STEAM理念下研学旅行课程实践与反思——以“都江堰水利工程3D模型设计与制作”为例（完整）

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　创新课程QSTEAM 理念下研学旅行课程实践与反思— - 以 “都江堰水利工程3 D 模型的设计与制作”为例文 I I 夏 小 刚 郑 刚 刘 翠 翠一、项目背景2 0 1 6 年 1 1 月 ，教 育 部 、国 家 旅 游 局 等 11 部 门 联 合 发 布 了 《关于推进中小学生研学旅行的 意 见 》。该 文 件 指 出 ，开展研学旅行有利于促进 学生培育和践行社会主义核心价值观，激发学生 对 党 、对 国 家 、对人民的热爱之情；有利于推动 全面实施素质教育，促进书本知识和生活经验的 深度融合；有利于满足学生曰益增长的旅游需求， 从小培养学生文明旅游意识。

　自此，研学旅行受 到了社会尤其是教育领域的广泛关注。研学旅行 指学生基于自身兴趣，在教师的指导下，从自然、 社会和学生自身生活中选择并确定研究主题，参 与研究性学习活动，在 观 察 、记录和思考中，主 动获 取 知 识 ，分析并解决问题的过程。但 是 ，目 前一些研学旅行活动存在着重游轻学、规划随意、 组 织 实 施 “去 学 生 化 "、评价单一等问题。为尝 试解决此类问题，学校经过充分研讨，结合成都 丰富的地理资源和厚重的人文历史，系统构建了 面 向 全 体 学 生 的 “博物馆一都江堰课程”。该系 列 课 程 包 括 ：面 向 七 年 级 学 生 开 设 的 “博物馆课 程 ” ，以成都市各大博物馆和展览馆为主要学习 对象和实践地点；面 向 八 年 级 学 生 幵 设 的 “都江 堰课程” ，以 世 界 文 化 遗 产 “青城山一都江堰” 为主要学习对象和实践地点。在一学期的时间里， 学生选定一个研究主题，在教师的指导下进行研 旅结合的研究性学习。笔者将以信息组指导的“都 江 堰 水 利 工 程 3D 模型的设计与制作”为例来具 体阐述。S T E A M 教育强调综合应用各学科知识解决生活中的问题，倡导项目式学习，鼓励小组合作， 对于研学旅行课程的设计与实施具有很大的指导 意义。鉴于八年级学生掌握了基本的物理知识， 同时，对外出考察有浓厚的兴趣，信息技术教师 结 合 学 科 特 点 ，针 对 部 分 学 生 具 备 3D 打印知识 基础的学情，选择并确定了研学主题，希望通过 3D 打 印 等 方 法 还 原 都 江 堰 水 利 工 程 ，促进学生 深度了解都江堰水利工程工作原理，增强对民族 的认同和热爱。—、活动目标在 设 计 目 标 时 ，笔 者 既 充 分 考 虑 学 生 的 学 情 、本土化地域特色和学生对旅游的认知，又以 ST E A M 理念适当融入相关学科知识，包括物理、 地理等。(— ) 知识与技能一是了解都江堰水利工程工作原理（科 学 ）； 二是认识都江堰人文、地 理 特 征 （科 学 、艺 术 ）； 三是应用多元手段制作符合科学与美学要求的都 江堰水利工程3D 模 型 （技 术 、工 程 、艺 术 ）。( 二 ）

　过程与方法过程与方法方面的目标如下：体验完整的研 究过程，包括查阅资料，确定选题，撰写开题报告， 考察探究，资料搜集，结 题 答 辩 及 展 示 （科 学 ）； 掌握基本的研究方法，体 验 完 整 的 研 究 流 程 （科 学 ）；掌 握 测 量 、绘 图 、3D 设 计 等 基 本 方 法 ， 知道如何应用数学、物理等学科知识解决真实问 题 （数 学 、工 程 ）。(三 ）

