匠新智器助力工程教育校本化

〔摘" "要〕" 小學階段是培養(yǎng)學生工程思維和動手實踐能力的關鍵時期。本文從小學工程教育的必要性出發(fā)，探討了匠新智器助力工程教育校本化的開發(fā)與實踐。首先分析了小學科學工程教育的重要性，包括培養(yǎng)創(chuàng)新思維、訓練動手實踐能力、激發(fā)科技興趣等方面。接著介紹了匠新智器校本課程的開發(fā)思路和內(nèi)容設計，涵蓋3D建模、程序編碼、機械裝配等多個模塊。隨后總結了該校本課程在實踐中的應用效果，包括課堂教學、課外活動、校內(nèi)賽事等方面。最后對未來如何進一步推廣和優(yōu)化匠新智器在小學工程教育中的應用提出了建議。

〔關鍵詞〕" 小學科學；匠新智器；工程教育；校本化

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）14" " 0007-03

工程教育作為培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)的重要途徑，近年來受到廣泛關注。與傳統(tǒng)的灌輸式教學相比，工程教育強調(diào)動手實踐，注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和解決問題的能力。然而，在小學階段，由于硬件條件、師資力量等方面的限制，工程教育往往難以落地，學生缺乏實踐機會，難以養(yǎng)成良好的工程意識。隨著科技的飛速發(fā)展，以3D打印、編程等為代表的智能制造技術正日漸普及，為小學工程教育的創(chuàng)新提供了新的契機。作為一種新興的教育載體，匠新智器將這些前沿技術巧妙地融入教學過程，為學生提供動手實踐的機會，有助于培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實踐能力。

一、小學科學開展工程教育的必要性

（一）啟迪學生創(chuàng)新性思維

小學工程教育通過一系列設計與實踐活動，有效啟迪學生的創(chuàng)新思維。在構建簡單機械、電路或編程小項目的過程中，學生被鼓勵嘗試不同的設計方案，這一過程促使他們跳出傳統(tǒng)思維框架，探索多種可能性。面對挑戰(zhàn)，學生需運用邏輯思維分析問題，以創(chuàng)造性方式解決問題，這種訓練對于培養(yǎng)未來的創(chuàng)新人才至關重要。

（二）強化學生動手實踐技能

工程教育活動注重實踐操作，為學生提供了大量動手機會。在制作模型、組裝零件或進行科學實驗時，學生不僅學會了使用螺絲刀、尺子等基本工具，還學會了精確測量和細致操作。這些實踐技能不僅增強了他們的動手能力，還培養(yǎng)了他們的耐心、專注力和解決問題的韌性，為日后更復雜的工程學習和職業(yè)生涯打下了堅實的基礎。

（三）激發(fā)學生對科技的學習興趣

通過設計充滿趣味性的工程實踐活動，如制作簡易機器人、太陽能車等，小學工程教育成功激發(fā)了學生對科技的興趣與熱情。這些活動將抽象的科學原理轉(zhuǎn)化為直觀、可操作的項目，使學生在實踐中體驗科技的魅力。學生在探索未知、實現(xiàn)創(chuàng)意的過程中，逐漸形成了對科學技術的積極態(tài)度，為未來深入學習和參與科技創(chuàng)新活動埋下了興趣的種子。

二、基于匠新智器的校本課程開發(fā)

（一）匠新智器概述

匠新智器，是一款集3D打印、機器人編程、電子制作等多重功能于一體的綜合性教育裝置，憑借其模塊化設計與可編程控制特性，在STEAM教育領域展現(xiàn)出廣泛的應用潛力。該裝置支持多種材料打印，操作簡便易學，不僅降低了技術門檻，也極大地豐富了教學實踐的可能性。其內(nèi)置的豐富資源和開放接口，為教師和學生提供了廣闊的探索空間，使匠新智器成為連接理論知識與實踐操作的橋梁，有效促進了學生動手能力、邏輯思維及問題解決能力的全面發(fā)展。

