微课在小学科学3D打印教学中有效运用的案例研究.docx

微课在小学科学3D打印教学中有效运用的案例研究综合组 高辉一、课题背景及界定微课作为信息技术与教育教学深度融合的一种资源形式，越来越受到老师们的重视。微课一般用时长为510分钟的视频，综合运用语言、文字、视觉多种形式，抓住学生兴趣，突出解决一个知识点或一个重难点。我校定期举办微课比赛，每名老师制作一节微课，评比出优秀的微课挂到校园网，促进教师微课制作水平的提高，丰富学生学习素材。学校为老师们安装共享服务器，将所有资源放入服务器中，达到资源共享。部分潜能生学习困难的问题，他们可以通过中小学微课学习资源平台来解决。相比较于传统教学所拘泥于教室这样一个固定的教学环境，学生有了更多的选择。而3D打印这个名称是近年来该产品针对民用市场而出现的一个新词，成为人们关注的热点，由工业、建筑、军事等应用领域逐渐走向民用领域。教育领域，特别是基础教育领域。3D打印技术在本质上是多媒体技术的延伸，是虚拟现实技术的延伸，它拓展了人的感觉和知觉，促进了人的思维能力的进一步发展；自从3D打印课程引入我校以后，受到领导的重视，受到教师和学生的喜爱。但如何从整体的角度，将微课与3D打印技术有效地整合，如何从有限的课堂走向广阔的课外，形成丰富多样的教学方式，寻找创新活动的的途径，培养学生对创新活动的积极情感，有效提高学校教学质量，是当前应该思考的重要内容。 基于以上思考，我们提出了本课题。二、理论依据及意义微课的理论基础主要是基于问题的教学和情景认知理论，这些理论着重探讨了学生高层次思维能力的发展，而非侧重于学生对于知识的机械掌握。1.建构主义理论建构主义源自关于儿童认知发展的理论，其基本观点是学习者在与周围环境相互作用的过程中，逐步建构起关于外部世界的知识，从而使自身认知结构得到发展。情境、协作、会话、有意义建构是其理想的建构主义学习环境。微课是运用建构主义方法化成的、以在线学习或移动学习为目的的实际教学内容，因此又称为“知识脉冲”，其核心理念是让学生以在线学习或根据提供的资源和活动，建构自己的知识，以产生一种“更加聚焦的学习体验”。2.细化理论细化理论最早提出者是瑞奇鲁斯，其根源在于奥苏贝尔的顺应以及先行组织者、诺曼的网状学习理论以及布鲁纳的螺旋形课程。该理论认为最初呈现的一般概念或简化结构就相当于ET中的概要，而周期性地使概念逐步达到更复杂的形式则相当于ET的不同的细化等级。在细化理论指导下，微课将复杂的知识内容和教学过程分解成若干单一主题、知识颗粒和知识点，使知识难点得到分解，教学过程变得便捷深入，即知识呈现出碎片化，教学过程变得解析化。3D打印技术是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。简单的说就是如果把一件物品剖成极多的薄层，3D打印就是一层一层的把薄层打印出来，上一层覆盖在下一层上，并与之结合在一起，直到物件打印成形。随着国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016 年）、中国制造 2025等政策出台，以 3D 打印为代表的增材制造方式被提升到国家战略层面，国内地方政府也出台了支持 3D 打印产业发展的政策。科研机构和企业也对 3D 打印技术的发展表现出了极大的热情。不同的高校与企业之间通过合作已经取得了一些研究成果，有些成果已经成功地实现了产业化。在 2012 年，由部分涉足3D 打印行业的科研机构和企业联合成立了中国 3D 打印技术产业联盟，进一步推动了我国 3D 打印行业的联合和发展。今后几年内势必会迎来 3D 打印产业发展快速增长期。三、研究的目标、内容、方法、步骤及过程研究的具体目标: 1.适应小学生学习心理发展特征小学生由于年龄特征决定，其心理发展还很不成熟，学习的注意时长较短，注意范围也较小。因而“时间短小、主题聚焦”的3D打印微课更容易引起学生的学习兴趣，获得良好的学习效果。 2.有利于开展分层和异步式学习由于3D打印对于小学生来说是一个全新的概念和领域，大部分学生完全没有接触过，少数学生家里有安装3D打印设计软件，但又没有经过系统的学习，再加上又受到学生学习能力强弱的影响，3D打印学习环境的影响，因此，学生的3D打印基础水平差异性较大。小学3D打印微课的开发与建设可以帮助学生根据已有的学习基础自主选择微课开展学习，并能重复点击学习，真正实现学习的分层与异步，从而有利于缩小学生间的能力差距。 