　情感态度与价值观一是了解都江堰水利工程对于成都平原经济60 | STEAM 理念下研学旅行课程实践与反思

　Q 创新课程社会发展的重大价值，增强保护文化遗产的意识； 二是增强地域文化认同感与自豪感；三是形成良 好的旅游意识，养成良好的旅游习惯。三、重难点分析研 学 旅 行 课 程 的 核 心 是 “研学”和 “旅行” 结 合 ，二者不可偏废。从这一思想出发，笔者对 整个流程中的关键环节进行了梳理，并分析重难 点的突破之策。(_ ) 活动重点本次活动的重点：了解都江堰的人文、地理 特 征 ，掌握都江堰水利工程原理；掌握基本的研 究方法，体验完整的研究过程；了解都江堰水利 工程的重大价值，增强保护文化遗产的意识。( 二 ）

　活动难点活动难点主要集中在以下几点：研究报告的 撰 写 ；研究方法的应用；3D 模型的设计与制作； 对研学旅行活动过程的管理和评价。(三 ）

　重难点突破策略1. 行前充分考察，做好整体规划在整个活动开展之前，指导教师联合研学企 业对都江堰水利工程和四川省科学技术馆进行了 考 察 ，明确了点位，并与导游部门进行充分沟通， 确定了考察路线。2. 选题充分激发学生兴趣虽然确定了整个小组的研究方向，但是在具 体的选题上，学生可以充分结合自己的兴趣选择 研究课题。3. 设计制作研学手册学校统一设计并制作了研学手册，对选题过 程 、开 题 报 告 、研 究 曰 志 、结题报告等提出了详 细 要 求 ，并设计了相关表格。各小组学生依照手 册中的表格逐步填写。这可降低初中学生研究的 难 度 。例 如 ，教师利用手册中的开题报告表格让 学生填写研究背景、研 究 意 义 、研究目标、研究 方 法 、研究步骤等各项内容。4. 针对研究方法，进行针对性培训首 先 ，学校对所有指导教师进行系统培训，其 次 ，针对学生进行研究方法的指导，包括文献 硏 究 法 、观 察 法 、问卷调查法、实验法等。5. 用好技术手段，以异质分组方式研学在第一次见面课上，指导教师对学生进行了摸 底 调 查 ，了 解 到 大 部 分 学 生 有 一 定 的 3D 建模 基础。分 组 时 ，教师在尊重学生意愿的基础上， 保证各小组至少有一名学生具备3D 建模基础。6. 采用信息化手段优化过程服务在活动过程中，教师鼓励学生运用手机或平 板电脑进行过程性资料的收集，并对终端的使用 进行严格的积分管理。在 评 价 方 面 ，教师重视过 程性反馈和评价，每次外出后，提醒学生及时提 交研究日志，给 予 反 馈 ，并 做 好 记 录 ；同时重视 结题答辩和集中展示的评价导向等工作。四、活动的设计与实施学校设计实施研学旅行课程是为了引导学生 跨学科学习、研究性学习，体验完整的研究过程， 解决生活中的真实问题。研学旅行课程实施流程 包 含 “三阶段九环节” ，具体包括八次校内学习 和 两 次 集 中 外 出 活 动 （如 图 1 ) 。确定 研究 研究研究 资料 报告主题 分析 完替暇I第一次 第 -次结題答辩开題 外出 外出报告 考察 考察行前系统设计 行中深度考察 行后立体展示集中釅示图 1 研 学 旅 行 课 程 实 施 流 程“都 江 堰 水 利 工 程 3D 模 型 的 设 计 与 制 作 ” 研学旅行课程的设计与实施流程如下。(一 ）上网查阅资料，了解都江堰学生通过集中学习和分散学习，了解都江堰 水利工程的发展历史和都江偃周围地理风貌及水 利工程的工作原理。通过本阶段学习，学生对从 小耳濡目染的都江堰有了更进一步的认知，了解 鱼 嘴 、飞 沙 堰 、宝 瓶 口 ，外 江 、内江的作用以及 水利工程的兴建历史，增强了对中华民族的认同 感和身为成都人的自豪之情。2 0 2 0 年第5 期中小学数字化教学丨61

　创新课程Q( 二 ）

　确定研究选题，撰写开题报告学生分组确定选题，共同研究并逐步细化选 题 ，形成清晰的研究思路。在 选 题 上 ，教师鼓励 多元化选题，鼓励学生结合自身兴趣设计和实施 研究活动。学生选题 类 型 很 多 ，除了都江堰各主 要 组 成 部 分 （宝 瓶 口 、飞 沙 堰 、安 澜 索 桥 、二王 庙 ）的 3D 模型设计之外，还有地理经济类，如 “宝 瓶口控制水量的原理及经济意义” ，社会调査类 “都江堰景区热度调査”等 。(三 ）

