，小學生因創造力水平有限，大多停留在模仿階段，獨立創作出一件原創性作品仍存在較大的困難。因此，小學生微創新能力培養更應得到學界和業界的關注。

（二）逆向工程法及其教育應用

逆向工程最初是一種技術課程的內容，在20世紀末作為一種教學方法應用于教育領域。Otto等提出了逆向工程與再設計“十步法”，其中，逆向工程包含逆向、建模與分析以及再設計三個階段[13]。逆向工程法較多應用于工程類課程的研究與實踐中，引導學生對實物體驗、觀察、拆解、分析，使學生獲得再設計的經驗[14]，從而開發新產品，有助于學生消化理論知識并進行實踐應用[15-16]。逆向工程法支持的各類教學或學習活動設計為本研究探索面向小學生微創新能力培養的教學活動提供了方向指引。

由于小學生認知能力與身心發展的特殊性，直接開展創新活動有一定難度，需要由微創新能力培養逐漸過渡到創新能力培養。研究團隊多年來和一線學校開展深度合作，發現部分學校致力于信息科技、通用技術課程教學革新的探討，從而培養學生的創新能力。3D打印可將創意變成現實，有助于激發小學生學習積極性，提高其動手能力，是培養學生創新能力的重要手段之一。因此，“3D打印”這一教學內容以信息科技拓展課程或者社團活動的形式逐步走進了小學校園。逆向工程法倡導對成品進行“拆解—分析—再設計”，將其應用于“3D打印”教學中，讓小學生在了解產品構成要素及關系的基礎上，完成對3D模型原型作品的再設計，降低了創新門檻，有利于小學生微創新能力培養。基于此，本研究嘗試引入逆向工程法開展面向小學生微創新能力培養的實踐研究，研究問題包括：（1）如何基于逆向工程法構建培養小學生微創新能力的教學活動框架？（2）基于逆向工程法培養小學生微創新能力的教學實踐效果如何？

三、面向小學生微創新能力培養的逆向工程

教學活動框架初構

（一）理論依據

1. 項目式教學理論

項目式教學的一般流程為選定項目、制定計劃、合作探究、作品制作、成果展示、評價總結，注重實踐式和體驗式學習，鼓勵學生自主學習或開展小組協作學習[17]。逆向工程法的核心步驟為“拆解—分析—再設計”，將項目式教學理論引入本研究，可彌補逆向工程法缺乏評價與反思的不足。參照項目式教學的基本流程，在作品的再設計階段，教師應充當引導者和組織者的角色，帶領學生圍繞大項目分組開展子項目學習，進而完成作品制作。

2. 做中學理論

美國學者杜威提出了“做中學”理論，也就是“從活動中學”“從經驗中學”，依托活動和行為來提高學習能力[18]。本研究中，學生需聯系自身生活經驗進入學習情境，在對原型作品進行分解的基礎上，通過協作探究、制定方案、作品創作，再設計出改變原有作品關鍵要素的新作品，從而提高微創新能力。在教學實施過程中，強調教師要為學生構建有意義的教學情境，將教學知識與學生生活經驗聯系起來，讓學生從被動學習轉變為主動學習，在活動中將創意想法轉變為現實成果。

（二）教學活動框架初步構建

結合微創新能力內涵，本研究中的微創新能力分為三個等級，分別對應模仿、微調和重構三個階段。模仿階段的學習任務是產品拆解與復原，旨在了解產品基本構成與制作的基本流程；微調階段通過增減要素優化產品結構與功能，應用學科及技術知識解決問題；重構階段聚焦產品結構與功能的重新建構，并進行創新實踐。本研究在項目式教學以及做中學理論支持下，重點參考面向創客教育的中小學機器人教學四階段[9]和面向機器人教育的“燈籠模型”[5]，依照微創新能力層次，初構面向微創新能力培養的教學活動框架，如圖1所示。

