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教育部:人工智慧、3D列印、物聯網進入普通高中課程標準加分項解讀

近日, 教育部印發《普通高中課程方案和語文等學科課程標準(2017年版)》。 在教學內容上, 修訂後課程重視內容的與時俱進。 它將黨的十八大、十九大提出的重要思想、重要觀點、重大判斷、重大舉措等, 結合各學科的性質和特點, 與課程內容有機融合。 努力呈現政治、經濟、文化、科技等發展的新成就、新成果。 在資訊技術和通用技術課程要求中, 學生將學習瞭解物聯網、人工智慧、3D列印、機器人等新技術, 同時還將培養學生的創客精神和創業能力。

--標準制定大背景:

當今世界處於一個劇烈變革的時代, 錯綜複雜的矛盾與衝突達到了前所未有的高度。

在此背景下, 作為全球社會變革和教育治理思想實驗室的聯合國教科文組織(UNESCO)於2017年6月推出了《反思教育》, 這是繼1972年《學會生存》和1996年《教育:財富蘊藏其中》之後的第三部里程碑式的報告。

互聯網改變了人們獲取資訊和知識的途徑、交流方式、以及公共管理和業務的發展方向。 有了數位連接, 有望在衛生、教育、通信、休閒和福祉方面都有望取得新的進展。 人工智慧的發展、3D印表機、全息再現、即時轉換、語音辨識和手勢識別軟體等數位技術正在改變人類的活動, 從日常生活到國際關係, 從工作到休閒, 並且正在重新定義私人生活和公共生活的多個方面。 因此, 《反思教育》報告中明確指出必須探索主流知識模式之外的其他各種知識體系,

尤其提出了“知識的新趨勢”, 認為這將是集資訊、理解、技能、價值觀、態度於一體的“新知識體系”。

高中課程標準的修訂正是順應了時代發展趨勢而為, 可以說正逢其時。 從2014年教育部正式啟動對2003年印發的普通高中課程標準實驗稿修訂工作以來, 經過學科專家、教育專家和富有教學實踐經驗的高中校長、教師、教研員260餘人的努力, 普通高中語文等14門學科課標浮出水面。 這是一次具有戰略意義的工程, 為從知識教學到核心素養培養搭建橋樑。

自2004年實施到這次修訂, 前後的跨度超過了十年。 在這長達十年的時間裡, 經濟社會和科技各個方面發生了重大變化, 新的知識、新的方法、新的成果不斷出現。

所以, 此次修訂結合學科特點進行了知識更新:其一, 把反映我國經濟社會發展, 特別是最近十年來發展的新成就、新思想、新成果適當地納入;其二, 把反映科技進步、知識進步的新知識、新方法等適當納入;其三, 把關係重大社會現實問題的相關內容適當納入。

而3D列印此次被納入《17-1834普通高中通用技術課程標準》和《17-1847普通高中資訊技術課程標準》兩大檔中。

《17-1834普通高中通用技術課程標準》:其中(一)必修課程的第(1)條技木與設計, (二)選擇性必修課程的“技術與職業”系列模組中的“職業技術基礎”;“技術與創造” 系列模組中的“創造力開發與技術”;“產品三維設計與製造(最為詳盡)”。 (三)選修課程:新技術體驗與探究;技術集成應用專題以及六、實施建議:教學與評價建議的第(4)條加強資訊技術條件下教學資源的有效組織和應用以及《17-1847普通高中資訊技術課程標準》:(二)選擇性必修課程——模組5:三維設計與創意(較詳盡)對3D列印均有涉及。

下面將從兩大課程標準檔進行詳述:

《17-1834普通高中通用技術課程標準》檔

本課程設計從中國國情和教育實際出發, 積極汲取世界上多個代表性國家和地區技術課程發展和高中課程建設的最新理論與實踐成果, 理性分析和合理借鑒國際上高中技術與工程教育課程設計與實施的有益經驗, 把握技術及其教育未來發展趨勢, 努力通過與時俱進的課程發展推進全民技術素養提升和創新驅動發展戰略實施。

