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本书主要分为四篇，萌芽篇勾勒了STEM课程群本土化构建的轨迹，实施篇记录了STEM课程群校本化实施过程中反思，思维训练篇则描绘了STEM PBL助力高阶思维、学习力、元认知、设计思维与计算思维能力的培养路径，STEM教学范例篇中的案例大多在市级及以上公开课中展示，整合了学生的创意发散，经历了多次的迭代优化，具有较高的参考价值。
基于项目的STEM课程群的构建实践与思维训练
人民邮电出版社
北京
图书在版编目（CIP）数据
基于项目的STEM课程群的构建实践与思维训练/周迎春著.--北京：人民邮电出版社，2019.6
ISBN 978-7-115-51521-6
Ⅰ.①基… Ⅱ.①周… Ⅲ.①科学知识—教学研究—中小学 Ⅳ.①G633.72
中国版本图书馆CIP数据核字（2019）第159336号
◆著 周迎春
责任编辑 李永涛
责任印制 马振武
◆人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
邮编 100164 电子邮件 315@ptpress.com.cn
网址 http://www.ptpress.com.cn
北京富诚彩色印刷有限公司印刷
◆开本：700×1000 1/16
印张：12
字数：183千字 2019年6月第1版
印数：1-3500册 2019年6月北京第1次印刷
定价：49.80元
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广告经营许可证：京东工商广登字20170147号
由于STEM研究项目目标的达成路径多元，有时连目标也相对模糊，需要基于设计思维进行明晰、优化，因此任务对学生都具有一定的复杂性、创新性和挑战性。本书以基于项目的STEM课程群校本化构建实践与思维训练为主题，结合具体STEM案例的实施进行深入研究。
本书分4章，分别为STEM课程群初始化、STEM课程群普及实施、基于STEM课程群的思维训练及STEM课程教学案例。前3章记录了笔者在构建与实施STEM课程中的心路旅程及反思、感悟，第4章则收录了笔者在各级各类STEM公开展示课中的教学案例。
相信本书对有志于STEM PBL课程开发及STEM课堂教学模式创新研究的教育行政管理人员和一线教师都有很好的借鉴意义。
INTRODUCTION
我们在教学实践中发现了学生的学习兴趣难以有效激发，好奇心随着年龄的增长日益减弱，跨界知识融合解决实际问题的能力有待提升等问题。分析其中的原因之一是现在的教育把去情景化的知识抽象出来，再精挑细选分成若干科目，分科进行教学，而学生遇到的真实情境中发生的问题往往是跨学科、非良构的。听到的一些所谓的好课教学活动生动有趣，但教学的灌输本质并没有变化，仅仅停留在复制知识技能层面，学生高阶思维能力的培养没有得到应有的重视。
笔者的主张是创设跨界融合学习情境发展学生思维能力，情境学习能将学生的角色定位，让社会生活经验及认知性任务重新回归到真实、融合的状态，由此可以有效解决传统学校学习的去自我、去情境的顽疾，有效激发学生的学习动机火花。STEM课程基于数字化工具的应用，与小学信息技术课堂无缝接轨，及时刷新了现有的课程内容。基于项目的STEM课程不但有知识技能的传递，而且与高阶思维能力的培养高度契合，是加情境、加联接、成集群的过程。在课题研究方面，笔者先后主持了江苏省教科院作为重点课题立项的“基于Arduino的机器人STEM创新课程创设开发研究”，作为江苏省前瞻性课题的子课题立项研究“小学普惠型STEM课程群构建与实施的研究”等。
校本化STEM课程群的缘起是在2011年，当时需要设计一项社团活动课程单，我购买了第一台3D打印机，组建了STEM社团，也无STEM课程群的整体框架或构思，一开始的课程设计现在看来是简陋的，也仅仅在社团活动中开展，但是孩子们当时接触课程时还是充满了好奇和参与热情的，最重要的是有了良好的开端。正如扎克伯格所说：“我想告诉你一个秘密，没有人从一开始就知道如何做，想法并不会在最初就完全成型；只有当你工作时才变得逐渐清晰，你需要做的就是开始。”
开始很重要，之后8年我持续致力于平民化、本土化STEM课程的创建研究，在经过多次迭代完善后，相继有《中小学生3D建模打印教程》《面向STEM的Scratch创新课程》及《面向STEM的mBlock智能机器人创新课程》出版发行，《中小学信息技术教育》杂志微信公众号还进行了专门推荐。在各种活动中的STEM公开课“3D沙滩椅塑料构件制作” “黄山日出”“动态背景的制作”等，均创设情境以生成项目—自主探究巧设支架—协作互动拓展提升为架构，体现了重体验、显灵动、善创造的教学特色。课堂教学特色是多年积淀的结果，而在多个班级的一线教学中不断迭代完善，在诸多省市公开教学活动中不断优化校正的STEM教学案例，相信对正在开展的STEM教学实践层面能够提供一定的借鉴。
思维最美，而思维又是可以培养的。STEM课程群中的3D建模、Scratch创新编程、机器人项目设计等让思维可见，这些课程都是培养提升学生高阶思维、元认知、计算思维、设计思维的良好载体，在第3章可以一窥这方面的研究轨迹。从STEM课程群的缘起节点看，其实对STEM课程的规划当时是模糊的，但是随着实践的不断深入，随着纳入课程体系后义无反顾的普及化实施，成果也是显著的：笔者所在的学校先后被评为江苏省STEM项目试点学校、江苏省STEM教育样本学校、江苏省科技教育示范学校、中国STEM教育2029行动计划领航学校；个人先后获评苏州市名教师及江苏省特级教师，“小学普惠型STEM课程群的构建实践”还荣获2018苏州市教育教学成果一等奖；另外，基于项目的STEM课程图书不到一年的时间销量已有两万余册。
从STEM教育研究深入实施的过程来看，道路也许不会一帆风顺，借用诗人汪国真《热爱生命》中的一句话表明持续推进之决心：既然选择了远方，便只顾风雨兼程！
周迎春
2019年5月
一、电子慧谷简介
多年来，江苏省苏州市鲈乡实验小学努力通过“全方位渗透”“以生为本、多元化教学，重点突破、多层面推进”，探索符合该校实际的科技特色学校创建之路，取得了初步成效。学校2011年8月建设新荷电子智慧谷（简称“电子慧谷”），使其成为学生科学探索和发现的沃土。电子慧谷分电子产品发展版介绍区、电子百拼区、科学魔法师及高级制作体验区、创新实践展示区、CCD成像体验区、3D影音欣赏区、3D建模打印探索区、机器人教学组装区、机器人创意实践区等。学校成立相应的新荷电子科技社团及机器人社团，在培养学生电子科技兴趣的同时，提高学生的创新能力。2012年5月吴江区科协在该校举办了百名科学家进校园活动，贲德院士与鲈乡实验小学机器人制作小组学生进行了亲切的座谈，关秀清教授为鲈乡实验小学三年级师生作了“植物的王国”讲座。
二、电子慧谷活动方案
1.3D影音欣赏，体验主动式3D成像新技术
3D主动式眼镜是3D显示技术的一个重要组成部分。