1. 模仿階段：強調學生新舊知識聯系

模仿階段是逆向工程教學活動的基礎階段，學生需要完成3D打印基本知識的學習，通過拆解、復原掌握作品制作的基本知識與技能，保證創意活動的順利開展。首先，教師發布本堂課學習任務并展示3D模型實物，學生在教師的組織下對物品進行感知與試用，喚起已有生活經驗。其次，教師引導學生在3D One軟件中對3D模型進行拆解，以了解模型構成要素及各部分之間的關系。最后，學生在學案提示下自主探究模仿復原模型。在模仿階段，教師為學生提供學習支架，使學生明晰工具選擇情境、使用方法及問題解決策略，掌握模型制作的一般性知識，并通過自主探究，完成作品的復原。

2. 微調階段：注重學生創意思維啟發

微調階段在逆向工程教學活動中起承前啟后的重要作用，啟發學生增減作品要素，引領學生創新思維并對模仿階段獲得的知識進行實踐應用。在此階段，學生需要對模仿的作品進行微調，教師創設情境，使學生置身于情境中，學生由學習者身份轉換為用戶身份，分析當前物品可以新增哪些功能，對原型作品元素進行增減，實現對原型作品的微調。本階段注重對學生進行創意啟發，使學生在微調過程中獲得更多靈感，激發創造潛能，為重構項目的實施做好鋪墊。

3. 重構階段：注重跨學科知識融合

重構階段是學生在具備微創新基本知識與技能的基礎上，融合跨學科知識對作品進行結構性創新的過程。本階段主要采用項目式學習方式，引導學生對原型作品進行結構重構。在此過程中，教師并不為每個小組指定項目，而是為學生創設多樣化的生活情境，將項目的決定權與選擇權交給學生。學生借助信息技術解決項目實施過程中遇到的困難，發展創新思維，通過對作品的展示與評價，增強自信心，體驗學習的快樂。

四、面向小學生微創新能力培養的

教學實踐及框架修正

（一）教學目標

西部X省G市某小學以社團課形式開設了“3D打印”課程，目前正處于利用3D One開展教學的探索階段。3D One是一款適合小學生表達創意想法的三維軟件。研究團隊基于初構的教學活動框架，依托該校“3D打印”課程開展三輪教學實踐研究，教學目標見表1。

表1? ? ? ? ? ? ? ? 三輪實踐的教學目標

（二）學習者分析

教學實踐的對象為3D打印社團的22名學生（男生13名，女生9名；四年級9名，五年級13名），特點如下：（1）學生正由具體形象思維向抽象邏輯思維轉變，進行抽象推理活動時需要具體形象事物支撐；（2）學生具有一定學習軟件和工具的使用經驗；（3）大部分學生未接觸過3D打印，但對3D打印興趣濃厚。為確保學生順利進入微創新階段，授課教師充分備課，并進行了為期一個半月的3D打印基礎知識講授。

（三）教學評價工具

本研究采用質性和量化相結合的方法，基于三角測量理念，從教師、學生、教學過程三個互證角度分析研究結果。教師角度采用量化的課堂觀察表，從課堂行為了解學生微創新能力變化；學生角度采用微創新能力問卷和量化的作品評價表，測量和分析學生微創新能力變化；教學過程角度采用教學滿意度問卷及訪談提綱，進一步了解學生的微創新能力變化。

1. 微創新能力測量問卷

本研究主要借鑒創客教育課程中的學生評價指標體系[19]，同時融入威廉斯創造性傾向量表中的冒險性、好奇心、想象力和挑戰性四項指標[20]，設計微創新能力測量問卷，包括創新人格、創新思維、創新技能3個一級維度，共32道題目，采用李克特五級計分。由于3D打印社團學生人數少，隨機在兩個五年級班級中進行問卷預測試，回收有效問卷79份，計算出Cronbach 系數值為0.956，表明問卷具有良好的信度。