（二）匠新智器校本課程開發(fā)策略

在開發(fā)基于匠新智器的小學工程教育校本課程時，需緊密圍繞學生認知發(fā)展規(guī)律和實踐需求，遵循循序漸進的教學原則。課程內(nèi)容設計應從基礎操作入手，逐步過渡到復雜的項目制作，確保學生能夠在實踐中逐步積累知識與技能。同時，課程應注重跨學科融合，將匠新智器的功能與數(shù)學、科學、藝術等學科內(nèi)容相結合，設計出具有挑戰(zhàn)性和趣味性的教學任務。通過項目式學習、合作探究等方式，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)他們對科技的興趣和熱愛。此外，課程開發(fā)還需考慮學校的實際教學條件和目標，確保校本課程的可行性和實效性，為提升小學工程教育質(zhì)量提供有力支持。

（三）匠新智器校本課程的內(nèi)容設計

3D建模與打印模塊。該模塊聚焦于3D建模技能的培養(yǎng)，引導學生掌握3D建模軟件的基本操作，鼓勵他們發(fā)揮創(chuàng)意，設計出形態(tài)各異、富有趣味性的3D模型。通過匠新智器的3D打印功能，學生能夠?qū)⑻摂M設計轉(zhuǎn)化為實體作品，這一過程不僅鍛煉了他們的空間想象力，還提升了他們的動手能力和創(chuàng)新意識。在實踐中，學生學會了調(diào)整模型參數(shù)、優(yōu)化打印設置，進一步加深對3D打印技術的理解和應用。

機器人組裝與編程模塊。此模塊以機器人組裝和編程為核心，學生利用匠新智器提供的機械裝配部件，親手組裝出簡單的機器人結構。隨后，通過可視化編程軟件，學生為機器人編寫程序，控制其完成自主運動任務。這一過程不僅培養(yǎng)了學生的邏輯思維能力，還鍛煉了他們的動手協(xié)調(diào)能力和問題解決能力。在反復嘗試和調(diào)試中，學生逐漸掌握了機器人編程的基本技巧，為未來的深入學習奠定了基礎。

電子制作與應用模塊。電子制作與應用模塊側重于電子技術的入門教育，學生利用匠新智器的電子模塊，如單片機、傳感器等，學習電路設計的基本原理和元件連接的方法。通過編寫簡單的程序，學生能夠?qū)崿F(xiàn)電子產(chǎn)品的特定功能，如燈光控制、聲音感應等。這一模塊不僅培養(yǎng)了學生的科學探究精神，還提升了他們的動手實踐能力和創(chuàng)新思維。在實踐中，學生學會了排查電路故障、優(yōu)化設計方案，為未來的電子工程學習打下了堅實的基礎。

三、匠新智器校本課程在實踐中的應用

（一）"課堂教學融合創(chuàng)新

匠新智器校本課程與小學常規(guī)課堂教學的深度融合，為傳統(tǒng)教學模式帶來了前所未有的革新，為課堂教學注入了新的活力與可能性。在數(shù)學學科的教學中，這一融合創(chuàng)新體現(xiàn)得尤為突出。教師不再局限于傳統(tǒng)的黑板和教具，而是巧妙地將3D打印技術引入幾何知識的教學之中。學生不再只是被動地接受知識，而是被引導利用3D建模軟件，親手設計并制作出各種幾何體模型。這一過程不僅使學生能夠從多個角度直觀感受到幾何圖形的空間結構，還極大地鍛煉了他們的空間想象力和動手操作能力。學生在實踐中不斷嘗試、調(diào)整，直到設計出滿意的模型，這種即時反饋機制極大地激發(fā)了他們的學習興趣和探索欲望。

在科學課上，匠新智器的引入同樣使抽象的力學概念變得生動具體。學生親手組裝簡易機器人，并編程實現(xiàn)其自主運動，在實踐中親身體驗力學原理的應用。學生在組裝過程中，需要理解機器人的結構原理，掌握各個部件之間的相互作用；在編程過程中，則需要將力學概念轉(zhuǎn)化為機器人的運動指令，實現(xiàn)機器人的預期動作。這種跨學科的教學方式，不僅使學生更加深入地理解了力學原理，還培養(yǎng)了他們的邏輯思維和問題解決能力。同時，科學與技術的結合也讓學生感受到了科技的魅力，進一步激發(fā)了他們對科學的熱愛和追求。