3.有助于培养学生的自主学习习惯小学3D打印教学中应用微课开展教学，强调学生根据自己的学习基础，在完成学习任务时，自主选择微课学习，教师更关注于对学习任务的设计和学习过程指导与评价，因而更能体现学生的学习主体地位，有助于培养学生的自主学习习惯。 4.减轻教师的重复性教学压力当前，小学3D打印教师没有专职的教师，基本都是信息老师或科学老师兼职，除了自身学科的课程量，还有3D打印的课程量，因此，课时量较重，特别是平行教学班级形成的重复性教学，给教师带来不少压力。教师利用自身的技术优势，设计和开发小学3D打印的微课，逐步构建起完整的课程资源库，学生利用微课开展自主学习，教师可从重复性的劳动中解放出来，将更多的精力投入微课的设计和开发、学习过程的指导与评价中，从而形成教学的良性循环。研究内容: 1.从探究微课着手，分析小学3D打印课堂中使用微课的恰当时机，制作符合学情、符合大脑认知的微视频，培养学生自主学习能力，丰富小学3D打印课堂教学。 2.从教学设计着手，在3D打印课堂使用微视频教学，形成一定的教学模式，促进课堂教学的高效性。 3.从教学效果着手，在学生学习能力基础上开发新的微课教程，培养学生的自主学习、自我探究的能力，同时不断尝试对教材的探索和对该技术的思考。研究的主要方法: 1.文献法。搜集有关在中小学开展微课教学研究以及在中小学教学中应用3D打印技术方面的书籍、论文及网络资料，通过分析整理比较，对微课以及3D打印技术的定义、特点、发展策略、工作方法等做一个全面的界定，为本课题研究建构理论基础。 2.问卷调查法。针对3D打印技术在微课中的应用要求，设计调查问卷，对中小学生进行调查，全面了解中小学生目前在该应用中的现状，为课题研究提供依据。 3.行动研究法。 具体情况如下: (1)自我积累提升。鼓励教师利用先进的计算机网络以及丰富的专业学科资源库，自学更多有关微课以及3D打印技术方面的知识，并开展该领域的专题讲座，为教师们的自学指引方向，通过课题研究，不断提高自己的教学技能，优化课堂教学效果。 (2)课堂教学实践。将微课以及3D打印技术的学习和应用与教育理念更新有机的结合起来，利用信息技术改革传统的教学模式，实现教学内容、方法和过程的整体优化。同时不忽略传统教学技能有效性的挖掘和利用。课题实施步骤过程: 1、 课题启动和初步研究阶段(2015.7-2015.10) 此阶段是收集信息、资料、制定课题计划，落实课题组成员，对课题方案进行论证，组织 课题组成员进行理论学习，着手开展研究，创建课题研究专题网站。针对这一课题的开展，学期初始，我们研究组的老师制定了本学期的3D打印活动计划。目的在于让3D打印走进校园，走进学生的学习生活。让学生初步了解3D打印的知识以及意义。培养学生的动手操作能力，培养学生的创新精神，促进学校科技教育和创新教育的开展，提高学生的科技素养。活动安排包括：1.组织学生观看3D打印的科技影片。通过讲解相关知识，使学生了解3D打印的理论知识，激发学生对3D打印的兴趣。（2016.4）2.组织学生参观3D打印活动室，参观部分模型展品。(2016.4)3.三、四年级成立“3D创意无限”小组。（2016.4）4.组织学生观看3D打印机工作过程，了解打印机的基本结构，及基本工作原理。(2016.5)5.在信息技术课堂上，讲授3D打印软件“123D Design”的基本使用方法。(每两周一次)6.在课堂上组织开展3D模型设计活动。并选出优秀作品，进行打印。（三、四年级共10件作品，主题以建筑、玩具、交通工具等为主）7邀请3D打印公司技术人员来校进行3D打印知识讲座，开阔学生的眼界，激发学生探索知识的兴趣。（2016.5）8.学期末，将学生作品收集并展览。（2016.6）面向三年级以上学生基于三维设计及三维打印的课外活动或活动小组，3名或5名学生一组进行教学及活动开展，以探究式的活动任务设置、丰富的视听资料为引导，针对小学生三维设计课程的主要内容展开。采用三维设计基本概念和配套案例相结合的方式，通过录制一系列的微课案例讲解，将三维设计的基本概念和软件操作步骤融入其中，让学生可以直观地了解3D软件功能，迅速掌握三维设计在课堂中的运用。微课经过精心筛选和编排，将三维的概念设计和产品创新充分结合，增加了课程的趣味性，扩展了设计思路，使同学们可以在学习三维设计的过程中体会到创造的乐趣。 2.课题研究全面深入开展阶段(2015.10-2016.6)。