2. 課堂觀察表

本研究通過改編陶陽的“小學生創造性潛能觀察表”[21]對學生課堂表現進行觀察，包括創新人格、創新思維、創新技能三個維度，共19個觀測點，每道題以5分為最高分計算。在每一輪教學實踐中，由2名學科教師現場聽課并填寫課堂觀察表，二者平均分為課堂觀察分數。

3. 作品評價表

作品評價表由1名教育技術專家和碩士研究生協同授課教師聯合編制，由技術性（20分）、創意性（35分）、美觀性（10分）、科學性（15分）、可行性（20分）五個指標構成。

4. 學生滿意度問卷和訪談提綱

本研究分別從學生活動（創新作品、自主探究能力與協作交流能力、學習興趣與基本知識掌握）與教師活動（教學方式、教學活動設計、教學評價）兩個層面進行學生滿意度調查。從教學評價、學習收獲、教學環節設置三個方面設計訪談提綱。教學滿意度問卷克隆巴赫系數值為0.835，具有良好的信度。

（四）教學實施過程

教學環節由1名經驗豐富的信息科技學科教師執教，其具備完備的3D打印知識與教學能力，提前了解了逆向工程法的內涵及本研究初構的教學框架。三輪教學共6個課時，歷時3周，每周完成一輪教學（2課時）。每輪教學均包括“計劃—實踐—觀察—反思”四個環節，通過三輪迭代循環修正教學活動框架。實踐前進行前測了解學生微創新能力初始水平，在實踐結束后一周進行后測，對比了解學生能力水平變化。

1. 第一輪教學實踐及反思

第一輪教學主題為“超酷的專屬筆筒”。（1）模仿階段。教師發布任務并展示實物筆筒，引導學生觀察并試用。隨后，學生在3D One中對筆筒模型進行拆解，逆推出構成3D筆筒模型的基本實體與制作步驟。在微課的指導下，完成筆筒模仿復原。（2）微調階段。教師發放創意啟發表，引導學生聯系生活經驗對筆筒進行要素增減，以啟發其創意思維。（3）重構階段。以“利用3D打印設計容器解決問題”為主題設定開放項目，讓學生從生活實際問題出發，重新設計容器。最后，學生展示作品，完成評價與反思。

第一輪教學結束后，發現以下問題：（1）在課程導入與設計方案階段，學生的創新思維比較活躍，但創新技能比預期要低；（2）學生評價未體現“以評促學”的理念；（3）大部分作品缺乏創新性。研究助理與授課教師進行深入交流后，共同進行反思與改進。首先，為彌合創意與實踐之間的斷點，導入環節由拋出問題轉變為情境創設，項目主題以源于生活的多情境方式設置。其次，在學生完成方案設計后，對難點進行統一講授，幫助其順利開展創新實踐。再次，為激發學生的創新思維，在重構階段增加方案展示環節，以頭腦風暴形式讓學生在思維碰撞過程中產生更多創意。最后，讓學生參與制定作品評價指標，以調動其創新積極性。

2. 第二輪教學實踐及反思

第二輪教學主題為“制作專屬鑰匙扣”。（1）模仿階段。創設情境“如何找回丟失的鑰匙扣”，激發學生產生創意想法。同時，用操作單代替微課，幫助學生模仿制作鑰匙扣，為學生留足自主探究空間。（2）微調階段。教師展示案例，同時提出需求，啟發學生對鑰匙扣關鍵要素進行增改。（3）重構階段。制作作品前，師生共同商討形成評價量表。隨后，教師組織學生圍繞“自主設計防丟失鑰匙扣”進行討論，并且進行方案分享。在學生完成方案設計后，教師進行統一講解，幫助學生完成對鑰匙扣的改造。最后，根據評價量表，學生完成自評與互評。