必修設“技術與設計1”和“技術與設計2” 2個模組。 這裡的設計主要是指技術產品的設計, 包括發現與明確問題、制訂設計方案、製作模型或原型、優化設計方案、編寫技術作品說明書等設計環節。 兩個必修模組的基本內容呈遞進關係, “技術與設計1”是“技術與設計2”的基礎。 “技術與設計1 ”側重基礎性技術設計, 旨在使學生經歷一般的技術設計過程, 掌握技術設計的基礎知識和技能, 形成基本的技術思想與經驗以及情感態度和價值觀;“技術與設計2”側重專題性技木設計, 選擇現代技術原理中基礎性強、適用面廣、技術思想與方法可遷移性大、實施條件較為開放的結構、流程、系統、控制四個主題為學習內容, 旨在使學生學會運用一定的技術原理認識和分析技術問題, 用在“技術與設計1 “中所學的知識與方法進行設計分析、方案物化和問題解決。

選擇性必修設4個系列,共11個模組。其中,“技術與生活”系列3個模組,分別為“現代家政技術” “服裝及其設計” “智慧家居應用設計”;“技術與工程”系列3個模組;分別為“工程設計基礎” “電子控制技術” “機器人設計與製作”; “技術與職業”系列2個模組,分別為“技術與職業探索” “職業技術基礎”;“技術與創造” 系列3個模組,分別為“創造力開發與技術發明” “產品三維設計與製造“”科技人文融合創新專題”。系列之間、系列中各模組之間均為並列關係。

選修設4個模組,分別是“傳統工藝及其實賤” “新技術體驗與探究” “技術集成應用專題”“現代農業技術專題

--第(三)條:學分與選課

三、課程結構

高中通用技術必修課程共設置2個必修模組,計3學分。每學分18課時,共54課時。

學生修完必修模組,方可選學選擇性必修和選修模組。教師應根據學生必修模組的學習情況以及職業發展規劃,指導學生選學選修模組。

選擇性必修和選修模組為並列關係,可以在必修模組開設之後的不同學期開設。

選擇性必修最高可選18學分,共設11個模組,每個模組為2學分,每學分18課時。學生可以根據個人興趣和發展取向按系列選修或跨系列選修其中任意一個模組。

技術與生活系列:面向全體學生。以提高學科核心養。強化技術在生活中的應用為主旨。

技術與工程系列:面向具有未來入工科專業學習意向的學生。

以發展技術與工程的興趣與特長。強化未來進入工科深造的基礎為主旨。

技術與職業系列:面向全體學生和具有未來進入高職學校學習意向的學生,以發展職業探索和職業選擇能力,為未來進入職業世界和進入高等職業院校學習打好基礎為主旨。

技術與創造系列:面向具有科技創新興趣和創造發明意願的學生的以強化學生的特長培養、技術綜合運用和創新能力培養為主旨。

選修模組是學生自主選擇修習的課程,面向具有技術學習特別需求的學生,最高可選4學分,共設4個模組,每個模組可選2學分。

其中,“現代農業技術專題”設置6個選擇性主題,每個主題1學分。

其中(一)必修課程

第(1)條技木與設計規定:該模組由“技術及其性質” “技術設計過程” “工藝及方案實現” “技術交流與評價”四個單元組成。其內容要求規定第(6條):掌握簡易木工、金工、電子電工常用工具的一一些使用方法。瞭解一至兩種數位化加工設備(如鐳射雕刻機、鐳射切割機、三維印表機)的使用方法。根據設計方案恰當選擇加工工藝,製作一個簡單產品的模型或原型。內容結構如圖:

教學裝備提示第(3)條規定:專用教室應配備體現現代技術新發展的教學裝備,鐳射雕刻機、鐳射切割機、三維印表機、小型數控加工中心、風洞等。應避免直接將工業和工廠用設備充當教學裝備。避免大量配置結構化塑膠插接件充當高中學生實踐材料。

(二)選擇性必修課程

第8條職業技術基礎規定:隨著現代技術突飛猛進的發屐,技術與職業的就系越來緊密,本模組旨在説明學生體驗並初步探索進入職業世界所需的基本技能,為學生未來從事某一職業作初步準備。