主动快门式3D技术，配合主动快门式3D眼镜使用。这种3D技术在电视和投影机上面应用得很广泛，资源相对较多，而且图像效果出色，受到很多厂商推崇和采用，不过其匹配的3D眼镜价格较高。主动快门式3D技术主要是通过提高画面的刷新频率来实现3D效果的，通过把图像按帧一分为二，形成对应左眼和右眼的两组画面，连续交错显示出来。同时，红外信号发射器将同步控制快门式3D眼镜的左右镜片开关，使双眼能够在正确的时刻看到相应画面。这项技术能够保持画面的原始分辨率，很轻松地让用户享受到真正的全高清3D效果，而且不会造成画面亮度降低。一般情况下，3D液晶电视屏幕刷新频率必须达到120Hz以上，也就是让左、右眼均接收到频率在60Hz以上的图像，才能保证用户看到连续而不闪烁的3D图像效果。目前，包括长虹、三星等主流电视品牌推出的3D电视，都是采用主动快门式3D技术。观众通过3D眼镜的同步切换，两只眼睛看到快速切换的不同画面，并且在大脑中产生错觉，便观看到立体影像。主动快门式3D技术的优势是其3D效果逼真。
学生边听老师介绍边用主动快门式3D眼镜观赏体验《小海龟历险记》《猫狗大战》《人体血管》等3D影片。学校建设的3D影音欣赏区由3D宽屏投影和环绕音响组成，并购置了48副3D眼镜，能满足整班学生观看需要。“3D影院”把学生带入逼真的3D世界的同时，也使同学们了解到3D成像技术的知识，体验到3D影院的效果、3D影音新技术的神奇。
2.3D建模及打印，引领学生进入3D新世界
“3D打印”这一诞生于20世纪80年代的技术如今成了超前科技的代言词，迅速火便全球，美国《时代》周刊已将3D打印产业列为“美国十大增长最快的工业”；英国《经济学人》杂志认为这项技术将与数字化生产模式一起推动实现新的工业革命，将3D打印技术列为第三次技术革命范畴。
美国国家增材制造创新机构（National Additive Manufacturing Innovation Institute）欲利用这种新型的高科技3D打印技术重塑美国传统的装配线制造业。如果能够直接使用3D打印技术进行工业生产，那么装配线制造业就该退出历史舞台了。正是基于这一理念，理论上来说，这种技术可以用来生产任何东西，喷气式飞机、房屋、计算机、遥控飞机、自行车等都可以直接通过3D打印机打印出来，而无须工厂来生产。
目前，3D打印使产品供应链的格局和人们的生活方式都发生了转变，且3D打印的应用范围之广让人难以置信。下面列举几项和我们生活密切相关的例子，让大家感受一下，3D打印离我们并不遥远。
●食品行业：英国埃克塞特大学研究人员2012年推出世界首台3D巧克力打印机。是的，你没有看错，研究人员已经开始尝试打印巧克力了。
●建筑设计：在建筑业里，工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印的建筑模型，这种方法快速、成本低、环保，同时制作精美。完全合乎设计者的要求，同时又能节省大量材料。
●医疗行业：最近，一位83岁的老人因患有慢性的骨头感染，换上了由3D打印机“打印”出来的下颚骨，这是世界上首例使用3D打印产品做人体骨骼的案例。
3D打印技术还广泛地应用于汽车制造业、传统制造业、科学研究等领域。3D打印机可以完成很多现在看来匪夷所思的事，从某种角度来说，很多想象得到的东西，都可以通过3D打印直接得到。在未来3D打印还有可能走进千家万户，融入我们的生活，像计算机一样普及。
3D打印技术介绍完毕后，视频介绍3D打印乐器、巧克力DIY、3D沙雕创意等视频。让学生感受3D打印技术的神奇，激发其探索的欲望。
3ds Max创意建模及打印：3D Studio Max简称为3ds Max，是Autodesk公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。该软件功能强大，我们找到其与3D打印技术的衔接点，让学生进行基本立体图形的3D建模、布尔运算（模型加减）、挤出、车削等操作，与下载的3D模型进行合并整合等，把有创新亮点的作品另存为STL格式，由3D打印机打印输出。学生全过程与计算机软件3ds Max互动，然后近距离观察自己的作品被打印成形。学生与最新3D技术的近距离接触，激发了他们探索3D科学新世界的兴趣。
3.电子积木拼接，激发学生探索电子微世界的奥秘
电子积木拼接区分电子百拼区、高级制作体验区，在电子产品展示区陈列的是一些家用电器。这些电器都是学校发动学生家长自愿捐献的，学校下发告家长书后收到500多份捐献意向表，我们选择其中的近80份陈列在这里。同学们从这些跟生活联系非常紧密的电器中可以了解近年来电子科技发展的突飞猛进。
在体验区首先播放电子积木拼接的视频（5岁儿童30秒完成一项拼接作品），消除学生对电子积木的陌生感和神秘感，增强其探索未知科技领域的信心。然后布置任务，小组比赛完成指定任务的拼接调试。最后老师结合案例讲解线路原理及电子元器件的功能，利用万用表测试三极管、二极管、电阻、电容的方法等。
4.机器人创意及实践，互动中萌发创新火花
电子慧谷的未来工程师机器工作室分教学组装区和机器人创意实践区。
学生通过PPT了解了机器人科技发展的历程后，可以分组亲身体验机器人程序的简单设计，如何让机器人实现转弯、前进、后退、遇到光亮后喷射灭火等。
程序设计结束后让学生亲身体验机器人完成预设“任务”的过程。
A项目是机器人灭火，即模拟现实家庭中机器人处理火警的过程。制作一个由计算机程序控制的机器人，在一间模拟平面结构的房间里活动，找到代表房间里火灾点的正在燃烧的蜡烛并尽快将它扑灭。
B项目是机器人综合技能比赛，也是中国青少年机器人竞赛项目之一。比赛时要求参加代表队在现场自行拼装机器人、编制机器人运行程序、调试和操作机器人。参赛的机器人是由程序控制的，竞赛中设置机器人综合技能比赛的目的是检验青少年对机器人技术的理解和掌握程度，激发中小学生对机器人技术的兴趣，培养动手、动脑的能力。
C项目是FLL机器人工程挑战赛，FLL（FIRST LEGO League）是1998年由FIRST机构和LEGO集团组建的一个针对9~14岁孩子的国际比赛项目。每年9月，FLL向所有的队伍公布年度挑战项目，鼓励孩子们用科学的方式去调查研究并自己动手设计机器人，在辅导员的指导下对机器人进行设计、搭建、编程，解决现实世界中的问题。自比赛开展以来，FLL已经对学生和学校产生了积极的影响（下图所示为定时、温度计设定任务完成后的照片）。
上述演示体验项目随着机器人的创意发展和设施设备的添置，在不断更新中。
电子慧谷集合了电子科技、机器人自动控制、3D模型构建打印等模块的内容，看似分散的知识技能点却可通过整合碰撞出创新的火花，如利用机器人感应一氧化碳输出端口控制光耦继电器和自动窗、排气扇实现联动，利用3ds Max设计模块进行创新实践的作品“智能性厨房排毒装置”已送省市参加创新大赛评比。电子慧谷已经成为学校培育创新种子的土壤，只要我们踏实工作，切实开展活动，不断将适合这块土壤的科技内涵根植其中，相信今后一定会结出更多的硕果。
黄色的塑料丝一股股地被3D打印机“吞”入“口”中，经200多摄氏度的高温喷头融化后又如春蚕吐丝般慢慢“吐”在热床上，随着时间的推移，一个根据学生创新发明“金点子”构建的3D模型洁净水杯就出现在众人的面前，而这个3D模型的构建是鲈乡实验小学六年级同学信息技术校本特色课程第二课时的内容，曾让老师们都觉得“高大上”的3ds Max模型构建确实已经进入小学课堂。不是亲眼所见，也确实很难想象小学生能创意发现构建打印这个立体模型。
江苏省苏州市鲈乡实验小学是江苏省科技特色学校、江苏省现代教育技术应用先进单位、苏州市教育信息化示范学校，2012年结合学校特色发展建立了3D影音及3D建模打印体验中心，作为本校学生3D建模打印社团活动的基地，也被区教育局选为“心灵 艺术 科学”的活动场所之一，近几年来累计有近10 000人次体验了3D影音及3D建模打印课程。