相較于第一輪，第二輪教學中學生的創意思維與創新技能有所提升，但仍存在以下問題：（1）學生作品缺乏實用性與科學性；（2）學生分享方案的積極性仍不夠高。雖然教師在該階段為學生創設了源于生活的情境，調動了學生的創作熱情，但部分學生的想法較發散，導致作品缺乏實用性與科學性。基于此，研究助理和授課教師共同商議，在重構階段增設一個自主調查環節，讓學生到生活中挖掘問題，以保證項目的實用性與可操作性。同時，教師要注重引導學生分工合作，激發學生團隊意識，發揮學生主體性。

3. 第三輪教學實踐及反思

第三輪教學主題為“設計多功能臺燈”。基于前兩輪實踐與反思，本輪教學更加注重重構階段項目主題的選擇，引導學生融合多學科知識對作品進行改進。以“自主設計不同應用場景下的燈具”為主題設定開放項目，課前讓學生回歸生活場景，觀察燈具應用場景并思考需要改進的地方；課中講解人類利用光源的歷史進程，使學生掌握光學的基本科學知識，將美術、數學、科學、信息科技等多學科知識進行融合，設計多功能臺燈；課后引導學生進行學習反思，進而發展創新思維，培養學生的創意物化能力。

綜合課堂觀察、課后訪談與作品分析結果，本輪實踐效果比較理想，主要體現在以下三個方面：（1）在設計方案的過程中，學生通過產品復原、概念提取、遷移應用等方式融合多學科知識重構原型作品，促成對知識的深度理解；（2）在調查、討論、展示等過程中，學生通過協商對話、問題解決、模型繪制等方式展現出了多元創新思維能力；（3）在模仿復原、要素微調、模型重構過程中，學生綜合利用身邊工具與資源，設計方案、制作模型，展現出較高的創新技能水平。

（五）教學實踐效果分析

1. 學生微創新能力分析

將問卷數據進行配對樣本t檢驗，結果見表2。學生微創新能力整體水平隨著課時增加得到了提高，且存在顯著差異（p=0.020<0.05）。對微創新能力各要素均值進行前后測比較，其中，創新思維（p=0.028<0.05）、創新技能（p=0.022<0.05）均有顯著差異，但創新人格（p=0.068>0.05）不存在顯著差異。

表2? ? ? ? ? ?微創新能力問卷分析結果

2. 學生作品創新性分析

本研究從設計方案和3D模型兩個方面對學生作品創新性進行評定。一方面，設計方案能夠反映學生對3D模型的思考和創意；另一方面，3D模型真實反映了學生創新技能。由授課教師與一名研究助理組成評價小組，根據作品評價量表以及設計方案對學生作品創新性進行打分。通過分析全部作品得分發現，在第一輪設計方案實施時，大部分學生趨向于對原型作品進行簡單模仿，只有少部分學生能夠對原型作品進行要素微調和再設計，微創新三個階段的作品數分別是10、8和4。在迭代修改的過程中，學生具有創意性的作品增多，第二輪中對應微創新三個階段的作品數分別是5、10和7，第三輪中三個階段作品數則分別變化為3、8和11，這充分說明學生逐漸擁有了改造物品意識與能力，微創新水平得到提升。

3. 學生課堂表現分析

課堂觀察結果見表3。從第一輪課堂觀察可知，學生創新技能與思維方面表現較弱，第三輪三個維度較第一輪均有提升，創新人格方面提升較小，該結果與微創新能力分析以及作品評價結果一致。學生在三輪教學實踐中一直表現出較高的創新人格，尤其是當教師以視頻、圖片等形式引入主題時，學生表現出較高的好奇心，提問時能夠踴躍回答，但在討論中表現得比較被動。通過三輪實踐后，學生能夠根據現實需求對作品構成關鍵要素進行修改，以達到重構作品目的，微創新能力有了較大的提升。