本模組由“材料及其加工” “能源及其轉換“”資訊及其管理”技術術使用與維護”四個單元組成。其中教學裝備提示第(3)條:專用教室可配備體現新材料、新工藝、新技術的教學裝備,如複合材料、瀲光切割機、三維印表機、數控車床、數控車床、小型數控銑床、數控雕刻機等。

--技術與創造系列

第(9)條創造力開發與技術發明規定:技術的本質在於創造.創造力的發展是一個民族立於不敗之地的動力所在。本模組旨在説明學生理解技術的發展需要發明和革新,能夠有意識運用一定的技術和方法體驗發明創造的過程.形成積極的創造意向和興趣,培養良好的批判性思維和創造性思維等思維品質。本模組由“技術與創造力開發” “創新思維與技法” “創新工具與創客文化“”發明成果與專利”四個單元組成。

其內容要求第(5)條規定:理解創新工具的豐富性和發展性,使用2一3種創新工具和公開的資料與資訊進行創新設計與製造。利用新材料、新工藝。如鐳射切割機、三維印表機、數控機床等設備進行設計成果物化實現。

其【教學提示】教學策略

可選用與學生生活相聯繫的技術發明與革新的案例,也可選用我國古代四大發明的案例來激發學生對創造力開發的嚮往;可採用發現式教學法,引導學生搜集、學習有關資料並發現創造思維、創造技法方面的概念和原理;可鼓勵學生遵循科學性、創新性、實用性的原則,自主選題、自主設計、自主選材料和工具設備,通過操作常用的手工工具、數控機床、鐳射切割機、三維印表機等進行模型製作,從中體驗意念具體化和方案物化過程中的複雜性和創新性;可採用任務競標形式培育創客文化,構建以用戶為中心、面向應用的創新環境,引導學生理解創客及其文化,並對我國的技術創新現象進行文化反思。

第(10)條產品三維設計與製造是對3D列印最主要的一條:

三維列印技術是指電腦控制下,採用層層疊加的方式來製造三維物體的技術。通過本模組,學生能瞭解常見的三維列印技術及其機理,初步掌握一款三維設計軟體,能夠運用三維設計與技術的思想、方法與工具解決實際技術問題。

本模組由“三維列印原理” “三維產品技術分析” “三維模型設計”和”三維列印技術應用”四個單元組成。

--產品三雒沒計與製造【內容要求】

簡要說明三維列印技術的產生與發展歷程,並通過親身體驗,感悟三維列印技術對自然和人類的生產、生活方式產生的影響。

描述1一2種常見的三維印表機的運行原理、應用領域和所受到的技術限制,正確、安全地操作三維印表機。

知道獲得三列印模型資料的途徑,用圖樣方式表達採用 FDM(熔融沉積成型)技術的三維列印實施流程。

結合三維印表機的成型工藝特點,對設計的產品進行技術分析。

制訂同時滿足產品設計要求和三維列印成型工藝要求的技術設計與製造方案,並通過比較、權衡和優化,確定最終解決方案。

利用一款三維設計軟體將設計方案轉換成三維數位模型。並對所設計產品的三維數位模型進行優化、渲染和測試。掌握將三維數位模型轉換成相應二維機械加工圖的方法,瞭解實用圖形的分層和每層的路徑規劃。