　开题答辩学生完成开题报告之后，学校组织评委教师 集中进行开题答辩。每个大组选派一个小组参加 学校层面的开题报告会，其他小组则在大组内进 行幵题活动。幵题报告主要包括学生陈述和教师 问辩两个环节，学生就 选 题 背 景 、研 究 目 的 、研 究 方 法 、拟 采取的研究过程进行陈述，教师根据 学生陈述做针对性指导，并给出修改建议。( 四 ）

　第一次外出，赴都江堰考察完成前期学习后，由两名学校指导教师和两 名企业研学导师带队，研究小组来到都江堰景区 进行 实 地 考 察 ，测量都江堰水利工程相关建筑尺 寸 ，计 算 比 例 ，拍 摄 细 节 照 片 ，请教行业专家， 了解水利工程工作原理。以 下 为 第 1 小组记录的研究过程：参观游览了鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝 瓶口进水口这三大工程及其附属工程，详细了解 了宝瓶口进水口及其附属工程离堆的工作原理， 重点对安澜索桥进行了测量和记录。这次为期半 天的参观让我们收获颇丰= 实地考察也让我们对 于安澜索桥的认识更加立体，查询网上文献对其 有 所 了 解 ，而现场考察让我们获得了 3 D 模型制 作与保护研究所需的数据、图片。( 五 ）

　绘制平面草图，设 计 3 D D 模型获得第一手数据之后，各小组根据测量数据完成都江堰相关工程的草图绘制任务，部分小组 还结合百度地图或参考网上资料比例进行计算， 绘制了各小组模型草图，并 参 考 教 师 录 制 的 “3D 建模基础”微视频进行模型设计。(六 ）

　第二次外出，赴科学技术馆考察学生第二次外出考察，到四川省科学技术馆， 体验工业级3D 打 印 并 参 观 “都江堰演示模型”， 现 场 比 对 3D 模型与实物的差异，修 改 3D 模 型 ， 以便返校之后完成模型制作。以 下 为 “安 澜 索 桥 3D 制作及保护研究”小 组的研究记录：早上我们来到四川省科学技术馆，参观都江 堰水利工程演示模型。我们主要关注安澜索桥， 通过实际考察认为科学技术馆陈列模型的索桥中 间部分的亭子与实际情况不大一样，实际的应该 是与下面有三个可以通过的拱门的。我们得知科 学技术馆陈列模型与安澜索桥的比为1:80,共有 6 个桥墩，全 桥 分 为 两 节 ，两头各有一个门楼。

　据观察，模型的颜色主要为暗红色、深棕色，下 一步我们将解决打印材料颜色问题。(七 ）

　打 印 3 D D 模型，进行场景化设计在 完 善 了 相 关 设 计 方 案 并 了 解 相 关 场 景 之后 ，学生 开 始 制 作 “展示模型”。在教师的指导下， 各小组应用3D 打印机打印出了模型的核心部分， 随 后 ，应用其他相关材料进行了场景设计，例如 “飞沙堰”和 “安澜索桥”。学生设计的安澜索 桥充分考虑了其迎水面的线形设计和桥墩的重心 问 题 （如 图 2 ) , 科学地应用了物理学科知识。图 2 学 生 设 计 的 安 澜 索 桥 桥 墩(八 ）结题答辩与集中展示学生结合自身研究经历和相关研究数据，进 行结题报告的撰写。在此 基 础 上 ，学生根据结题62 | STEAM 理念下研学旅行课程实践与反思

