学科融合背景下的信息技术教学实践

    侯娟

    

    本节课是一节研究课，主题是steam教育实践、研究与思考，结合学校的硬件实际，笔者选择了《指尖陀螺的设计与制作》这节内容，它是笔者所在学校校本特色课程《创意设计与3D打印》中的特征建模的简单应用。

    ● 目标设定

    学生前期已经掌握了基础建模法，上节课开始接触特征建模法，对特征建模法的基本思路和基本步骤有了初步的了解，本节课以指尖陀螺为例，结合科学、技术、工程、艺术、数学等多学科知识着重对指尖陀螺的罗盘进行设计。

    知识与技能目标：①科学目标：知道指尖陀螺的物理结构，理解转动惯量的概念及对指尖陀螺设计的影响;②技术目标：会熟练使用游标卡尺，掌握特征建模的思路，会检查草图的封闭性;③工程目标：合理选择零件配合的方法，能够根据现有材料设计解决方案;④艺术目标：能够从外观上改进自己的作品;⑤数学目标：能准确计算建模过程中的各种数据。

    过程与方法目标：通过实验观察发现有问题的罗盘，并在设计中解决这些问题。

    情感态度与价值观目标：在设计罗盘中感受知识融合的重要性，同时体验设计和制作的乐趣。

    ● 策略及流程

    本节课采取倒叙的手法，提前打印产品（含各种问题产品），让学生观察、比较，找到各种问题，通过小实验，学习科学知识，为解决问题提供思路，同时感受组装过程对产品工艺的要求，为细节完善做好准备。整体流程如下图所示。

    ● 前期物料准备

    本节课注重实践，强调学生的动手能力和结合实际设计方案解决问题的能力。因此，笔者提前准备了物料，包含教学展示用和学生用两个部分，并对学生用的以组为单位进行了分装。教学展示用的主要是各种设计精美的指尖陀螺。学生用每组包含指尖陀螺专用高速轴承1个，普通配重轴承6个，直径为12mm、14mm、16mm的钢珠各3颗，游标卡尺及套盒一组，笔一支，什物篮一个，罗盘1～2个。此外，给每组提供任务提示单，对难点给予提示，让学生更清楚每个环节的任务。

    ● 教学过程

    1.课题引入

    教师演示事先准备好的指尖陀螺，激发学生兴趣，同时询问是否喜欢，想不想要，并故意说舍不得给他们，但是告诉他们通过本节课的学习，他们都可以成为指尖陀螺的制作高手。

    设计意图：借助指尖陀螺实物引起学生的兴趣，又因为教师的“小气”让他们求而不得，引出本节课主题，激发他们强烈的创作欲望。

    2.指尖陀螺的分析与设计

    活动1：拆解陀螺，了解结构

    拆解指尖陀螺，了解指尖陀螺的结构——罗盘、盖子、高速轴承。同时，和什物篮中的物料进行对应，完成任务提示单中指尖罗盘的构成。

    设计意图：现场拆解，让学生迅速了解指尖陀螺的结构，为后面的设计提供帮助。

    活动2：组装陀螺，发现问题

    学生组装指尖陀螺，请完成的小组展示安装好的罗盘，再请学生展示有问题安装不上的罗盘，并说出问题所在。

    设计意图：将问题产品前置，引导学生发现问题，并思考如何在自己的设计中加以改进。

    活动3：实验操作，探究科学知识

    什物篮中其余的配件是干什么用的？请学生发表自己的看法。教师适时播放实验小视频——引出转动惯量，请学生结合自己的物料在罗盘上安装配重，并做个简单的对比、总结小实验的结论。

    设计意图：学生通过观看小实验并亲手操作实验，感受科学知识，从而引出配重的重要性。同时，感受由于添加配重而对罗盘的设计提出了更高要求。

    活动4：参数测量，有数可依

    学生总结发现的问题，完成任务提示单中相对应的部分，明确精确测量的重要性，并使用游标卡尺测量配件参数。

    设计意图：培养学生科学测量的好习惯，使其熟练掌握游标卡尺的使用，在实践中逐步形成工程设计思维。

    活动5：理清思路，实操建模

    ①复习特征建模的基本步骤，理清建模的思路开始建模。②巡视学生作品，请学生讲解自己确定的尺寸。③教师讲解检查草图封闭性的方法（本节课的新知识点）。④特征造型，告知学生拉伸厚度同轴承厚度。⑤细节处理（旧知识的灵活运用）。

    设计意图：让学生在理清思路后自主建模，是为了鼓励学生自主创新。同时，时刻观察学生的设计，并请学生讲解自己尺寸确定的依据，这是因为前期产品设计与制作的经验告诉学生尺寸来源于测量，但又不完全以测量为依据，还要考虑零件配合的方式，以及打印机的精度。

    教师通过问题“你还会进行哪些细节处理？为什么要进行圆角和倒角的设计？”对细节的处理给予引导，并请已进行细节处理的学生讲讲出发点是什么。

    设计意图：提示学生结合艺术性和工艺等要求，让他们在实例中逐步形成用工程设计思维去看待作品制作。

    3.展示交流，梳理总结

    ①请学生展示自己设计的罗盘，谈谈设计的优点，以及还有哪些需要改进，教师梳理并总结本节课内容。

    设计意图：请学生展示自己的作品，满足学生的展示欲望，也给学生提供了互相学习的机会。展示时说出自己设计的优缺点也是工程思维的一种体现，同时，再次指出转动惯量还和其他因素有关，感兴趣的同学可以课后深入研究，改进自己的指尖陀螺。

    ②异想天开，激发想象。教师演示飞行的指尖陀螺磁悬浮回旋黑科技，结束本节课。

    设计意图：激发学生的想象力和创造力，引导学生在设计作品时大胆想象。

    ● 教学思考

    本节课在STEAM理念的指导下，从发现问题出发，探究解决方法，引出科学知识——转动慣量对罗盘设计和制作的影响，进而引导学生在准确测量的基础上，结合零件配合的方法、打印机精度来确定尺寸，设计罗盘。在实际设计过程中，前期的观察和探究花费了一定的时间，加上学生设计的时候在造型设计上寻求多样化，在工艺上也有细节要求，因此后面展示的时间就比较少了，展示显得比较仓促，后期需要改进。个别学生的设计造型过于复杂，给草图的封闭性检查带来了困难，应适时地给予提醒与指导，鼓励其多思考，多实践。