在社团活动起始阶段，我们对学生进行基本立体图形的3D建模培训；学生掌握基本建模命令后，开始结合实际生活把所见物体在3ds Max中模拟构建，再把有创新亮点的作品另存为STL格式，由3D打印机打印输出。
2015年，3ds Max建模打印系列课程全面在六年级实施，学生可以近距离感受最前沿的3D打印技术。我们在课程设计中注重与学生生活实际结合点的把握，注意以问题的解决为着眼点安排教学内容。例如，第一课时的教学内容是用布尔运算给“摔坏”的锅盖设计一个把手；第二课时是根据学生创新“金点子”构建一个“洁净水杯”并打印；第三课时则是省编教材“画房子”的升级版“建房子”，要求学生运用标准基本体及复合对象面板中的有关命令设计并构建一个有太阳、小树、房子、远山的三维场景；第四课时要解决的实际问题是如何打印一个钥匙开启房门（有钥匙图片）；第五课时正值中秋，要求学生仿照“南大创客”制作3D月饼……
学校信息技术校本课程的设计理念是把学生培养成创造者和问题解决者。众多问题的解决过程，许多创新创意“金点子”，都渐渐充实到3D建模打印课程中。例如，创设一些与学生实际生活相关的问题情境：艺术节“达人秀”要设计奖杯，你能自己创意制作一个富有学校特色的奖杯吗？电子百拼的器材中缺了转盘，无法“起飞”了，你能利用3ds Max建模并打印一个转盘让器材再次升空吗？家里的新房要装修，你能为客厅背景墙设计一个3D效果吗？同学们在学习3D建模打印的同时，独立思考能力、创造能力得到了培养和提高。随着对3ds Max学习的深入，同学们都能像童话故事中的神笔马良，可以随意画出自己想要的东西。学生们可以轻松打印或绘制出想象的立体物品，成为现实版的神笔马良。学校的科技创新“金点子”比赛后也有众多的作品可以借助3ds Max建模打印“变”虚为实，有的学生在设计自己的创新作品时需要一些塑料配件，也用3D建模打印。可以说拥有了3D建模打印本领，就有了自己创新发明的“兵工厂”。
该校本化信息技术课程在实施以来得到了家长的肯定和欢迎，现在许多家长都在家庭电脑中安装了3ds Max软件，鼓励学生在家学习3D建模。学校的3D建模课程建设也得到了很多专家的赞赏，近年来还多次在苏州市小学信息技术观摩活动中展示。2016年又在近4年实践积累的基础上进行优化整合编撰了《中小学生3D建模打印教程》，并由江苏科技出版社正式出版发行。该课程共26课，其中3D建模篇22课，3D打印篇4课。具体实施近40课时，可以覆盖小学六年级整个学段的小学信息技术教学。
3ds Max描绘创意，3D打印实现梦想。作为完整的教学知识链，学校将3D打印课程全面在六年级段实施，目标是让每个孩子都能在描绘出自己创意火花的同时，通过3D打印机将梦想变成现实，在毕业时都能拥有自己的3D打印作品作为小学成长阶段的留念。本教学案例曾在市区公开教学活动中展示。
教学目标
（1）学会使用图形面板中的“线”工具绘制二维图形。
（2）会对角点进行移动、平滑等设置和操作。
（3）初步掌握使用“轮廓”命令绘制二维图形。
（4）学习应用修改器列表中的“挤出”“车削”命令构建3D模型。
（5）能对“车削”命令中的部分参数进行正确设置。
（6）了解3D打印机打印水杯的过程及方法。
教学重点、难点
“轮廓”命令的运用，“车削”命令部分参数的设置等。
教学准备
二维铁丝模型、3D打印水杯、水杯原型、3D打印过程录像、模型构建PPT教程等。
教学过程
1.谈话引入课题
大家参加过青少年科技创新比赛吗？
（1） 手中拿的水杯跟普通水杯有何不同？（讲解创新亮点）
（2） 如果我有这样的创意，但是找不到人来帮忙制作，那么我们可以考虑用什么办法来完成这个创新作品？（板书课题）
2.学习“车削”命令的运用并制作杯身
（1）我们看一下这个杯子的主体由哪两部分组成？
（2）如果你是个陶瓷艺人，你会如何制作？
（3）观察分析杯子主体的截面特点。
●压瘪后或投射到黑板上会形成什么形状的图形？
●这个图形左右对称吗？
●绘制杯子投影平面后用二维模型演示侧截面的特点。（板书绘制截面）
（4）学习在图形面板中绘制二维图形。
注意点：①绘制直线时应用Shift键辅助；②利用修改面板中的“样条线”→“轮廓”命令拉出二维闭合图形，有问题的同学可观看PPT教程；③角点调整。
（5）学习在修改面板中选择“车削”命令进行二维转三维物体的尝试。
●运用二维铁丝模型演示“车削”过程。
●老师演示操作过程，突出要点：灭灯操作、最小化概念理解、焊接内核、分段等，可让学生自己充分尝试后亲身演示。
3.尝试运用“挤出”命令构建杯柄
（1） 观察水杯柄部分的特点，截面是怎样的？能不能继续利用“车削”命令来完成？（板书绘制截面）
（2） 截面能不能利用上面所学的“轮廓”命令来绘制，绘制前要切换到哪个命令面板？
（3） 学生尝试自己完成杯子手柄部分的二维闭合图形绘制后演示。
（4） 让学生利用修改面板中的“挤出”命令尝试完成手柄三维图形的构建（包括尝试调整参数）。
（5）小组互助完成构建。
4.调整角点让水杯柄变形
老师演示杯柄角点的操作，包括平滑角点，顶点的新增和移动等，完成水杯柄构建的同学在极域电子教室“电子举手”，老师演示后加分。
5.观看3D打印录像，了解3D打印机的工作过程
看了3D打印洁净水杯的过程，你了解了哪些知识？有什么感想？你希望3D打印机还能帮助我们解决什么问题？
6.小结
课堂上很多同学掌握了二维转三维命令及车削、挤出的运用，有的同学还能自己尝试并找到参数的正确设置方法，这些品质尤为宝贵，希望继续保持。同学们在学习3D建模打印的同时，独立思考能力、创造能力得到了培养和提高。
绘制路径、获取图形、放样物体是3D建模的三步曲，同样，创客教育也需要“绘制”实施的路径。创客教育集创新教育、体验教育、项目学习等思想为一体，融合科学、数学、物理、化学、艺术等多学科知识，注重培养学生的想象力、创造力及解决问题的能力。美国近年也开始拥抱创客运动，提出要创新教育以提升学生STEM的学习水平，认为学校教育变得越来越僵化，大量的作业和考试，造成了学生对知识的死记硬背，学生的创造力和创新精神正在丧失。我国教育部教育装备研究与发展中心根据教育部工作部署制订了2016年工作要点，把创客教育作为加强创新创造教育研究的中心工作。教育部提出，有条件的地区要积极探索新技术手段在教学过程中的日常应用，有效利用信息技术推进众创空间建设，探索创客教育、STEM教育等新教育模式，使学生具有较强的信息意识与创新意识。
目前，3D建模打印技术方兴未艾，技术日趋成熟，应用日益广泛。其融合了艺术、物理、数学、工程学等学科，能有效提升学生的STEM学习水平及跨学科的学习能力，与创客教育的目标导向“不谋而合”。我们在实践中探索建设3D建模打印课程及3D打印创客教室，并列入高年级的课程表，把它作为学校创客教育的新路径取得了较好成效。
南京大学博士生侯印国联合其他人推出的一款“蓝鲸”月饼，就是用现代3D打印科技结合传统月饼食材工艺制作而成的。诸如此类的新闻层出不穷，可见创客们已经通过3D打印实现了自己的创意并推向了市场，还获得了良好的经济或社会效益。我们在3D建模打印创客教育课程中也曾以上述范例引导学生建模打印制作3D月饼印模。小学生成功模仿并打印完成了大学本科生创客作品，成功的体验给了学生更多的创新动力。
在青少年科技发明比赛“金点子”征集过程中发现有“洁净水杯”的创意，虽然简单但是有创新的亮点，即杯子柄部设计成45°斜边放置时可避免灰尘进入，于是引导学生在3ds Max中建模然后3D打印，一个创新金点子立刻“印”入眼帘，该杯子参加创新大赛还获得了奖项。同学们在学习3D建模打印的同时，独立思考能力、创造能力、跨学科的学习能力得到了培养和提高。当然跟学生现实生活密切相关的问题有时候“信手拈来”，也成了3D建模打印创客课程的内容。下面是笔者设计的“3D沙滩椅塑料构件制作”教学案例，该课曾在苏州市小学信息技术教学观摩活动中展示。