表3? ? ? ? ? ? ? ? ? ?課堂觀察分析

4. 學生滿意度分析

本研究在教學實踐后對學生滿意度進行問卷調查，學生整體滿意度較高，其中，對教師教學方式（4.73）、教學活動設計（4.64）較滿意，但對教學評價的滿意度略低（4.35）。在學生活動中，學生學習興趣與基本知識掌握情況較好（4.67），創新作品（4.73）、自主探究能力與協作交流能力（4.39）均有所提升。通過訪談還發現，在教學評價方面，學生參與評價標準制定，較好地達到了以評促學的效果；學習收獲方面，經過一段時間學習，學生擁有了改造物品的意識與能力，對3D打印學習興趣變得更加濃厚；教學環節設置方面，較好地喚醒了學生拆解、分析物品的意識，通過對物品逐步迭代再設計，提升了學生的微創新能力。

（六）教學活動框架修正

通過三輪實踐，本研究對初構的教學活動框架進行了修正與優化，如圖2所示。相較于教學活動框架雛形，修正后的框架同樣按照“拆解—分析—再設計”三步操作流程，設計了拆解復原、分析改造、再設計優化、分享評價環環相扣的教學流程，使學生在迭代設計修改作品的過程中其低階能力逐步過渡到高層次創造力。不同的是，教師活動與學生活動相較于框架雛形更加具體，更有利于教師參照開展基于逆向工程法培養小學生微創新能力的教學活動。

五、研究討論

（一）逆向工程法對培養小學生微創新能力的支持作用

逆向工程是一項“認識原型—再現原型—超越原型”的創新活動[22]，在開始作品創新活動前，學習者需要經歷對原型作品觀察反思、拆解分析，應用逆向工程法，使學生能夠了解“工程”設計的全貌以及解決開放問題的有效方法。本研究利用逆向工程法的核心思想設計教學活動框架，學生通過拆解掌握基本知識與技能，分析完成知識的應用，最后再設計，進而實現創新實踐。從教師、學生、教學過程三個角度對學生微創新能力變化進行三角互證，三個角度數據分析結果都佐證了經過系列迭代后學生微創新能力顯著提升，這與Barr等的結論[23]一致。由此可見，逆向工程法能顯著提升小學生的微創新能力。其中，創新技能與創新思維兩個維度都得了顯著提升，而創新人格前后測沒有顯著差異，分析其原因，可能是入選參加3D打印社團的學生是平常成績較優異的孩子，并且教學周期過短，已有研究表明小學生的成績和創造性人格相關顯著[24]。逆向工程與其他學習策略或工具結合起來，如協作學習、主動學習等，對學生產生綜合知識的能力有著直接和積極影響[25]。本研究在遵循逆向工程法的核心步驟的同時，在結構創新階段采用小組合作的項目式教學，引導學生就現實生活問題對作品創新點進行發散，在不斷迭代修改作品過程中學會用不同的思路解決問題，因而較好地體現了逆向工程法對培養小學生微創新能力的支持作用。

（二）基于逆向工程法培養小學生微創新能力的教學活動框架特征

本研究基于逆向工程法構建了培養小學生微創新能力的教學活動框架，框架特征具體如下：（1）基于問題情境，讓創新思維落地生根。為避免學生由學習情境過渡到創新實踐出現斷點，本框架強調學生要在原有知識經驗基礎上建構新知識，設計源于生活的開放式項目主題，便于學生通過對實物觀察、試用、拆解、逆向分析，逐步設計、開發出新作品。（2）發揮項目式學習優勢，關注學生學習過程。本框架中重構階段的項目式學習與傳統項目式學習相比，更加關注項目實施過程，而不是側重項目完成結果。此外，為凸顯“以評促學”，本框架將競爭機制融入師生共同制定的評價標準，激發學生積極性。（3）靈活調整學習支架，促進有意義的學習。本框架中模仿階段的支架可幫助學生完成作品的模仿復原，重構階段的支架可啟發學生開展自主探究。需注意的是，教學過程中教師要引導學生開展交互，經歷產品需求分析、原理應用、產品再設計的過程，以幫助學生建構知識和提升微創新能力。

