基于STEAM項目式學習的兵器展館課程實踐案例＊

張 麗

（浙江省溫州市新田園小學，浙江 溫州 325000）

一、項目背景

作為溫州市STEAM 教育試點學校，我校提出“世界因我更美麗”的辦學理念，圍繞辦學理念我們提出三句口號，而其中“我來了，我創新，世界因我而改變”也正與我們此次基于STEAM 理念的兵器展館課程項目所要達成的學生培養目標相契合，我校通過將“兵器演變和文明進程的聯系”項STEAM 教育結合，其中技術部分支持的3D 打印、木工和手工就有理論教學與實踐應用進行有機集合，在實踐勞動過程中對這些技術知識進行驗證和參悟。另外，隨著雙減政策落地，我校通過這次項目開展將項目式學習與STEAM教育結合并且融入到課內外的學習中，發揮優勢，對“雙減”落地起到示范性作用。

二、項目目標

第一，通過對古今中外兵器演變史的研究，打造兵器特色展示館，讓學生了解兵器制造技術對一個國家文明發展的重大意義。

第二，通過制作模擬戰場實景，讓學生更加直觀認識戰爭形勢變化，激發學生對未來武器探究的欲望，培養面向未來世界的學生。

第三，計較完善的校本STEAM 項目體系，真實開展多學科融合教育活動，讓學生通過對兵器制作及對比研究，形成創新思維，提升實踐科創的能力。

三、項目實施

1．課程安排

項目面向全校學生，考慮到課程對信息技術類和動手能力有一定的要求，并且最好有學習過3D 打印或硬件編程等同學，所以課程的主要對象是3-6年級的學生。

課程時間安排在每周的周三和周五放學后的時間，因為疫情的影響導致項目時間有所縮減，所以每周安排兩次，并且每次的課程時間在90 分鐘左右。

2．課程概況與課程案例

2.1 課程概況。這部分我們主要以技術類課程實施為主體，有3D 打印、木創技術、3D 打印筆、沙盤手工、色彩應用，下面簡單介紹3D 打印、木創技術和沙盤手工的課程實施概況。

2.1.1 3D 打印。選用青少年三維創意設計軟件——3Done作為建模軟件，選用版本為3Done 家庭版。3DOne 是一款面向中小學生的3D 建模軟件，擁有智能簡易的3D 設計功能，可以輕松實現自己的3D 創意設計，將自己的創意打印出來。

2.1.2 木創技術?；A學習，木創技術的學習是需要付出不少的時間和精力，并且每次的學習制作積累下來的經驗都是為今后制作更好的作品打下基礎。因此，基礎的學習是非常重要的，這部分要先認識木材，然后再認識木材的基礎工具和注意事項，最后從鋸、銼和磨等基礎功開始學習，再進行作品的制作。

2.1.3 沙盤手工。學習沙盤制作前相關知識如比例尺的換算、實地測量到沙盤的具體實施制作，拉鋸地形圖、制作到了、綠植。通過學習沙盤制作，使同學們了解制作沙盤的基礎理論，掌握沙盤制作的一般過程以及沙盤制作的相關技巧。

2.2 課程問題的產生與解決策略。STEAM 教育是一種以項目式學習、問題解決為導向的學習模式，在課堂上教師圍繞著問題引導孩子對碰到的問題進行思考、討論，并且利用各種學科方法去試著解決問題。

下面通過兩個案例來展示如何通過項目式學習來探究STEAM 教學與學科融合來解決問題的途徑。

2.2.1 3D 模型設計——青銅戰車為例。在課程實施過程中，模型設計的課程占比較多，其中模型制作又以3D 設計為主，對同學們的工程思維和空間想象力提出了挑戰。石器時代作品較為簡單可以作為3D 設計入門課程練手，但是從青銅時代開始隨著朝代更迭，文明進程的推進，社會生產水平和科技的發展，各式各樣的兵器和裝備被發明制作出來，一些兵器和裝備的模型制作無從下手，于是針對這樣的情況就需要同學和老師一起解決。我們就以青銅時代的戰車設計為例，通過項目式學習，運用多學科知識融合來解決遇到的問題，將其制作完成。我們從以下幾點作為節點，逐步引導學生完成任務，并達到鍛煉工程思維能力的效果。

