發揮3D編程教育優勢培養學生數字化學習能力

〔摘 要〕 隨著科技的不斷發展，數字化學習在教育領域的應用日益廣泛。尤其在STEM（科學、技術、工程和數學）領域，數字化學習的地位更是舉足輕重。3D編程教育作為新興的教育方式，有著獨特的優勢，對于培養學生的數字化學習能力具有積極作用，正得到越來越多的關注和探索。

〔關鍵詞〕 3D編程教育；數字化學習與創新；實踐探索

〔中圖分類號〕 G424 〔文獻標識碼〕 A 〔文章編號〕 1674-6317 （2024） 21 097-099

進入新世紀以來，數字化學習與創新已經成為推動社會發展的重要動力。數字化學習與創新能力已經成為當代中小學生必備的重要素質之一。數字化學習與創新能力是指學生利用數字技術進行學習、創新、創造的能力，包括思維方式、技能和工具的應用等方面。如何有效地提升中小學生的數字化創新能力，成為教育工作者關注的重要問題。基于3D編程提升中小學生數字化創新能力也受到越來越多的關注。3D編程作為數字技術的重要組成部分，具有形象、直觀、交互性強等特點，對中小學生數字化創新能力的培養具有積極作用。筆者在教學實踐中通過探討在3D編程教育中采用不同的措施，培養學生的數字化學習和創新能力。

一、概念界定

本文所述的3D編程教育，是指面向中小學階段的學生，通過教授圖形化編程語言及相關3D建模、動畫、編程技術，使學生可以學會創建和操控3D模型，制作富有創意的動畫短片，以及設計和實現具有實際應用價值的仿真模型。同時，智能技術如人工智能、機器學習等也可以被引入教學，以幫助學生更好地理解和應用這些技術。學生還將有機會通過與各種硬件設備的結合，將他們的3D模型和動畫轉換成實際的、可交互的體驗。目前國內3D編程的平臺有遨為（上海）數字技術的Scratch3D、廣州中望龍騰軟件3Done教育版、深圳市大富網絡技術的帕拉卡（Paracraft）以及浙江杭州蘿卜圈網絡技術的蘿卜圈虛擬機器人等。

數字化學習與創新是指個體通過評估并選用常見的數字化資源與工具，有效地管理學習過程與學習資源，創造性地解決問題，從而完成學習任務，形成創新作品的能力。具備數字化學習與創新的學生，能夠認識數字化學習環境的優勢和局限性，適應數字化學習環境，養成數字化學習與創新的習慣；掌握數字化學習系統、學習資源與學習工具的操作技能，用于開展自主學習、協同工作、知識分享與創新創造，助力終身學習能力的提高。

二、發揮3D編程教育優勢培養學生數字化學習能力

在實踐探索過程中，針對學生的認知特點和興趣愛好，結合3D編程的基本原理和操作技巧，實驗項目設計了一系列兼具趣味性和實用性的教學活動和項目。這些活動和項目包括：3D模型設計、虛擬場景搭建、互動游戲開發等。通過這些活動和項目，學生可以在實踐中學習3D編程的基本知識和技能，同時也可以培養其創新思維和動手能力。

在實際教學中，我們采取了以下幾種方法途徑。

（一）創造數字化學習環境

充分利用在線平臺和豐富的數字化資源，提供一系列學習工具，為學生打造沉浸式編程體驗。在軟件開放平臺上申請設立線上學校層面的學習平臺。這個平臺可以提供各種在線課程，包括3D編程的基礎知識和技能培訓。通過這個平臺，學生可以隨時隨地進行學習，不受時間和地點的限制。

在學校平臺上建立編程交流社區，學生在社區可以提出問題、解答疑惑，并可以與其他同學合作完成項目。這樣的互動學習環境大大激發了學生的學習興趣和動力，拓寬了他們的思維和視野，提高了學習效果。同時，教師也可以通過論壇了解學生的學習情況和需求，及時調整教學策略。

此外，還提供3D編程相關書籍、視頻教程等豐富的數字化資源，讓學生可以更方便地了解3D編程的知識和技術，提高實踐能力。

（二）引導自主學習

學生加入學校學習平臺后，不僅可以在課后、假期等時段自主安排學習時間和進度，還可以根據自己的興趣和需求選擇不同的學習模塊和資源。

為了更好地引導學生自主學習，平臺為教師提供了后臺設置學習目標的功能。教師可以根據學生的學習情況和課程要求，設置具體、可衡量的學習目標，并為學生提供個性化的學習指導。例如，針對某個編程項目，教師可以根據學生的技術背景和興趣，推薦相關的在線課程、編程實踐項目和參考資料，幫助學生快速入門并深入學習。

（三）鼓勵實踐創新

在編程教學中，注重引導、鼓勵學生將所學知識應用于實際情境中，培養學生的創新意識和實踐能力。為此，我們采用了項目式學習的方式，鼓勵學生將編程知識與實際需求相結合，開展創新項目。比如，我們在教學中開展了“智能家居控制系統”項目。學生需要利用編程技術，設計一個能夠遠程控制家居設備的系統。通過這個項目，學生不僅掌握了編程技能，還學會了如何將編程知識應用于實際生活中，解決實際問題。

有個小組提出了一個“智能垃圾分類系統”的方案。他們利用編程技術和傳感器技術，設計了一個能夠自動識別垃圾種類并進行分類的系統。這個方案在競標設計活動中獲得評委的高度評價和同學們的熱烈掌聲。