（三）基于逆向工程法培養小學生微創新能力的策略建議

基于實踐研究結果，本研究提出基于逆向工程法培養小學生微創新能力的三點建議：（1）注重任務設計并提供學習支架，促進教學的深入實施。在逆向工程法的指導下，教師需為不同的教學階段創設不同難度的任務，模仿階段拆解復原，微調階段增減要素，重構階段結構再造，每一階段任務由易到難，循序漸進引導學生進行微創新。此外，為不同學習階段提供支架，以支持學生設計方案、制作模型、評價反思，引導學生逐步解決問題。（2）注重情境創設和學習需求，保證學習情境和實踐的銜接性。一是課程導入環節創設情境，幫助學生將項目與真實世界相關聯，從用戶視角出發思考問題，將創意和方案可視化實現；二是組織學生圍繞大項目進行課前調查，從學生熟知的生活和學習環境中選取多樣化、可操作、具有創新空間的大項目，各小組自行確定子項目，促使學生在做項目的過程中提高微創新能力。（3）引導學生融合多學科知識創新作品，促進知識的遷移與應用。教師及時對教學實踐進行總結和反思，引導學生圍繞項目主題，回歸到現實情境中尋找問題，主動利用多學科知識完成學習任務，通過拆解復原完成概念提取、要素微調進行遷移應用、作品重構實現關聯內化，逐步獲得跨學科創新作品能力[26]。

六、結? ?語

本研究以“3D打印”課程為例，探索了基于逆向工程法培養小學生微創新能力的教學實踐，為培養小學生創新能力帶來了新思路。值得注意的是，微創新與創新并不是兩個完全獨立的階段，兩者均需要“模仿”作為前導階段，模仿—微創新—創新環環相扣，逐步提高學生的創新能力。基于逆向工程法培養小學生微創新能力的教學活動框架體現了“循序漸進提升學生微創新能力”的思想，對于一線教師而言，尤其要注意根據學生身心發展狀況，靈活選擇任意階段作為起始階段開展教學。盡管本研究驗證了逆向工程法可用于提高小學生的微創新能力，但受研究對象、教學條件等因素限制，研究結果具有較強的個案特征，且未深入探究創新人格培養結果不顯著的原因。因此，未來研究還需依托其他學科和課程進行長期、深入的應用與測評，從而助力國家創新人才的培養。

[參考文獻]

[1] 核心素養研究課題組.中國學生發展核心素養[J].中國教育學刊，2016（10）：1-3.

[2] 國務院.國務院印發《新一代人工智能發展規劃》[EB/OL].（2017-07-20）[2023-01-02].http：//www.gov.cn/xinwen/2017-07/20/content_5212064.htm.

[3] 教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[4] 康斯雅，鐘柏昌.機器人教育中結構創新型教學模式的案例設計與實施[J].課程教學研究，2020（1）：75-81.

[5] 康斯雅，鐘柏昌.機器人教育中的逆向工程教學模式構建[J].現代遠程教育研究，2019，31（4）：56-64.

[6] 鐘柏昌.創客教育究竟是什么——從政策文本、學術觀點到狹義創客教育定義[J].電化教育研究，2019，40（5）：5-11.

[7] 鄭賢.基于STEAM的小學《3D打印》課程設計與教學實踐研究[J].中國電化教育，2016（8）：82-86.

[8] 李克東，李穎.STEM教育跨學科學習活動5EX設計模型[J].電化教育研究，2019，40（4）：5-13.

[9] 王小根，張爽.面向創客教育的中小學機器人教學研究[J].現代教育技術，2016，26（8）：116-121.

[10] 閆妮，鐘柏昌.中小學機器人教育的核心理論研究——論發明創造型教學模式[J].電化教育研究，2018，39（4）：66-72.

[11] 夏莉穎，鐘柏昌.試論STEM教育的兩種取向與四種方法[J].中小學數字化教學，2018（9）：8-11.