（1）分析需求，結合歷史背景。設計模型一些基本要素是外觀、組件結構、模型的實際尺寸和設計尺寸、材質紋路細節。課程中第一個環節由同學小組討論，寫出所需的維度。

因為每個模型制作課都有情景導入，所以同學們基本上知道模型的外形和功能等。但是，對于組件結構和模型最終的設計尺寸，同學們的概念不強，不容易提出。另外，還有一個材質紋路細節，這個是需要結合當時社會的生產力水平和朝代背景來看，需要同學們查閱當時的歷史知識才能知道。在查閱有些外觀名稱的時候會發現跟古人的趣聞或者禮儀等有關。

（2）討論、分析并篩選要素，確定實施方法。統計所有小組討論結果，老師對其逐一分析，篩選出必要的內容。小組討論具體的實施方案，要確定模型外觀的分解，模型的比例轉換，結構部分的原理與設計，材質紋路細節。例如，青銅戰車的模型外觀分解，則需要多個角度的戰車視圖，以便于更好的觀察模型的實際形狀，然后再將其分解成多個部分，最后對各個部分進行建模。另外，在制作結構部分的原理和制作上需要了解更加抽象的平面示意圖。

（3）實施過程中的問題，結合實際，大膽改進。在實施過程中學生們也不斷地遇到問題，并且是之前未曾設想到的。首先是在模型設計的時候，遇到車輪與軸之間的結構設計，按照古代的結構設計還原難度不小，并且因為將模型等比例縮小到10%，軸與戰車主體和車輪之間的連接會斷裂，并且受到打印支撐的限制會使得表面很粗糙。其次就是戰車主體與前面延伸出來的“轅”也同樣受到了打印的限制，需要解決打印容易斷裂的問題。

3D 設計與3D 打印雖然只有兩個字的不同，但是真正的區別較大。設計是可以天馬行空，是理想化的，但是3D打印是要切實的打印出來，是現實的，材料、環境、機器的設置、打印的密度、模型的物理特性和力學設計等都需要考慮。在這么多因素的影響下，同學們不斷地去嘗試，去改進。最后在車輪、軸與主體之間采用了簡化設計——合頁結構，這樣方便打印和安裝，在功能上也沒有很大差距。關于“轅”與主體的連接，在嘗試加密度打印和分體打印之后，選擇了增加密度打印，然后使用熱風槍加熱，使得支撐軟化再去除。

（4）課程經驗總結。這些關于模型設計課程的所遇到的問題可以做以下幾點的總結。

①設計課程中需要引導學生提出設計要點，并且討論、分析和篩選其必要性，結合本項目還要考慮歷史背景。

②模型設計課程在制作過程中老師需要提前準備關于該模型的結構知識準備，還要對設計制作方法熟悉，以便引導學生制作與改進。最好能繪制平面示意圖或者是三視圖。

③3D 設計與3D 打印存在一個理想與現實的過渡，在實際使用中需要考慮許多因素，這里需要學生和老師一起探究學科知識亦或是生活常識，要靈活使用身邊各種材料或者一些小技巧才能駕馭這個技術。

2.2.2 展示作品設計與擺放案例——石器時代櫥窗。整個項目中物化內容比較重要的是展示館部分，這其中有從石器、青銅、鐵器、火藥到現代及未來五部分組成。每個部分展示內容不一樣，但是展示的形式基本一致。每個時代需要展示的一些比較重要的武器和裝備，展出的形式主要以實物加介紹標簽的形式展示。不過，在展示櫥窗的預期設計上存在的問題比較多，需要學生和老師一起去討論和解決。例如，武器和裝備大小、形狀各不相同，怎么選取合適的比例進行制作？還有，這些物品如何擺放或者是固定？這些都是需要在實踐的過程中去解決，這里就以石器時代櫥窗作為案例進行分解。

（1）探討需求，分析現有條件。每個任務開展前都會針對任務特點集中討論，老師先讓學生知道石器時代櫥窗最終要達成什么樣的效果，然后老師引導學生對這樣的效果逆推，討論這樣的效果需求是哪些？我們現有的條件是怎么樣的？經過同學一番討論，目前現有的條件是暑期裝修過的櫥窗，窗戶周圍有文化展示內容，櫥窗內部墻壁是黃色的毛氈板，頂部有三盞射燈。要達到我們預期的效果，還缺少展示臺，展示物品和物品標簽。

