优秀STEAM教育案例分享数字科学家

课程简介

数字科学家计划是一种培养学生用数码相机、计算机仿真与编程、互联网等手段解决科学问题潜能的“数码探”行动计划。本课程为该计划中的主题探究活动，是信息化环境下的研究与活动课程。

参考文献：

[1]项华,毛澄洁,梁婷,覃芳,眭衍波.().深度学习视域下的创新课程初探--以数字科学家计划“3d照片diy”主题项目为例.中小学信息技术教育(6).

教师简介

毛澄洁老师

北京景山学校信息技术高级教师，北京市东城区信息技术学科带头人、兼职教研员。信息技术深度应用示范校联盟专家组成员。年Google奖教金获得者，年谷歌中学教育合作项目专家组委员。年与北京师范大学项华教授共同发起旨在提高青少年群体科学信息素养水平的数字科学家计划（ESP），是项目的核心专家之一。该项目是一种面向未来的A-STEM教育实践，旨在人文引领下，运用科学、技术、工程学、数学等学科引导学生对周围世界的探索、对话和批判性思考，数字科学家课程是数字科学家计划的核心内容之一。年最早在北京景山学校、北京亚太实验学校和北京景山学校开设，后来年也在北京市东城区科技馆的青少年科技学院开设，并且启动了数码探科学活动。年启动了全国的数码探科学活动。-年之间，作为课程资源单位，还为北京市的初中开放性科学实践活动提供了课程，“3D眼镜制作”就是最受欢迎的课程之一。

覃芳老师

北京景山学校信息技术高级教师，东城区骨干教师。擅长创新课程的开发和实践。研究课、论文、课件多次获得全国、北京市一二三等奖。辅导学生电脑作品多次获得全国、北京市一二三等奖。数字科学家计划核心教师。

梁婷老师

北京市第一0一中学物理教师，中学一级。硕士研究生毕业于北京师范大学，师从项华教授，专长信息技术与中学物理整合，数字科学家项目组核心团队教师。曾在《物理教师》和《中小学信息技术教育》等期刊发表多篇文章，多次获北京市教育教学论文一等奖。