教学目标
（1）运用“超级布尔”“挤出”“车削”等命令构建座椅塑料构件。
（2）学习二维图形的附加及顶点的熔接、焊接等。
（3）体验运用3D建模打印，解决生活中的实际问题。
（4）了解3D打印机打印输出3D模型的过程。
教学重点、难点
二维图形的附加及布尔运算。
教学准备
3D打印塑料构件、3D打印过程录像、3D组装动画、操作演示微视频、教材等。
教学过程
一、发现问题、策略探讨
1.问题的提出
展示沙滩椅实体，图示沙滩椅的塑料构件坏了，造成整个椅子无法正常使用，今天我们的任务是要用已学的3ds Max建模命令“生产”一个完好的构件（PPT展示、板书课题）。
2.分组观察构件的形状特点，提出解决方案
3.各组汇报解决方案后进一步细化制作流程
（1） 讨论方案：已损坏的塑料由哪两部分组成？如何运用3ds Max来构建？你能先简要说说如何在3ds Max中构建塑料构件主体吗？
（2） 柱体附件有何特点？它的截面是怎样的？柱形附件（动画演示）该用什么命令构建呢？（板书）
二、超级布尔制作构件主体
课题A：构建一个43mm×43mm×19mm的圆角长方体
学生认领课题上台演示。全体学生按教材提示或教师机大屏幕动画操作演示构建（在PPT上给完成此项操作的学生加分）。
（1） 进入自定义菜单，设置系统单位为毫米。
（2） 进入图形面板，运用“矩形”工具在顶视图中绘制一个矩形，随后在修改面板中设置边长为43mm×43mm。
（3）在修改器中将矩形转换为可编辑样条线。
（4） 选择“可编辑样条线”→“顶点”命令，用移动工具选中4个顶点，在“圆角”中设置参数为“6mm”。
（5）在修改器列表中选择挤出，并设置“数量”为“19mm”。
课题B：在长方体上开一个半径为8mm的孔及两个宽度为15mm的长方体槽口
学生认领课题上台演示。全体学生按教材提示或教师机大屏幕动画操作演示构建。
（1） 选择顶视图，在标准基本体中构建半径为8mm的圆柱，高度大于19mm即可，边数设置为“60”，调整位置使其“贯穿”长方体。
（2） 在顶视图中按前面圆角矩形的绘制方法，绘制一个30mm×15mm× 15mm的长方体，复制一个并在Z轴旋转90°（建议打开角度捕捉切换并设置角度为90°）。
学生操作后，提问：有无更简便的方法？（简便方法：复制两个大圆角长方体，分别在X轴方向及Y轴方向缩小至35）
（3） 将上述圆柱、两个小圆角长方体移动到相应位置后，选中当前物体为最大的圆角长方体，单击复合对象中的超级布尔运算（ProBoolean）按钮，在大圆角长方体上减去两个小长方体及圆柱。
课题C：在长方体侧面进行超级布尔运算
观察模型侧面需如何操作？二维图形的截面该怎样绘制？
老师提示操作方法及要点后，学生按教材提示或老师预发演示微视频进行操作。
（1） 在顶视图中选择图形面板中的“弧形”“直线”工具绘制下图所示平面图形。
（2） 选择修改面板下的样条线选项，选取弧形工具绘制弧形部分，另外再用直线工具附加其他线段。
（3）选择相关顶点进行熔接或焊接。
（4）在修改器列表中挤出，数量为13mm，然后进行超级布尔操作。
三、车削制作柱形构件
课题D：制作柱形塑料构件
比赛规则：两个构件最快全部完成或完成率最高的小组每人加3分（注：以上传教师机文件数计算，可以相互协助完成）。
（1）切换到前视图，在图形面板运用直线工具绘制下图所示图形。
（2） 选中相关顶点后在右键菜单中选择“平滑”命令，在修改器列表中选择“车削”，并选择焊接内核及对齐方式为最小，分段为60。
（3） 如遇到一些顶点处还不够平滑，可进入修改器，选中顶点后再进行圆角处理。
课题E：确定柱形构件的高度及半径
四、观看3D打印录像片段，了解3D打印机的工作过程
看了3D打印机的工作过程，你有什么感想？
五、组装解决实际问题，小结本课教学内容
（1）动画演示组装方法后请学生上台实际操作，更换沙滩椅构件。
（2） 小结：问题解决了，我们的课也将结束了，今天课堂上我们运用已学知识构建了3D塑料构件，维修好了沙滩椅，问题的解决经历了分析观察、测量数据、模型构建、3D打印、组装调试等环节。美国航天局继2014年后又给空间站送去一台大小翻倍的升级版3D打印机，3D打印正在改变我们的生活，回去思考一下3D打印还能帮我们做什么？你想让它协助我们解决什么问题。
虚拟现实技术（VR）是20世纪末兴起的一门崭新的综合性信息技术，它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感技术等多个信息技术分支，通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互。作为一门先进的人机交流技术，虚拟现实技术已流行于世界范围内的各个领域，如虚拟现实建筑物的展示与参观、虚拟现实手术培训、虚拟现实游戏、虚拟现实影视艺术等。和一些发达国家相比，我国的VR技术还有一定的差距，但已引起政府有关部门和科学家们的高度重视。根据我国的国情，制定了开展VR技术的研究。国家自然科学基金会、国家高技术研究发展计划等都把VR列入了研究项目。正因如此，我们需要从小学开始逐步渗透虚拟现实技术，让学生初步触摸感知以进一步培养学生深入学习的兴趣。
让心脏转身，带你在心脏的各个心室参观，跟着血液在动静脉中“坐过山车”。这一切得益于VRML技术，它能让你体验到立体生物的“魔幻魅力”，帮你生成一个逼真的视觉、听觉、触觉一体化的三维虚拟环境，使参与者获得与现实一样的感受。以上是一个运用三维VR技术制作的生物课件，而波兰的医生利用虚拟现实系统结合一个定制的移动应用和谷歌眼镜来清理冠状动脉堵塞，这是虚拟现实技术首次应用到手术中的一个案例。看来虚拟现实技术离我们并不遥远。VRplatfrom、3ds Max、PhotoVista 2.0等软件都是实现虚拟现实技术的途径，VRplatfrom和3ds Max大多用于三维仿真模拟，技术的难度系数较高。
PhotoVista 比较适合小学高年级学生学习掌握，可以制作出具有360°全景式的影像式虚拟实境，并自动输出网页。以下是笔者结合小学信息技术课程中“压缩与解压缩”和“软件的下载与安装”的教学，将虚拟现实技术“整合”进课堂，让学生学习PhotoVista 2.0全景图制作的实际操作案例。
教学要求
（1）初步了解虚拟现实技术的应用领域与实现途径。
（2）掌握运用PhotoVista 2.0制作全景图的方法。
（3）会结合FrontPage对PhotoVista 2.0生成的图片进行修改设置。
（4）知道数码相机获取连续图片的要点及过程。
（5）进一步掌握软件的压缩与解压缩及安装和使用。
教学重点、难点
运用PhotoVista 2.0制作全景图的方法及结合FrontPage对PhotoVista 2.0生成的图片进行修改设置。
教学准备
（1）PhotoVista 2.0软件安装及教学讲义。
（2）教学微视频。
（3）全景数码素材。
教学过程
一、谈话引入
（1）同学们，我来自**小学，是第一次来到我们**中心小学，发现你们的校园景色很美，你们有同学到过我们学校吗？我们**小学有花园式学校的美誉，说到这里，肯定有不少同学想了解**小学，老师给大家带来了一些我们学校的数码照片，下面请单击桌面上的课件链接，进入获取素材模块。单击桌面上的两个素材图片库，下载并解压缩后查看里面的照片，在了解的同时要求大家仔细观察，说说这些图片间有什么联系？想象一下老师是如何拍摄的？（学生查看鲈乡实验小学的两个素材图片库）