此阶段是课题研究的关键阶段，课题的各项研究目标深入开展，依据边研究、边实验、边总结的原则，中小学同步启动，分阶段全面实施，全面完成课题的研究工作，并尽快让科研成果转化为教研工作实践。我校学生所使用123D建模软件是专门针对小学生而研发的，让孩子们的想象与创造能够更好的表达出来。123D建模软件操作简单易懂，符合小学生的使用习惯与特点，可以快速进入到设计师的角色。对于小学各个年龄段的学生来说，拥有自己独特的设计的生活用品或者学习文具是一件很酷的事情，代表着独一无二，可以彰显个性，彰显自我。为了小学生能够更清楚、更深入的了解3D打印的背景和定义，及相关理论知识。我校专门聘请了非凡士公司的技术人员定期为我校师生开展有关3D打印方面的科普讲座，让学生能够通过专业人士，更加准确、实时的了解3D打印的理论知识及发展近况。我们课题组还利用电影课时间，定期为我校师生播放3D打印及微课的相关视频及电影，丰富师生的理论知识、开拓视野、激发学生学习3D打印的兴趣。在3D打印课程开展之前，我们课题组分年级组织我校师生对3D打印工作室进行参观和实践。让学生充分融入到3D打印的科技氛围中，让学生能近距离的接触到3D打印的作品，而不只是仅仅停留在听说、看视频的程度上。通过真实模型的参观，激发学生对3D打印的学习热情，激发孩子们对3D打印的好奇心，从而调动学习的积极性。我们课题组针对我校高年级学生开设了3D打印相关课程，将微课充分的注入到3D打印的课堂中去，上课的老师每节课前都要积极备课，将本节课的知识点录制成微课视频，发至所在班级的群里，学生不仅可以在课堂上通过观看微课自学，还可以提前在群里下载视频学习，为第二天的课程做准备。我们课题组成员在实施的过程中还发现，课堂内容需要更多游戏化的设定。孩子们天生所爱好的就是游戏，特别是年龄偏小的孩子，男孩子尤为显著，没有什么他们不好奇，所以当3D打印设备被我们老师只是应用于软件的课程或是科普展示宣讲，那孩子们是无法被吸引住的。所以我们将课堂内容进行了延展性的思维。3D打印分层累加过程，那么我们就可以引导孩子们做事情要有条理性，做同一种事情的时候需要一步一步来做，不同种性质的事务要一阶段一阶段来执行，这也有点类似数学里的归纳法。直接融合过去就可以了。这不仅融合了数学知识，而且暗含着做人做事的道理，也是非常的有意义的。本学期末，为了培养学生的动手操作能力，培养学生的创新精神，促进学校科技教育和创新教育的开展，提高学生的科技素养。我校举办了3D打印作品展示和评选活动，为期一个月的活动期间，吸引了我校600多名师生的目光，每天课间时间，位于教学楼二楼南边大厅的展示区就会被围得水泄不通，赞叹声、惊叹声此起彼伏。尤其是我校3D打印成员小组的作品，得到了全体师生的一致好评。都为他们才仅仅一个学期的学习就能制作出这么优秀的3D打印作品而连连称赞。 3.课题结题阶段(2016.6-2016.9)。 此阶段汇编论文集、案例集撰写研究报告、四、研究结果与成效微课程不仅是一种工具，更是一种教师成长的新范式，通过制作微课程，教师们不断深入反思，不断归纳总结，在不知不觉中成长。多媒体的呈现方式、5分钟的学习享受让更多的教师爱上了微课程。制作微课程也让教师在培训中从消费者变成了生产者，借助微课程这一工具，老师们可以将隐性成果显性化、显性成果标准化、研究成果传媒化、科研门槛草根化。1.实践研究：在课题研究期间，结合课堂教学实际，将微课与小学3D打印教学进行了理论结合实践的研究。制作杯子、制作家具等课堂教学中，使用微课技术辅助教学，促进了学生自主学习能力和探究能力，提高了课堂的高效性，也同时提高了学生学习3D打印课程的兴趣，促进了学习该课程愿望。2.理论研究： 根据研究方案，阅读了大量的课题研究相关书籍和资料并撰写了多篇读书心得。深入了解了微课的含义、制作高质量微课的方法，制作了相关微视频，收到预期的效果。微课的使用很大程度上提高了课堂效率，学生将本节课的基本知识点通过微课自学，在课堂中就有更多的时间去突破难点，完成拓展任务。1. 学习积极性有所提高。2. 通过观察和访谈可以看出，学生学习的积极性明显提高，特别是在提出问题、参与讨论、互相模仿学习、提出自己解决方案上最为明显。3.4. 答：说明米饭不是甜的，但米饭含有淀粉，在我们咀嚼的过程中发生了变化，变得有甜味了。模仿识记能力得以加强。5.6. 11、在淡水资源短缺的情况下，水污染更给人类和其他生物造成了威胁。绝大多数的水污染都是由人类的活动引起的。