[12] 鐘柏昌.創客教育的內涵式發展：微創新與跨學科是怎樣“煉”成的[N].中國教育報，2018-09-29（3）.

[13] OTTO K N，WOOD K L. Product evolution： a reverse engineering and redesign methodology[J]. Research in engineering design，1998，10（4）：226-243.

[14] WOOD K L， JENSEN D， BEZDEK J， OTTO K N. Reverse engineering and redesign： courses to incrementally and systematically teach design[J]. Journal of engineering education， 2001，90（3）：363-374.

[15] 高奇，李衛民，曾紅.逆向工程與3D打印在大學生開放實驗中的應用[J].實驗室研究與探索，2018，37（1）：208-210.

[16] 吳蘭岸，劉延申.基于逆向工程的工程課程開放式教學[J].高等工程教育研究，2016（6）：185-189.

[17] 丁世強，王平升，趙可云，閻昭斐，楊鑫.面向計算思維能力發展的項目式教學研究[J].現代教育技術，2020，30 （9）：49-55.

[18] 劉廣利，湯慧麗.杜威的“從做中學”教學理論及對我國基礎教育的啟示[J]. 繼續教育研究，2008（5）：84-86.

[19] 申靜潔，趙呈領，周端云.培養學生創新能力：基于項目學習理論的創客課程設計研究[J].現代遠距離教育，2019（2）：43-51.

[20] WILLIAMS F E. Assessing creativity across Williams' "cube" model[J].Gifted child quarterly，1979，23（4）：748-756.

[21] 陶陽.小學生創造性潛能測評工具的開發[D].上海：華東師范大學，2019.

[22] 劉偉軍，孫玉文.逆向工程原理方法及應用[M].北京：機械工業出版社，2009.

[23] BARR R E，SCHMIDT P S，KRUEGER T J， et al. An introduction to engineering through an integrated reverse engineering and design graphics project[J].Journal of engineering education，2000，89（4）：413-418.

[24] 杜艷芳，牛芳萍.創造性人格對小學生學業成績的影響研究[J].教育探索，2013，260（2）：133-135.

[25] ELIZALDE H， RIVERA-SOLORIO I， PEREZ Y， et al. An educational framework based on collaborative reverse engineering and active learning： a case study[J]. The international journal of engineering education，2008，24（6）：1062-1070.

[26] 鐘柏昌，劉曉凡.跨學科創新能力培養的學理機制與模式重構[J].中國遠程教育，2021（10）：29-38，77.

Practical Research on Cultivating Primary School Students' Micro-innovation Ability Based on Reverse Engineering Method

—A Case of "3D Printing"

ZHANG Ni，? ZHANG Min，? FU Chong，? XING Dahui

（Institute of Education， Guizhou Normal University， Guiyang Guizhou 550025）

[Abstract] Reverse engineering method is a teaching method that "starts with the finished product" and lowers the threshold of innovation， making it easy to realize micro-innovations. Guided by the connotation of micro-innovation ability， this paper follows the teaching concept of "imitation preceding creation"， and proposes a teaching activity framework for cultivating primary school students' micro-innovation ability based on the reverse engineering method with support of project-based teaching and learning by doing. Taking "3D printing" as an example， three rounds of teaching practice are carried out， and the practice effect is explored from three perspectives of teachers， students and teaching process with the triangulation method， so as to revise and improve the activity framework. The research results indicate that the teaching activities designed based on reverse engineering method can significantly improve the level of primary school students' micro innovation ability， and also significantly promote the innovative thinking and innovative skills， but the impact on innovative personality is not significant. The research results provide valuable theoretical guidance and practical reference for cultivating primary school students' micro-innovation ability and cultivating national innovative talents.

[Keywords] Reverse Engineering Method; Micro-innovation Ability; Cultivation of Innovative Talents; Practical Research; 3D Printing