（2）引出课题：大家这样看，一个个地单击打开，查看再关闭是不是觉得很麻烦，有没有同学有好办法？（解压缩后查看缩略图）
这样看是方便一些了，但是不能达到身临其境的效果，老师带来了一个小软件，能把这些连续的图片连接起来，轻轻移动鼠标就能把四周美景尽收眼底，告诉大家这个软件叫PhotoVista 2.0。（板书）
（3）我要考考大家，PhotoVista 2.0软件是用来做什么的？（板书PhotoVista 2.0全景图制作，展示课件）
二、学习制作
（1）在开始制作前首先要获取素材，刚才我们已经初步查看了图片素材，下面请大家进入全景素材模块，并下载解压缩到电脑D盘根目录下以你的姓名（声母）命名的文件夹内（请一位学生演示，有问题的同学可以单击“手把手教”模块中的下载解压缩或请同学、老师帮助）。（学生可以自主选择素材库下载并解压缩）
（2）如何在PhotoVista 2.0中打开素材库呢？老师操作后请学生复述要点。（学生说出操作要点后，老师再请一位学生上台演示，学生补充后大家一起操作）
（3）预览与生成全景图的步骤，请大家阅读教材或查看“手把手教”，也可以自己尝试并小组讨论，说说操作要点。（学生完成后老师说说要点）
●保存作品，一起观看录像后请学生复述模拟，然后一起操作并保存。
●浏览与修改（学生自己在学习型网站中寻求帮助并操作完成）。
（4）我们现在获取的素材都是现成的，如果我们要制作自己学校的全景图需要什么器材？如何拍摄呢？（请课前跟老师一起拍摄的同学说说要点）
三、展示与评价
老师事先把典型的案例压缩并传送到教育博客专题中，发送链接，学生一起查看品评。
四、拓展延伸
●全景图只是虚拟现实的一种，大家想不想知道其他的虚拟现实技术？
●学生可浏览网页中的拓展延伸→更多范例。
●这些范例都是用什么软件制作的？VRplatfrom还有3ds Max也可以制作，你知道的虚拟现实技术主要有哪些应用领域？
五、网上测试
选择题：（计算机自动判断并给分）
1.下面的（ ）软件是用来进行全景图制作的。
A.Photoshop 6.0
B.PhotoVista 2.0
C.画图软件
2.拍摄全景图素材时，数码相机最好选择（ ）来进行。
A.自动挡
B.手动挡
C.风景拍摄模式
3.在PhotoVista 2.0选择并添加素材时，应按（ ）的步骤操作。
A.单击File/Open Source Images,Add all添加，按SORT排序
B.单击File/Open panorama,Add all添加，按SORT排序
C.单击File/Open Source Images,Add all添加，按Reverse排序
4.PhotoVista 2.0保存生成的全景图片，要求是最清晰的并且浏览时不需要插件支持，下面（ ）是正确操作。
A.选择File/Save As，在弹出菜单中选择FOR Plugin和Best Large项
B.选择File/Save As，在弹出菜单中选择FOR Java和High Medium项
C.选择File/Save As，在弹出菜单中选择FOR Java和Best Large项
5.下面软件中，（ ）也经常被用来制作虚拟现实。
A.Offi ce 2003
B.VRplatfrom
C.3ds Max
六、小结本课
PhotoVista 2.0虽然比Vrplatfrom和3ds Max难度系数低，但考虑到这对于学生来讲毕竟是一个全新的软件，操作界面与他们熟知的Offi ce截然不同，为了尽量扫清学生的障碍，我们做了大量的课前准备工作：首先是给学生准备“教材”—PhotoVista 2.0 教学讲义，然后是用数码相机拍摄全景素材，最后还制作了一个课件，里面集成了许多教学微视频，上课时发送到学生计算机，让学生在遇到困难时能及时从学件中获得帮助。
超越教材才能超越自己，精彩源自改变。小学信息技术教材版本较多，修订的频率也比其他学科要高一些，这与信息技术的发展是正相关的。如今，信息技术课在各校已经普遍开设，但由于条件的限制，开设的起始年级有所不同，有的始自一年级，有的则始自三年级。因此，有必要从生本、师本、机本出发，探索具有学校特色的校本化教材。PhotoVista 2.0全景图制作这一课由于用到素材库的解压缩、PhotoVista的下载安装使用，以及运用FrontPage对其生成的图片进行修改设置，而这三项内容都是六年级信息技术中学生需掌握的几个技能点，在上课之前还需要组织学生在校园内或到附近景点拍摄相关的素材照片，这里涉及了照相机手动调焦、三角架的使用等，学生需要迈出双腿的同时，完成此项全景图制作任务还需跨学科的知识技能的支撑，应该说也是提升学生STEM素养的一个成功案例。
生硬的教材如何“活化”是我们一直思考的问题，都说信息技术是综合实践的一个重要组成部分，其实作为信息技术教师的我们主动地将人文的生活化信息整合到我们的信息技术课堂，形成具有自身特色的课程案例，进而积累成具有校本特色的课程体系是一个值得研究的课题。作为市级观摩活动的展示课，“动态背景的制作技巧”在观摩活动交流结束后反响强烈许多老师都说事先想不到是PPT的内容，看到课题的第一反应是在现有的教材中无法找到类似的课题，但是听了课之后豁然开朗，觉得教者与吴江区的人文相结合，构思巧妙，是对教材的一种创新解读和重构，同时也可以说是综合实践活动的一个优秀案例。
教学目标
（1）认识影片对象，学会在幻灯片里插入影片对象，学会修改影片的大小属性。
（2）会在幻灯片指定位置插入声音并设置成背景音乐。
（3）掌握利用“新建相册”的方法快速插入图片素材。
（4）能正确设置自动播放PPT。
（5）学会使用百度等搜索引擎寻找解决问题的途径和方法。
教学重点、难点
在幻灯片中插入影片声音的方法，影片及声音属性的修改。
教学准备
教材及“水韵吴江”朗诵稿。
“水韵吴江”背景素材图片及AVI若干。
Authorware制作的“水韵吴江”课件范例。
教学过程
一、任务驱动，复习前知
（1）学校艺术节闭幕式的节目很精彩，其中有一个节目是诗朗诵“水韵吴江”，老师觉得朗诵得不错，如果配上背景画面也许会更出色，大家是否有同感？老师从网上找了一些图片素材并进行了初步处理，按水之湖泊、水之桥、水之物产三个篇目分别放在相应的文件夹中，你能帮忙把这些素材做成朗诵的背景吗？说说用什么软件中的什么功能？（板书：PowerPoint 2003）
（2）学生演示完成任务一：（出示）选择水韵吴江素材目录下的“水之桥”，将里面的图片素材插入PowerPoint中。（不必完成，学生复习巩固旧知）
二、传授技巧，巩固旧知
（1）一张一张地插入图片，大家做得很认真，里面有11张图片，这样重复的工作能不能让计算机来完成？我听说了一个功能是“新建相册”，但是不知道怎么操作？你说有没有方法找到“新建相册”的操作要点？（百度搜索引擎的使用，老师将搜索结果呈现在投影上，学生自主探究）
（2）学生上台演示：【插入】→【图片】→【新建相册】→【文件磁盘】→选择相关目录中的图片素材（按Ctrl+鼠标左键多选）→【创建】。（操作步骤板演）
（3）学生继续完成任务一：利用新建相册的方法将所选课题中的图片批量插入PowerPoint并保存为SZQ。
（4）小结：新建相册前要按照朗诵稿对图片次序做编号，然后导入，或者在新建相册的过程中进行调整。一般选择“适应幻灯片尺寸”选项。
三、插入影片，传授新知