在技術學科的教學中，匠新智器的引入更是為教學創(chuàng)新提供了無限可能。學生通過編程控制機器人完成特定任務，不僅學習了編程語言的基礎知識，還在實踐中鍛煉了邏輯思維和算法設計能力。這種以項目為導向的教學方式，打破了傳統(tǒng)學科的界限，促進了學生綜合素質(zhì)的全面發(fā)展。學生在完成任務的過程中，需要不斷嘗試、調(diào)試、優(yōu)化，這種迭代的過程也培養(yǎng)了他們的耐心和毅力。

（二）"課外活動拓展實踐

為了滿足有特殊興趣學生的需求，學校開設了匠新智器相關的課外興趣小組，如3D打印社團、機器人編程俱樂部等。這些小組為學生提供了更多的實踐機會，讓他們在課外時間能夠繼續(xù)探索和創(chuàng)新。在3D打印社團中，學生不再受限于課堂的教學內(nèi)容，而是可以自由發(fā)揮創(chuàng)意，設計并打印出各種個性化的作品。他們可以嘗試不同的材料、不同的打印參數(shù)，探索3D打印技術的無限可能。在機器人編程俱樂部，學生則可以深入學習機器人技術，挑戰(zhàn)更復雜的編程任務。他們可以組建自己的機器人團隊，參加各種機器人競賽，展示自己的實力和才華。

此外，學校還積極組織校內(nèi)外的創(chuàng)意設計大賽、機器人競技賽等活動，這些活動不僅為學生提供了展示自己作品和成果的平臺，還激發(fā)了他們的創(chuàng)新熱情和競爭意識。學生在比賽中相互學習、相互啟發(fā)，不斷提升設計能力和編程水平。同時，比賽中的團隊合作也培養(yǎng)了他們的溝通能力和協(xié)作精神。學生在比賽中收獲的不僅是榮譽和獎項，更是成就感和自信心。

（三）"校內(nèi)賽事激發(fā)潛能

學校定期組織的匠新智器相關校內(nèi)競賽，如3D打印作品大賽、機器人設計挑戰(zhàn)賽等，為學生提供了一個展示自我、挑戰(zhàn)自我的寶貴平臺。在競賽中，學生需要充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，設計出具有創(chuàng)新性和實用性的作品。這一過程不僅鍛煉了他們的動手能力和創(chuàng)新思維，還培養(yǎng)了他們的耐心和毅力。學生在競賽中需要不斷嘗試、不斷調(diào)試、不斷優(yōu)化，直到設計出滿意的作品。這種迭代的過程也是他們成長和進步的過程。

校內(nèi)賽事的舉辦不僅激發(fā)了學生的積極性，還促進了學生之間的交流和合作。學生在競賽中相互學習、相互啟發(fā)，共同進步。他們通過觀察其他同學的作品和思路，拓寬視野和思路；也可以通過與其他同學的合作和交流，提升團隊協(xié)作能力和溝通能力。同時，這些賽事也為學校贏得了榮譽，提升了知名度。學生在競賽中取得的優(yōu)異成績和展示出的才華和實力，不僅為學校贏得了榮譽和聲譽，還提升了學校的知名度和影響力。

通過校內(nèi)賽事的鍛煉和磨礪，學生更加自信、更加勇敢地面對未來的挑戰(zhàn)。他們學會了將想法和創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為實際的作品和成果；學會了在困難和挫折面前保持堅持和毅力；學會了如何與他人合作和交流共同解決問題。這些經(jīng)驗和技能將伴隨他們的一生，成為他們未來成功的重要基石。

四、結語

小學工程教育是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要起點。基于匠新智器的校本課程開發(fā)，可以有效地培養(yǎng)學生的動手實踐能力、創(chuàng)新意識和科技興趣。通過在課堂教學、課外活動、校內(nèi)賽事等多個場景中應用匠新智器，學生能夠在實踐中不斷提升，為未來的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)奠定基礎。未來，我們還需進一步優(yōu)化匠新智器在小學工程教育中的應用方案，讓更多的學生受益，為國家創(chuàng)新發(fā)展貢獻力量。

【本文系2024年度宜興市教育科學規(guī)劃專項課題“項目化學習視角下工程教育校本化實施的實踐研究”的研究成果，立項代號：YX-gcjx/2024/002】

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