项杰庭老师

北京数字创客教育科技研究院数字媒体工程师，创客名师吴俊杰创客教育普惠课程合伙人，数字科学家计划机器人课程教师。

课程基本信息

年级：六、七年级

课时：2或3课时

团队规模：4-6人

学科领域：数学、物理、信息技术

学习目标：

科学：人眼立体成像原理

技术：3D立体显示技术

工程：镜架的设计与制作

数学：眼镜的平面设计图、平面转立体的方法

信息技术：用i3DPhoto软件制作3D照片

教师工具

教学PPT，成品红蓝3D眼镜，i3DPhoto软件，媒体资源（红蓝3D电影小恐龙.mp4，3D显示技术介.mp4）

学生工具

A4白纸，剪刀，双面胶带，红蓝胶片，数码相机，笔记本电脑

教学导入

视频导入，播放红蓝3D电影“小恐龙”片断，提出观影要求：

1.裸眼观察3D影片《小恐龙》；

2.戴着3D眼镜观看影片，尽可能多地写出你在2种情况下观察到的现象；

3.尽量多地提出你的问题。

活动任务

1.学生以团队为单位，根据观影结果，提出问题；

2.聚焦核心问题“人眼立体视觉是如何形成的”，“如何制作3D眼镜”，“如何制作3D照片”等；

3.根据所给材料设计并制作一副个性化的3D眼镜；

4.利用i3DPhoto软件制作一张3D照片；

5.用自己制作的眼镜测试3D照片的成像效果。

课程步骤

1.抱团吧：将班级划分为学生团队。

（1）4-6人一组；

（2）自我介绍，每次课堂小队长由队员轮流出任；

（3）取个响亮的团队名字；

（4）把团队编号与团队名字写在任务单上。

2.微探吧：玩一玩手指游戏

游戏要求：

（1）将你的两个食指伸出，一前一后相距大约10cm离立于胸前。

（2）先闭左眼，让两个食指进行重合，然后睁开左眼，此时，闭上右眼，观察一下离你近的手指是如何的？

（3）先闭右眼呢？

微探任务：

（4）要求学生按照任务单上要求完成探究，填写任务单。

探究原理

利用网络来进行探究：立体感觉产生的原因是什么？

学生活动

3.微造吧1：制作一副3D眼镜

展示材料页，提出制作要求。

材料：A4白纸、红色和蓝色透明玻璃纸、胶带、剪刀。

制作要求：

（1）按照老师提供的材料，设计一个制作3D眼镜的简单方案（包括最终作品的样子描述和制作步骤等等）。

（2）按照自己的设计，用以上材料制作一付3D眼镜。

（3）在眼镜上设计一个LOGO，并解释一下LOGO的含义。

（4）考虑可以如何改进。

学生活动

4.微造吧2：拍摄、制作一张3D照片

讲解拍摄和使用i3Dphoto软件制作3D照片的方法。

拍摄步骤：

（1）将拍摄对象放在一臂距离的地方，进行拍摄。

（2）把相机水平移动一定的距离，对准原来的目标再拍第二张照片。（移动的距离保障两次夹角在12°以内为妥）

（3）按步骤多次拍摄照片，看一看怎么样拍摄，效果最好。

学生作品A

学生作品B

5.交流吧

按小组展示优秀的3D眼镜和3D照片。

进行下面的交流与评价：

（1）选择什么样的拍摄对象，所制作的3D照片效果较好。

（2）交流制作过程中成功或者失败的经验。

6.拓展吧

利用搜索引擎了解其它3D成像技术。

安全问题

小心不要被剪刀刺伤。

调查问题

手指游戏中，观察靠近自己的手指是偏左还是偏右？相隔越大，偏差是变大还是变小？

立体感觉产生的原因是什么？

改变拍摄的距离，照片效果会不会有影响？

有哪些方法可以改善你的3D眼镜设计？

评定

1.将调查问题写入学生任务单。回顾学生的答案，以衡量他们的观察力和理解力。

2.让学生记录他们的活动过程，然后，作为一个团队，展示他们的组团和作品。

3.搜索并讨论更多的3D成像技术。

教师反思

教学设计思路：

“3D眼镜制作”教学案例从学生喜爱的3D电影（红蓝3D电影小恐龙）观看，引导学生归纳戴或不戴3D眼镜观看时的不同场景与体验，认真观察思考，提出自己想要研究的问题出发，聚焦人眼立体视觉形成原理。

教学过程：

通过带领学生玩手指游戏，让学生体验并了解人眼视差感觉，以及视差的规律；指导学生利用搜索引擎，搜索浏览归纳人眼立体视觉形成的原理。接着让学生用提供的材料制作3D眼镜，在用数码相机拍摄和用i3Dphoto软件亲手制作3D照片，并用自己制作的3D眼镜观看照片，再进一步了解其它3D成像技术以拓展视野。

教学建议：

本案例是按2课时连排，90分钟来设计的。可以根据学校的具体安排，分为2－3次40分钟的课来完成，也可以只做3D眼镜或3D照片，或以人眼立体视觉原理为基础，扩展成制作VR眼镜的课程。

教学教法：

本案例教学方法采于基于项目式学习（PBL）的探究教学模式。即在探究式学习理念的指导下，采取项目驱动和问题驱动的方式，以及团队合作的方式展开教学，教学由微探究、微讲授和微制作组成环节构成。

案例分析

教学主题:

这门课程是结合信息技术进行的3D眼镜制作及原理探究的STEM课程。以同学们喜爱的3D电影导入，其教学目标在于学生能够通过探究和制作，了解3D照片立体显示的原理，体会数字化工程的思想与方法。

教学内容:

本案例的知识较多，涉及了数学、物理以及信息技术学科的知识，如：人眼立体成像原理（科学）、3D立体显示技术（技术）、镜架的设计、制作与改进（工程）、眼镜的平面设计图以及平面转立体的方法（数学）、利用搜索引擎了解其他的3D成像技术（技术）、使用i3DPhoto软件制作3D照片（信息技术），培养学生的跨学科能力和批判性思维，借助信息技术等工具来进行问题探究及解决，提升学生的科学信息素养。

教学教法:

教师以小组合作的方式来开展探究式学习，将PBL中基于问题的学习与基于项目的学习相结合，学生通过活动来探究3D立体显示的原理，以及3D眼镜的制作。学生在探究过程中，根据调查问题的引导中，不断深入思考，记录活动的过程，并不断改善3D眼镜的设计。

教学材料:

该教学案例与信息技术课程相结合，在动手实验过程中主要使用彩色A4纸、剪刀和胶水等工具，材料较为常见，便于课堂实践。

其他:

教师通过学生喜欢的3D电影片段入手，可以吸引学生的注意力。在探究之前进行的小游戏，让学生在游戏中得到启发，便于接下来的实验活动。

来源：STEM课程设计与案例分析

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