(六) 模型的制作環(huán)節(jié)
教師指導學生將繪制完成的造型導入3D打印機的切片軟件中,設置打印參數,制作零件實物。學生學習3D打印機的使用,了解3D打印加工工藝。
學生首次打印出的零件并不成功,教師引導學生分析原因,師生共同處理了兩個生成性問題:
第一,零件變形問題。教師引導學生觀察打印機的工作過程,逐步分析得出由于打印零件的橫截面過小,下一層打印材料還沒有充分冷卻,新一層材料就堆積上去而造成變形。由此學生認識到自動打印布局是不可行的,并提出將兩個零件置于打印平臺兩端,盡可能增加零件間距離以延長堆積兩層材料間的時間間隔,有效改善了這一問題。
圖 4 打印零件變形問題及解決方案
第二,打印零件強度較差。學生提出了增大零件間的孔軸尺寸以增強零件強度的方法。通過對零件尺寸進行重新設計,打印出的零件強度明顯增加,且可以實現良好的尺寸配合,使爬蟲恢復正常行走。
圖 5 增強零件強度的學生設計作品
設計意圖:在三維建模并打印成型的過程中,教師對生成的問題及時進行指導,和學生共同優(yōu)化設計方案,完善設計作品。學生經歷親身實踐,會對教師在方案制定階段提出關于3D打印加工精度和零件配合的問題有更加深入的理解。這樣經歷觀察、探索、實踐得到的經驗會給學生留下更為深刻的印象,符合STEM教育的體驗性特征。
(七) 作品測試環(huán)節(jié)
零件打印完成后,學生組裝并測試爬行情況,對有問題的零件進行修理調整,體會設計過程是需要不斷優(yōu)化的。
(八) 展示交流與評價環(huán)節(jié)
本課的評價方式是學生自評、互評與教師評價相結合。為了更好地達到教學目標,教師制作了自評和互評量表。評價過程強調多元評價主體、面向學習過程的評價。
(九) 歸納總結環(huán)節(jié)
項目結束后,通過總結深化工程設計過程對解決實際問題的指導作用,也梳理多學科知識在解決實際問題過程中發(fā)揮的作用,促進學習者將零散的知識系統化。
在此基礎上,如果我們對蜘蛛爬行運動的生物學知識有更加深入的研究,并將智能控制技術加入其中,這只蜘蛛將完成超乎想象的任務。教師播放一段智能蜘蛛隨音樂跳舞的視頻,拓展學生視野,進一步激發(fā)學生探索創(chuàng)新的愿望。
四、實踐反思
本課立足于通過項目實踐培養(yǎng)學生在圖樣表達和物化能力方面的技術核心素養(yǎng),體現了STEM教育的跨學科性、體驗性和情境性的核心特征。在STEM教育理念的指引下,教師合理選擇教學內容,恰當梳理與其他學科的交叉融合。項目的問題一方面基于真實的生活情景,另一方面又蘊含著要教授的結構性知識。通過工程實踐實現情境性問題的解決,讓學生體驗真實的生活,獲得社會性成長。
五、教學點評
本課中,學生發(fā)現問題,提出方案,利用數學知識進行測量,運用三維設計軟件實現設計圖的表達,使用3D打印技術完成制作,通過解決打印中的問題,分析部件損壞原因并加強易損部件,進一步優(yōu)化結構,體現對學生創(chuàng)新精神的培養(yǎng),也體現了對學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng),充分踐行了STEM的教育理念。
本課用短片引入新課,既體現了技術滿足人類需求的人文關懷,也把發(fā)現問題、解決問題的過程展示給學生,引導學生進入主題,也樹立了應用技術解決問題的技術意識。
生成性問題的解決是本課的又一亮點,體現著老師的教學智慧。在傳授學生技術、體驗操作實踐的過程中還承載著思想方法的傳承與潤物無聲的影響。生成性問題的的解決也給學生以榜樣示范,激勵學生進一步探索技術世界。
(點評人:劉曉巖,北京市朝陽區(qū)教研員)
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