（1）刚才大家已经学会利用新建相册的方法把图片批量导入PowerPoint，这项功能是Offi ce 2003以上的版本才有的功能，这给我们怎样的启示？（版本的不断升级功能会不断完善，因此我们要利用网络等媒体不断探索并学习掌握新功能，这样才能把软件用的得心应手）
（2）观察“水之物产”素材目录，除了图片还有什么素材？你怎么知道的？能把它们也插入进来吗？学生自学教材后尝试。请一位学生说说方法。
（3）学生完成任务二：建立新文件，将“水之物产”下面的图片文件和电影文件插入PPT，并调整大小。
（4）小结：A、插入影片的步骤（板演：【插入】→【声音和影片】→【文件中的影片】→【插入影片】→选择影片插入；B、插入的影片格式为MPG、AVI、ASF、WMV等，有些影片由于格式问题无法插入，需要利用专门的软件进行转换。
四、设置背景音乐，完善作品
（1）演示学生的一个作品，加入了影片使背景更加富于变化，作为朗诵的背景感觉还缺点什么？多了些什么？我们需要做哪两件事？
（2）学生继续完成任务二：我们先来修改影片的属性。（声音设置为静音）
老师演示。（板演步骤：在影片上单击右键，选择编辑影片对象，将声音关到最小，或者勾选静音选项）
（3）如何插入声音呢？学生演示后老师板演。（在文件中的影片页面选择【插入】→【声音】后选择【文件中的声音】即可）
（4）学生完成任务三：制作完善“水之桥”“水之物产”PPT，在起始页插入声音并设置声音属性。
（5）学生播放作品时发现新问题，寻找解决问题的策略。（老师演示并板演：贴图）
（6）完成后通过作业上交系统网络递交作品。
五、学生作品展示，演示范例，学会自动切换，小结延伸
（1）观看学生作品，每组一个。学生对所观看的作品发表议论。
（2）其实上面的素材都来自老师为此次竞赛制作的一个课件，你们想看看老师做的吗？
（3）看了之后有什么感受？对自己的作品还有什么不满意的地方？
（4）我们能不能设置自动播放呢？
（5）完成任务四：设置切换效果和自动播放。（老师演示：选择幻灯片的切换效果和换片方式，设置间隔时间并应用于所有幻灯片）
（6）学生完成“水之物产”“水之桥”的切换设置并将作业上交。其间学生有问题的发送帮助文件“切换设置．exe”。
（7）到这里我们已经把朗诵背景基本制作好了，说说今天我们学习了什么？（板书：你有什么收获？时间其实还需要调试，这个留在课外完成，“水之湖泊”作为作业回家完成。大家可以将PPT放在自己的邮箱里，回家把自己制作的PPT配上自己的朗诵，我相信你一定会有新的感觉）
六、小结
（1）结合教材内容，搜集处理素材，创设生活化的任务情境。本课采用靠近学生学习生活的一个任务情境的创设，这样的任务学生很愿意去试图完成，自主探究的动力自然容易到位。当然，由于课堂40分钟的限制，老师需要在课前做好充分的准备，包括图片和影音素材的搜集、处理与分类，演示课件的制作等。这些“半成品”是创设生活化任务情境的有效资源，学生要做的是在老师的引导下自主探究，同学协作整合素材，完成成品制作。
（2）深入挖掘教材，有效整合各技能点，促进学生实战能力的有效训练也是本课的一个设计理念。本课题为“动态背景制作”，实为省编教材下册中的“PowerPoint影片及声音的插入”一课，相对比较简单，所以对于影片及声音的插入这两个技能点采用学生自学教材自主完成。本课将“影片声音的设置、幻灯片切换效果、幻灯自动播放设置”等技能点有效地整合在“水韵吴江”动态背景的制作任务之中，学生在今后的班级活动中很可能碰到类似的任务，这种实战演练对于学生比较有“挑战”性，学生也比较乐于接受此类挑战。
（3）渗透信息技术学习的技巧策略，有效提升学生的信息素养。应该说信息化素养的含义是比较宽泛的，不仅仅是对某些信息技术知识点、技能点的理解和掌握，更重要的可能是面对信息技术的不断发展变化，不断进行自我调整适应的能力培养。所以在教学活动中渗透信息技术的一些学习方法也是非常必要的。在“新建相册”这个技能点教学的处理上，让学生通过搜索引擎寻找解决问题的策略，人网交互学习新软件的一些新功能。在本课的教学难点之一“声音的设置”上，给相关的一些同学发送了实际操作的教学微视频文件，让学生模仿操作完成任务，这其实也跟市面一些软件的教学光盘相一致，也是学习新软件比较有效的方法。
（4）目前各国都非常重视学生STEM素养的培养，此案例直接给学生下达一个综合性较强的任务，需要学生整合已学的知识技能，结合任务“朗诵PPT背景”的要求进行实战训练，作品完成后还要学生配合自己的PPT进行朗诵预演，跨学科能力的培养也有所体现。
著名的钱学森之问，目前尚无明确的答案，更无实质的跟进措施。一切似乎仍然那么有条不紊，按部就班，没有什么大的改变发生。但是围绕着“为什么我们的学校总是培养不出杰出的人才？”这一世纪之问却引发了教育界的深入思考。在美国类似“惠普车库”“迪斯尼车库”“亨利•福特车库”“苹果电脑车库”“A Spec车库”等几乎家喻户晓。美国历史上许多知名的科技企业确实都在车库里诞生，于是便有了“车库文化”一说。这种车库文化体现了美国的“尚技重工”，这种遍布各个家庭的“创客空间”或许最初仅仅是出于某种爱好，但事实上其中的某几个车库确实推进了人类科技的进步。创客教育提倡自己动手、鼓励创新开拓的思想。STEM教育致力于培养和提高学生跨学科解决问题的能力，强调工程技术与科学、数学等学科的融合。因此在我国倡导STEM教育或创客教育有很大的必要性和紧迫性。当然要持续有效地推进这一进程还需要从以下各维度创设好实施的大环境。
一、建设STEM体验空间，为课程推进奠定良好基础
搜索一下我们在基础教育方面的一些活动，有些其实是指向STEM教育或创客教育的，如从国家级层面到县市区乃至学校一级的青少年创新大赛，各级各类的机器人比赛等，多年前为了激发学生的参与积极性，许多地方或部门甚至还与升学招生挂钩。但是在欣欣向荣的表面背后回过头看看真正的实效如何呢？钱老担忧的问题因此解决了吗？我们经常见到有许多高大上的创新发明见诸报端，事实上同时也有很多的疑问因此产生。笔者在基层了解到的许多学校的运作模式是，当上级发文有创新竞赛或机器人赛事的时候，学校层面开始布置发动，开始购置往往是赛事主办方规定某赞助商所在公司生产的机器人，然后是训练参赛。从时间上看往往是从发文开始到拿到奖状结束。从内容上看创新大赛往往嫁接了许多老师的创意，机器人比赛都是运用指定机型、指定软件、指定方案进行设计。从受众上看，由于时间短往往仅仅是一小部分学生参与。这样的教育活动从整体上看对学生的跨学科能力培养作用不大。教育是慢的艺术，在这样的短平快状况下且带着浮躁的心态去实施是不会有实质性推动的。在没有一个普及性和持续性推动的情况下，突兀地产生了一些“高精尖”的所谓发明创意，大众对这些大奖获得者的真实能力产生怀疑也就自然发生了。
创客媒体公司的创始人戴尔 •多尔蒂（Dale Dougherty）打造了一些可“移动”的创客平台，创客运动的参与者TechShop成立于 2006 年，口号是“在这里构建你的梦想”，它会为访问者免费提供 3D 打印机、激光切割机及木工车床等设备。目前，TechShop在全美有 10 个办公区域，甚至连一些美国当今最热门的创业公司都是从TechShop的工作室中诞生的。从家庭层面的车库到公司化运作的可移动创客平台，再到免费提供的创客工作室，良好的创客教育大环境让创客运动席卷全美。