（四）培養團隊協作能力

團隊協作能力對于學生的個人成長和未來的職業發展至關重要。因此，我們不僅注重培養學生的個人能力，也特別強調提升他們的團隊協作能力。

在一場“未來智能機器人設計大賽”中，學生被分成若干小組，每個小組需要設計一款未來智能機器人。在競賽過程中，學生不僅要發揮自己的專業知識和技能，還需要與團隊成員密切合作，共同解決問題、攻克難關。

在機器人設計的初始階段，學生在總體設計構思確定后，馬上進行了分工，有人負責硬件設計，有人負責軟件編程，有人負責外觀美化等。每個人都在自己的領域發揮專長，同時也與團隊成員保持密切的溝通和協作，以確保整個項目的順利進行。

通過這樣的小組競賽和競標活動，學生不僅鍛煉了自己的專業能力，更重要的是，他們在實踐中學會了如何與他人合作、如何發揮團隊的力量、如何解決團隊協作中遇到的問題。

（五）開展跨學科教學

在對《小池》的詩歌動畫教學中，我們可以發現，這首詩歌本身是語文學科的內容，而將其轉化為動畫則涉及美術領域的知識和技能。為了更好地實現這一教學目標，我們還融入了自然學科的知識，引導學生觀察和探究詩歌中涉及的自然現象和生態元素。學生可以研究詩歌中提到的各種植物、動物和自然景觀的特點，了解其生態習性和相互作用。這種跨學科的學習方式不僅增強了學生對自然環境的認識，還激發他們對自然科學的好奇心和探究欲望。

通過跨學科的《小池》詩歌動畫教學，學生不僅能夠掌握3D編程的基本知識和技能，還能在多個學科領域得到拓展和提升。他們不僅提高了自己的語言解讀、藝術鑒賞等能力，還培養了觀察、思考和創新能力。這種跨學科的學習方式有助于提高學生的綜合素質，為他們的全面發展奠定堅實的基礎。

三、探索成效

經過一段時間的實踐探索，采用走訪、問卷調查和實際操作等方式收集數據，對實驗組學生的數字化學習與創新能力進行了評估。結果表明，接受基于3D編程學習的學生在創新思維、動手能力和數字技術的掌握與應用能力方面有顯著提高，具體表現在以下幾個方面：

（一）提升了學生空間想象力

學生在3D編程平臺進行三維立體角色模型創作，在構思、設計、修改、多維度立體效果呈現等實踐中大大提升了空間想象力，增加了對空間結構的理解，這種能力還幫助他們在數學立體圖形的學習中能夠更加敏銳地感知和描述空間結構并進行圖像建構。

（二）增強了學生邏輯思維能力

3D編程涉及數學和物理原理以及程序編寫，尤其是在完成動畫呈現效果的過程中，需要學生先規劃好角色動作路線，然后根據路線進行程序編寫，單個角色的動畫效果完成后，還要設計不同角色之間、虛擬角色與人物之間的互動效果。整個過程都需要邏輯思維高度接入，學生在完成任務的過程中提高了邏輯思維能力。

（三）激發學生創新思維

3D編程是一種創造性工作，它鼓勵使用者通過嘗試、錯誤和修正來達到最佳效果。這種迭代過程可以激發創新思維，鼓勵使用者勇于嘗試新事物，學生在解決實際問題時能夠更加靈活地運用所學知識，提出更加新穎、有效的解決方案。例如在虛擬場景搭建中，學生充分發揮想象力，結合楊萬里的《小池》設計出夏日池塘的場景和動畫角色，并能夠實現互動和動態效果。

四、結論與展望

實踐探索表明，3D編程教育對于提升中小學生數字化學習與創新能力具有積極的影響。通過參與基于3D編程的實踐活動，學生能夠更好地理解數字化技術的原理和應用，提高他們的創新能力和創造力。同時，學生還能夠學習如何使用現代化的工具和技術，如3D建模軟件和編程語言，來設計和創造自己的數字作品。

盡管基于3D編程提升中小學生數字化創新能力的實踐研究已經取得了一定的成果，但是仍存在一些問題和不足之處。例如，目前對于數字化創新能力的評價標準還不夠完善，需要進一步研究和探討。此外，還需要更多的實證研究和案例分析來證明基于3D編程的數字化創新能力培養的有效性和可靠性。

因此，未來可以在以下幾個方面進行深入研究和實踐：

（一）完善數字化創新能力評價標準

建立科學、全面的數字化創新能力評價標準，以便更好地評估學生的數字化創新能力水平。同時，可以根據評價結果不斷完善數字化創新能力培養的相關課程和實踐活動，提高教育的針對性和效果。

（二）推廣基于3D編程的數字化創新能力培養

將基于3D編程的數字化創新能力培養推廣到更多的中小學和培訓機構中，讓更多的學生受益。同時還可以開展相關的競賽和活動，激發學生的興趣和熱情，提高他們的參與度和創造力。

（三）加強教師培訓

加強教師的數字化技術培訓和教學能力提升，讓更多的教師具備數字化創新能力培養的能力和素質。同時還可以開展教師之間的交流和研討活動，提高教師的教學水平和綜合能力，為更好地培養中小學生的數字化創新能力提供有力的保障。

綜上所述，基于3D編程的數字化創新能力培養對于中小學生具有重要的意義和作用。未來需要進一步推廣和完善相關教育實踐，加強教師培訓和評價標準的研究和探討，以便更好地培養中小學生的數字化學習與創新能力。

參考文獻

[1]戈傳秀.如何讓課外閱讀更好地促進小學作文教學[J].作文成功之路（中旬），2022（6）：71-73.