（2）結合實際，尋找參考資料。一個展示館不僅僅要有展示臺、物品和標簽等，還需要對展示櫥窗進行規劃設計，符合主題和大眾審美。同學們大多都參觀過博物館或者一些文物展示的展出，但是關注點基本上在展示物品上，對展示館的布置沒有過多注意，所以需要尋找案例，吸取其中的有用的元素來幫助布置櫥窗。對此任務進行了分組，有些小組去網頁上進行搜索博物館的圖片，也有小組利用周末去博物館實地考察，記錄一些細節，例如燈光的角度、標簽的擺放位置等。然后將參考資料重要點歸納總結處理，為下一波的模擬效果做鋪墊。

（3）模擬展示，實現預期效果。場地準備和參考資料基本都已經整理完畢后，在實施之前還有一個大問題需要解決，那就是如何將場地和參考資料結合起來，將想象中的效果給呈現出來，這樣大家有一個統一的效果才能共同去完成任務，不會出現偏差。為此，同學們提出幾個建議，第一個是請設計師去根據我們的需求效果去設計，第二個是畫手工示意圖。經過討論和老師引導，決定使用現有的技術去制作一個按比例縮小的櫥窗效果模型。運用3D 打印技術去設計一個1：10 的櫥窗，然后將定制的展示臺也逐一繪制到櫥窗中，最后將我們所需展示的模型也放置上去。另外，借此機會也將模型縮放到最終需要的尺寸，以便同學們分工去打印模型。

（4）實施階段，尋找解決方案。前期準備工作和櫥窗模擬設計都完成后，接下來就是打印和擺放模型。打印模型這部分在經過模擬效果展示后，可以直接得到大概尺寸，同學按照這個尺寸進行縮放即可。在打印模型的時候還會遇到模型過大，這邊就會運用分割技術進行分體打印再組裝（建模部分有提及）。

各種物品造型各異，尺寸也大小不一，如何將其擺放安置也是一個技術活。這邊需要考慮的哪些物品是長期固定，哪些是需要偶爾取出展示，然后再決定用哪些方法和配件去固定。

這里同學們分別嘗試了泡沫膠、膠棒、玻璃膠還有水泥釘等常見的固定方式，最后還是使用玻璃膠和水泥釘固定卡扣來進行固定物品。

（5）課程總結經驗。

①作為一個全新體驗的課程任務，學生的想法很難聚焦，需要老師快速的切入到主題，或者是指引一個方向。這學生有方向性，挫敗感較低，積極性會提高。

②課程任務需要多途徑收集材料則需要老師將任務明確，學生分組也要細，以免出現無用功。

③利用好表格引導，方便學生有目的性去搜集資料，也能總結和歸納出所需的內容。

四、項目成果

1．學生成長

通過這個項目，很多孩子得到了成長。有的通過上項目課，了解了文明的演變與兵器的發展，激發了深入學習的興趣；有的通過項目式學習，學會了獨立思考和總結；還有的孩子經歷了多次失敗，但一直堅持了下來，變得更有耐心。

最后，項目實踐課程要學習參與的課程內容非常多，課程產出和孩子們的收獲也很多。這一年項目學生共有8 人次獲得了省市區相關獎項。他們有的參加了3D 設計比賽，撰寫科技小論文、參與一些創客制作等等。

2．教師發展

2.1 項目促進教師共同體發展 ?；陧椖康慕處煿餐w實現了教師發展從單打獨斗到團隊發展。優秀的教師團隊才是學校發展的核心競力，在一個教師團隊中，只有每位教師最大限度發揮自己的潛力，并在團隊目標一致的基礎上團結協作，共同進取，才能激活團隊中的每一個人的潛能，才能發揮團隊的整體實力，才能更好地促進每個教師的專業成長。

2.2 項目促進教師從被動發展到主動發展。參加項目研究的老師是自主申報，自愿參加，團隊中的教師根據自己的能力、特長和興趣，在工作上進行明確分工和職責分配，各司其職。

2.3 有利于促進教師的內涵發展 。學校關注每一位教師在項目研究中發揮的作用以及困難，學校進行有針對性地培訓，以幫助教師補足短板。通過項目研究，促進教師對自己的教育教學反思，倡導讀好書，結合研究項目讀好學科專業書，教育藝術類書，文化修養類書，勤于撰寫反思，形成自己的教育觀點與思想，整體提高教師的研究意識和研究能力。

3．項目影響力與學校的發展

項目成果通過平臺進行展示：學校微信公眾號、各級各類的參觀展示、學校STEAM 互動演出。

隨著項目的實施開展，學校依托項目課程和原有的拓展課，開展STEAM 教育理念下的創意實踐，開設了各類技術性的拓展課程，還將進行后期的課程延伸。