“车库文化”又名“地下文化”，本身从物质层面理解要有一个DIY的三维物理空间，我国家庭目前的住房条件或许还不具备。但是，如果每个家庭搞一个“角落文化”，配置DIY的相应工具器材，在学校层面建设创客教室、STEM体验中心，配备一些让学生能实现创意、梦想的3D打印机和Arduino硬件设备等，这些还是可以实现的。Arduino是硬件、软件都开源的，它基本透明掉了硬件电子部分，只剩下软件部分，通过把电子部分组成“模块”，使得大量IT人士、普通人，甚至小学生也能上手“玩”起来。也正因如此，它的硬件价格低廉，软件也无须购买。笔者撰写的《面向STEM的Scratch创新课程》配套的可供全班学生使用的25套Arduino器材总价不到两万元，而且硬件的兼容性好，传感器通用性强，在需要升级“版本”时还可有效利用原有器材。我国目前似乎还没有出现类似创客之父一样有影响力的人物，但是在学校层面已经有景山学校的吴俊杰、温州中学的谢作如老师等。上海创客中心在内的90家创业服务组织共同成立了上海“众创空间”联盟；中国电子学会现代教育技术分会牵头的全国中小学STEAM教育大会目前已召开多届；柴火创客空间得到全球最大的创客集会Maker Faire 官方授权，以主办方的形式从2012 年起开始每年举办深圳制汇节。所有这些都为我国跨学科整合性人才的培养在创造有利条件。
二、创设STEM创新课程，确立有效实施途径及策略
最近，江苏、重庆、上海等发达地区命名了一批STEM实验学校或STEM实验工作室，通过学校层面的引领来带动STEM教育或创客教育的开展是个不错的想法。这当然需要在各校建设STEM体验中心或创客教室，除了这些物理空间的创设之外，还需符合校本生本的STEM创新课程的参与，以及持续推进的机制的建立。一些公司推出的课程或许有些借鉴意义，但大都是从美国等“泊”来，在我国落地生根需要适应、嫁接和改造的过程。笔者在近几年实践的基础上先后编撰了《中小学生3D建模打印教程》和《面向STEM的Scratch创新课程》，并且在小学高年级全年级推进，受到了家长和同行的好评。具体策略是在五年级开设3D建模打印社团，在六年级成立STEM创新社团。在六年级全年级开设3D建模打印课程和Scratch创新课程，这样五年级的社团成员到了六年级成为了老师的小助手，STEM创新社团也成了Scratch创新课程实施中的好帮手。
《中小学生3D建模打印教程》分3D建模篇和3D打印篇，3D建模篇的教学在普通教室完成，学生机安装3ds Max即可。学生学会建模后来学校STEM体验中心的3D打印教室打印出自己所描绘的创意。《面向STEM的Scratch创新课程》主要分3部分：PicoBoard互动篇、Arduino Uno R3创新篇及整合应用实践篇，共22个活动项目。PicoBoard互动篇注重人机互动游戏编程，Arduino Uno R3创新篇着重编程与创新发明的结合，诸多创新课程设计令趣味编程走向趣味创造，使程序设计与工程技术有机融合。3D打印、编程与创新发明的整合课程则让学生体验跨越学科的思考与创造。本课程的第3篇涉及的案例大都是综合类，学科的跨度更大，具有一定的难度系数，因此一般建议作为学校STEM创新社团的活动教材。通过一些项目的学习，对学生是受益终生的。如“金鱼缸智能管家”一课，围绕这个项目，要涉及自控装置的设计策划、传感器的选用安装、鱼缸喂食器等的购买、程序的编写、3D模型的下载构建、图片的拍摄和处理等一系列较为复杂的综合性任务，该案例以完成一个创意设计方案为主线，串联起一些跨学科的技术单元，让学生在综合应用的环境中学习工程技术提升STEM核心素养。“金鱼缸智能管家”一课的主要设计目标是：智能管家能检测水质及水温状况并及时过滤、加温（当环境温度低于20℃时加热到25℃）；能定时喂食，当水温超过30℃，或者光线趋弱（晚上）时减少投饵频率；有人靠近时开启背景灯；当下降到预设水位线时开启电磁阀加水。需要的硬件设备有水质传感器、温度传感器、水位传感器、光线传感器、人体红外热释电运动传感器、5个继电器、自制不锈钢水槽、电磁阀等。学生要用Scratch程序来拾取各传感器的值，智能化地控制电磁阀、喂食器、加热棒、过滤泵、照明灯等设备的运作。所有的输入输出设备均连接在Arduino Uno主板及扩展板上，学生只需初步了解各设备的功能及连接方法，主要精力放在S4A程序的编写上即可。为了让控制画面更美观、更专业，可以综合运用已学的3ds Max建模知识，渲染一些配套的画面如喂食器转动、加热棒照明灯工作等效果图。以上创意项目曾出现在某985高校自动化系的研究生论文中，由于Arduino硬件的低门槛，该创意目前在我校已被小学生顺利完成。在经历了几课时的协助学习完成了“研究生”的项目，成功的体验是非同一般的。目前学校STEM教育的拉动作用已初步显现，许多学生在家安装了3ds Max软件，有的还购买了课程配套的Arduino硬件设备。
三、探索STEM教育工作坊及教学评价新机制，形成横跨能力培养新模式
开设创客空间，并设置有专门的创意课程，为学生们提供实现“让想象落地”的平台固然很重要。在实际教学中探索适合这一崭新课程的教学模式也需要一线教育者去实践与思考。笔者在实际教学中采用“工作坊”的教学模式取得了预期的成效。例如，笔者在2016年苏州市小学信息技术教学观摩活动中的公开课“沙滩椅塑料构件制作”，从孩子们熟悉的沙滩椅损坏后如何修复这一课题入手，让同学们体验运用3D建模打印解决生活中的实际问题。教学过程中探索“工作坊”教学新模式，微课、学案、教材、小组协作结合运用，各环节在老师的主导下有序展开，整课以“课题竞标”为主线，在PPT上实时评价记录，教学容量大、节奏快，适合高年级学生的年龄特点，取得了良好的教学效果。“工作坊”的角色有三种，分别为“参与者”“专业者”“促成者”，这里老师需要培育好“专业者”，这是工作坊教学模式成功的关键所在。3D建模课程是在六年级全年级进入课程的，之前的五年级开设了3D建模打印社团。这些“精英”到了六年级自然而然成为了“专业者”，同时针对课程的教学还在学生机端建立了“教学微视频”文件夹，学生除了在工作坊中探讨，寻求专业者的指导外，还可以从校本课程、教学微视频等多渠道及时获得跨越障碍的有效信息。在Scratch创新课程的学习中，学校STEM创新社团的成员们则相应地成为了“专业者”。有的学生则远程跟淘宝的传感器卖家通过旺旺进行沟通，了解传感器的性能、安装及相关重要参数等。此时网络上的一些“专业者”也参与其间。交流将不再局限于课堂，也不再受到时间和空间的限制。
工作坊的宽松环境有利于学生思维的发散和学生间协助活动的开展。为了有效激发学生创新造物源动力，笔者在实践中还对教学评价及奖励机制进行了一定的探索，取得了较好的成效。首先是改变对学生的评价模式，在应试教育的浸润下，许多信息技术老师至今还用“考试”来决定学生的评价结果。这就造成学生一些平时学习的惰性，试图与其他学科一样，在最后的考试课中侥幸过关。针对这一现象笔者制定了平时成绩百分之九十，期末考核百分之十的评价机制。每节课作品完成并通过作业提交系统上交、项目推进明显、回答难度系数较高问题等方面表现良好的即时加分。最后对总分进行排序决定学生最终成绩的评定。在同样的教学策略下又发现班级之间的差异，有的还非常大，此时又推出了班级作品完成排行榜，及时公布平行班各班的作品完成率，唤醒他们的集体荣誉感。于是，有的班级为了避免垫底，有的班级为了争夺年级第一，同学协助，纷纷找寻他们所谓的“潜力股”。在3D建模“铁艺沙发”一课，许多班级都达到了百分之百的作品上交率。这种你追我赶的氛围显然有利于教学目标的达成，当然笔者也设立了一些激励机制，如每班的前五名可以获得老师的签名赠书，且可以进入学校的STEM创新社团等。