微课方式更便于学生观察、模仿和识记，由于模仿的主题鲜明且较为单一，能多次重复，经在课堂观察测量下发现，普通的学生往往只需观看一到两次微课视频就能顺利完成课堂任务，设计出3D模型，且部分学生还学会采用拖动视频进度条的办法，仅观看关键步骤就能迅速地找到问题的解决办法。7.8. 6、你还知道哪些环境问题？它们都对地球造成了哪些影响？学生创造力提升显著。9. 对三年级1班的45名学生进行测量发现，学生在程序设计方面的独创性和变通力的后测成绩均高于前测成绩，尤其是在独创性上前后有显著差异，其余的包括流畅性、开放性、操作精细度等也得到了较大幅度的提升。19、夏季是观察星座的好季节，天空中有许多亮星，其中人们称之为“夏季大三角”的是天津四、织女星和牛郎星。它们分别属于天鹅座、天琴座、天鹰座。微课作为一种新的教学方式，具有教学信息资源主题鲜明、短小精悍、针对性强，对知识点的讲解透彻等特点。科学合理地使用微课教学能使小学生在有限的课堂时间内注意力集中，动手能力和创新能力也得以明显地提升。事实上，微课教学也同样适用于小学各学科，通过展开进一步的工作，深入探索其更广泛的应用。17、近年来，我国积极推广“无车日”活动，以节约能源和保护环境。科学家也正在研制太阳能汽车和燃料电池汽车，减少对空气的污染。其次，在这一年的研究实践过程中，我们发现，3D打印课堂中，不能有统一标准答案。3D打印教育就是创造力的结果，绝对不能统一答案。而且每一位小朋友都有自己独特的思维模式，这个跟家庭因素、周围生活环境密不可分，这种独特的创造性思维一旦形成一套方式，很有可能会出现特立独行的小孩子，而往往创新意识最为强的也是他们，会出现更多奇思妙想。也可以有更多指引性的任务。可以以班级为对象过程教课，需要分组进行，课堂也相对好管理。每一个小组的工作需要连贯性，孩子们对完成任务获得奖励有天生的吸引，所以通过组团完成任务，达到共同目标，暗含着团队协作、领导力判断等因素，真正素质教育的结合体。6、你还知道哪些环境问题？它们都对地球造成了哪些影响？通过3D打印这一突破口，引发孩子们对于知识的渴望，创造新事物产生前所未有的兴趣，通过完成一个任务，提升孩子们的综合素质。其实只要更多的融合思维，就会有更多的奇思妙想，只有你自己对3D打印感兴趣了，全身心的投入，才有可能在课堂上感染孩子们，当然赢得所有人的认可。更重要的是学生们玩着学会了复杂的学科知识，潜移默化的升华了自身。3、除了我们日常生活产生的家庭垃圾外，工厂、学校、医院、建筑工地等每天也在产生大量的垃圾。五、存在问题及改进3D打印在小学教学中的开展还存在很多问题。比如，如何将“3D打印”与我们自身学校教育教学相结合，如何开展对学生的辅导，如何转变学生观念，技术门槛如何解决等等这一系列问题，都是我们要思考并逐步解决的。12、太阳是太阳系里唯一发光的恒星，直径是1400000千米。我们研究组的老师就这一系列问题展开了热烈的研讨与交流。我们还组织开展了深入技能实践操作的培训，为今后开展学生社团活动做好准备。造型建模技能是3D打印技术中重要技术核心和瓶颈，也是能否进一步在学校领域开展3D打印教育教学的重要突破口。经过研究组老师在课余时间的尝试、研究、筛选，简易快捷、易于上手的123DDesign、这两款软件进入了老师们的视野，成为了研究组老师们在此轮培训的主要定位和方向。接下来，针对设计制作软件的操作使用，突破重难点，形成规范化的学习指导材料，以帮助参与培训的教师提高技术操作能力。18、建立自然保护区是保护生物多样性的有效方法，我国的九寨沟、长白山、四川卧龙等地都建立了自然保护区，自然保护区为物种的生存、繁衍提供了良好的场所。 另外，尽管3D打印技术为学校的教育创新提供了新的视角，但作为新事物被广泛接受还需要一段时间。这也是我们在开展3D打印教学活动时遇到的一个实际问题。目前，国家还未制定小学3D打印课程标准，这种情况下，我们小学教师要灵活地开展3D打印教育课程，内容设置要具有弹性和选择性，充分尊重学生的个性和创造性，促进学生的自主发展。1、月球是地球的卫星，月球围绕着地球运动，运动的方向是逆时针方向。 微课作为一个新鲜事物，确实能给我们的教学带来很多的帮助，不过微课也不是万能的，它也有适合自己的场合，如果在不恰当的教学过程使用微课反而会事倍功半。这一次课题的结题并不意味着研究的结束，在以后的3D打印教学过程中，我会继续学习、继续做深入的研究，让微课能够更好地为小学3D打印教学服务。