　Q 创新课程报告和实物模型，进 行 “研 究 目 标 、研究过程、 研究结论、模型展示”等方面结题答辩。结题答 辩 之 后 ，学生以大组为单位应用平板电脑和图文 处 理 软 件 制 作 “都 江 堰 水 利 工 程 3D 模型设计与 制作”展 示 海 报 ，进行研学旅行集中展示。学校 课程教学中心组织评委教师集中打分，最后，根 据幵题报告、研 究 曰 志 、场 景 模 型 、结题答辩和 集中展示综合评定各小组成绩并进行表彰。五、总结与反思从査阅资料、选择主题、测量数据、设计模型、 制作模型到最后的展示模型，学生经历了完整的 研究过程。在研学旅行课程展示阶段，本硏究主 题 的 3D 模型等作品得到了评委们的一致好评。

　项目活动结束后，笔者通过问卷软件调査了解到：

　绝大多数学生非常认可此次研学旅行，表示收获 颇 多 ，尤其是在团队合作、查阅资料、数据处理 和项目展示等方面，并旦将课堂上所学的学科知 识 、3D 打 印 技 术 与 现 实 生 活 结 合 ，体验到了通 过自己的努力、克服困难获得成功的喜悦感。通 过对学生作品和学习过程的分析，笔者认为本活 动对于培养学生信息意识、空间素养、工程思维、 合作能力和问题解决能力有重要意义。笔者认为以下四项策略是课程得以顺利实施 的保证。第 一 ，学 校 整 体 规 划 ，年级集中实施。学校 髙度重视综合实践活动课程的设计与实施，针对 研学旅行进行了整体规划，让七年级和八年级学 生参与不同主题活动，同时鼓励所有学科教师参 与指导。在实 施 方 面 ，学校以年级为单位，以课 题组为具体实施小组，既考虑了学情，体现了差 异 ，又保证了实施效率。第 二 ，重视与研学企业的合作。学校注重充 分发挥学校育人的特点，将更多的管理协调工作 交由企业完成，良好的校企合作减轻了学校教师 的管理负担，同时确保了组织的协调性。第 三 ，流 程 化 实 施 ，重研究方法。活动实施 之 前 ，指导教师针对整个活动进行了系统化设计，为学生准备了研学手册，同时注重学生研究方法 的学习，为学生进一步发展奠定了良好的基础。第 四 ，多元化评价，全方位展示。指导教师 线上线下跟踪学生开题报告、研 究 日 志 、开题答 辩 、结题报告、结题答辩、集中展示等完成情况， 对学生进行综合评价，为学生搭建全方位的展示 平 台 ，实施最适宜学生的教育。同 时 ，研究过程也有部分待改进的地方。一 是应更加重视多学科教师的合作指导。此次研学 旅行课程的实施，学校分学科组织活动，这不利 于多学科教师合作。下 一 阶 段 ，学校将采取学科 混合编组的方式，促 进 ST E A M 理念与研学旅行 课程的深度融合。二是要更加注重大项目的整体 设 计 ，强调问题来源于生活。S T E A M 教育强调 以项目式学习形式实施，教师在后续课程设计中， 要注重项目间的关联性，统整设计大项目。研学旅行课程的实施，不仅能够激发学生兴 趣 ，拓宽学生视野，而且能让学生理解书本知识 的价值。教 师 以 S T E A M 教育理念为指导，从地 域文化和学生生活中挖掘选题，结合其他指导教 师学科背景，以科学的研究方法和项目式学习为 手 段 ，充分调动学生的学习热情，让 学 生 在 “做 中学” ，在 “行中学” ，对于培养学生综合素质 具有重要意义。注 ：本文系陕西师范大学中央高校基本科研业务费专项资 金 “S T E A M 理 念 下 初 中 综 合 实 践 活 动 课 程 的 设 计 、开发与实 践研究”（项 目 编 号 ：2018TS012)阶段性研究成果参考文献[1]于书娟，王嫒，毋慧君.我国研学旅行问题的成因及对策[J].教学与管理，2017 (19): 11-13.( 作 者 夏 小 刚 系 陕 西 师 范 大 学 博 士 研 究 生 ， 四 川 省 成 都 七 中 初 中 学 校 信 息 技 术 教 研 组 长 ；郑 刚 系 四 川 省 成 都 七 中 初 中 学 校 校 长 助 理 ， 中 学 信 息 技 术 高 级 教 师 ； 刘 翠 翠 系 四 川 省 双 流 艺 体 中 学 数 学 教 师 ）责任编辑：祝元志2 0 2 0 年第5 期中小学数字化教学| 63

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