著名学校创客教育、STEM教育的课程开发者谢作如老师指出，中小学建设创客空间必要的条件包括足够大的场所、足够全的工具及足够长的开放时间。这三个“足够”解决了物理三维空间和实施的时间四个维度的要素。实际上就如本节所述要有效地持续推进，还需要一线教师开发适合校情生情的实验课程，探索适应教育新模态的教学模式及教学评价机制，给各实验学校培训和配备STEM教育或创客教育师资等。
一、STEM教育在鲈乡实验小学的落地生根
2010年鲈乡实验小学即购买了第一台3D打印机，历时半年的磨合研究，即推出了3D建模打印、机器人及影音欣赏的微课程，具体内容为学习3ds Max模型构建，了解3D打印及机器人的发展，欣赏主动式的3D影片，了解3D影音的发展。实施途径主要有三：一是学校的3D社团；二是学校的综合实践及信息技术课每学期每班安排有两次专题活动；三是区教育局组织的“心灵、艺术、科学”活动，每周均有来自乡镇公办、民工子弟学校的学生来校参加此项活动。5年时间有近2万人次参与该项目的实施。
2012年在原有项目的基础上，进一步拓展延伸，逐步形成了3D建模打印系列课程，其中3D建模只需在学生终端安装3ds Max即可，因此2012年9月即在六年级开始全面开展3D建模的教学。许多学生在家里安装了3ds Max，在学校教学基础上还利用网上教程深入学习。
扎克伯格回哈佛演讲时说到，想告诉你一个秘密：没有人从一开始就知道如何做，想法并不会在最初就完全成型。只有当你工作时才变得逐渐清晰，你只需要做的就是开始。鲈乡实验小学的STEM课程群的构想也不是一开始就“顶层设计”好的，从一项微课程慢慢成为一个课程系列历时5年，或许正像扎克伯格所说，一开始或许不会完全清晰，但是重要的是行动，是开始。
二、STEM教育校本化系列课程的构建背景及过程
3D建模打印课程初步形成系列后即在六年级信息技术课中全面实施，其间曾有“3D洁净水杯的构建”“3D沙滩椅塑料构件的制作”等课分别在吴江区、苏州市级小学信息技术教学观摩活动中展示，有益的探索赢得了领导及老师的一致肯定。此时外部对STEM教育的趋热不断造势。2014年美国继续加大财政支持，发展美国的STEM教育，2015年12月正式颁布了STEM教育法案，从教师培训、社会协助、校内外相结合等角度详细规划了STEM教育的新动向。澳大利亚从2013年起开始提高对STEM教育的重视。2013年澳大利亚首席科学家办公室发布了《国家利益中的STEM战略》，设定了2013~2025年的战略发展目标。日本小学阶段的STEM教育相对侧重STEM研究型人才的培养，提高学生对STEM相关学科的兴趣和热情，高中阶段实施STEM精英教育。
2015年，教育部就曾明确指出建议学校探索STEM教育、创客教育等新教育模式。STEM教育实施的障碍无非有三：一是资金，二是课程，三是师资，其中最大的问题是课程及师资，其实在STEM教育最早开展的美国也遇到类似瓶颈问题。国内公司敏锐地洞察到此商机，推出了一些STEM课程，但往往是移植他国的经验，无法做到本土化；另一方面，一套器材甚至一个项目动辄需几千元，学校全面实施一次性投入过大，后续的损耗也是需要考虑的因素。鉴于此现状，笔者依托多年来科技教育、信息技术教育之经验，于2015年编撰并出版了《中小学生3D建模打印教程》，学习3D建模打印的关键在于建模，因此3ds Max建模部分占22课时，打印部分占4课时（见下表）。
3D打印的好处在于能让停留在脑海的设计付诸于实践，3D建模是将所想在软件中描绘，最后模型打印出来才能真正与现实相连接，此时对能否完成最初的设计或解决实际问题会有个验证和反馈，这个反馈初始状态往往是不理想的，需要不断地迭代升级和完善，特别是比较复杂的设计，往往无法一次把所有的问题都解决，3D打印能提升学生STEM素养的关键或许就在于此。
STEM教育的案例要有好的创意，也须有巧妙的解决方案。《面向STEM的Scratch创新课程》的策划案历时3个多月，也仅出来一个模糊的框架，最终许多的计划在实践中被更新。同样，一个创意独特、能激发学生好奇心和参与热情的案例实施起来遇到的问题比原本的想象要复杂，许多发散性、细节性的问题往往很难预见，需要不断地试错与演进，不断地完善。作为一线教师开发课程的最大优势在于，他拥有自己的实验场，可以将教程反复地验证、优化和完善，笔者在撰写第二本STEM教程中也沿用了先社团后大班授课的路径。此书共分三篇（见下表）。
三、STEM教育进入课程表的尝试与反思
信息技术教材有一些物联网、机器人的教学安排，但由于不成系列，机器人模块还是沿用公司化定制，老师无法进行二次开发，软件平台公司个性化的研制，不便于学生的知识迁移。由于一些教材及课程配套器材的原因，有些老师上课“放羊式”，有的学校甚至在六年级取消了信息技术课的课程设置。现在的STEM教育、创客教育大多基于数字化工具，它们的持续推进需要以课堂教学为主渠道，需要进入课程表。于是六年级的信息技术课，五、六年级的STEM创新社团成为了课程群实施的主渠道。历经两年的STEM普及实施赢得了师生乃至家长的肯定。五年级的社团成员到了六年级都成为了老师的好帮手。小组中的中坚骨干，在课程的顺利推进中起到了助推剂的作用。
每位六年级学生2个学期均有40课时的STEM系列课程的“洗礼”，跨学科解决问题的能力得到了有效增强。但是学生们都意犹未尽，笔者撰写的STEM课程全面实施需要至少60课时的时间，多余的20课时从哪里来？这是一个问题。另外跟国内外其他学校一样遇到的困惑是STEM教育的师资培养周期较长，且最好由能熟练运用数字化工具，动手能力和创新意识较强的老师担任，而事实上每所学校都缺乏此类师资。更高的教育行政层面是否应该进行相关的思考和措施跟进？
四、以课题研究为引领，更新教学模式及评价机制
基于mBlock的机器人编程与学生熟悉的Scratch平台可以平滑切换，丰富的课程案例超市可供任意选择，Arduino论坛资源还为教育过程提供了持久的技术和二次创意保障，可以说《面向STEM的mBlock智能机器人创新课程》一书由于具备适切性、低门槛性、可复制性、可迁移性、可选择性等特点，为破解机器人普及教学长期以来的诸多困扰提供了新思路。为了更好地开展课程建设研究，“基于Arduino的机器人STEM创新课程研究”在江苏省教科院现代教育技术研究所作为重点课题获得立项。
在STEM教育过程中，老师是项目管理者，对项目的整体推进和给学生一定的时间来试错演进，需要拿捏好其中的平衡点，要让学生体验真实问题解决过程的曲折与反复。老师是某些专业知识的导师，学生遇到小组无法解决的问题时能依托老师的专业背景得到帮助。STEM课题的发散性，需要老师掌握多学科的知识，对老师的知识多维性、融合性提出了较高的要求。老师是一个联结者，当问题发散到老师也无法提供帮助的时候，需要老师善于联系校外专家、工程师、科学家、同行等，借助外力、团队力量来指导学生解决问题。
老师身份转换的同时，评价机制也须趋于多元，对学生的评价应从甄别式的评价转向发展性评价，不仅关注学生的学习结果，更应关注他们的学习过程。给学生加分的理由可以是一项较为完善的解决预案，也可以是一个独创性的举动；可以是一个让人豁然开朗的回答，也可以是由于他在团队协助中的突出表现。教学模式则须相应跟进，“工作坊”“翻转课堂”等模式的应用实践证明能让课堂气氛更活跃，学生自主研究的意识更强烈。
作为升级版教育4.0的“未来”已经发生，只是分布尚不均匀，希望学校作为个体的实践，平民化、本土化课程群的构建能够使STEM教育的分布更加快速，更为均匀。