使用一款三維印表機的切片軟體、對所設計的三維數位模型進行分層切片、路徑規劃及相關參數的設定,並轉化成印表機的運行指令檔。

應用產品的三維設計與三維列印技術。設計並製造一個實用且具有筒單組合結構的產品;對製造好的產品進行後期加工、組裝與測試。

闡述三維掃描、逆向工程和智慧製造在技術產品設計和製造中的作用。

【教學提示】

教學策略提示

可通過相關視頻播放和圖片展示,並結合不同時期三維印表機製造的實物,進行講解、體驗與比較;可通過如”從自體皮膚的移植到利用人體自體皮膚的列印移植” “產品設計與製造從設計、開模、鑄模、組裝等煩瑣的工序簡化到設計與列印” “從人工蓋房子到用印表機列印出房子”等項目加深理解和體驗;可通過辯論的形式分析和理解三維列印技術對未來生活的可能影響,激發學生學習三維設計與製造技術的興趣,培養學生理性看待技術的意識;可通過查閱相關資料、實際操作及實物展示,進行比較、體驗和分析列印材料、列印原理和應用領域之間的相互關係及所受到的限制;可通過演示、分析和討論基於問題解決的三維設計的方法和掌握三維產品技術設計與製造的一般過程;可利用軟體進行點、線、面、體等簡單的圖形繪製 ,讓學生逐漸熟悉軟體介面的各按鈕功能及其應用,進行較為簡單的設計綜合訓練,還可進行較為複雜的實體三維設計、測試、澶染;可通過三維印表機控制軟體對(Gcode檔和X3G文作進行格式轉換和列印,體驗和掌握三維印表機控制介面各按鈕的功能及使用方法。

專案任務提示

可選擇使用三維設計軟體和三維列印技術,完成一個筒單的一體化嵌入式結構專案任務,如設計並製造一個體育老師使用的哨子。體驗三維列印技術的特有加工功能和解決實際問題的優勢;可提出貼近學生生活的產品設計專案,如帶把手茶杯的設計與製造分析、風動艇的三維技術設計分析等,讓學生在真實情境中尋找問題、探索問題的途徑和掌握三維設計與製造的方法;有件的學校可以嘗試用三維掃描技術,使學生在三維設計中快速獲得實物三維資料,進一步豐富三維設計與製造的技術體驗。

教學裝備提示

本模組的教學應在專用教室開展,專用空間上可規劃為加工區、列印區、測試區、設計區、展示區等區域,應配置網路化學習環境。

專用教室配詈一定數量的三維印表機、高性能三維設計電腦、網路雷射印表機等設備;配置手工繪圖套件;配置什錦銼,小型拋光機、小型數控銑床控銑床、砂輪機、砂帶機等精細加工設備;配置相應技術設計的圖書、圖片、典型案例集等圖書資源。有條件的學校可配置三維掃描器。

專用教室配置簡潔易用、功能豐富的開源設計軟體。也可配置功能更為強大的三維設計軟體。

【學業要求】

能列舉多種體現不同列印原理的三維列印技術應用實例。並通過案例比較分析三維列印與傳統製造產品製造領域中各自的優勢與不足;能對三維列印技術在製造領域的成功案例進行理性分析與討論,形成技術的敏感性和責任意識;能熟悉一款常用三維設計軟體介面圖形,並能在虛擬空間進行性能測試,根據測試結果對設計產品進行優化和外觀渲染;能熟練掌握三維列印控制台的各項操作及日常保養方法;能將三維設計資料轉化為三維印表機加工資料,同時對加工中出現的常見問題進行分析和處理;能根據需要設計合適的列印支撐架;能根據實際需求,完成測量、繪製草圖、用電腦繪製三維設計圖、在虛擬環境中進行測試與優化,並用三維印表機進行製造、安裝與調試;能熟練掌握列印產品的後期加工方法;瞭解三掃描器的使用原理應用領域。

(三)選修課程

新技術體驗與探究

現代讓會正處一個新技術層出不窮的時代。本模組旨在通過學生對新技術及其應用進行體驗與自主探究的活動,引導學生保持對新技術的好奇心和親近感,形成感知、探究和運用新技術的思想和習慣,激發學生創新創造的情感。

本模組由“新技術發展概述“”新技術應用體驗“ “新技術專題探究”三個單元組成。可根據學校實際和學生需要選擇相關新技術專案進行體驗與探究性實賤。

其【內容要求】第(3)條規定:對某項新技術的技術特徵、主要機理、應用範圍、主要功用、常見參數加以分析和比較。如人工智慧技術、大資料技術、智慧型機器人技術、虛擬實境技術、物聯網技術、全球定位系統(以下簡稱GPS)技術、三維列印技術、智慧控制技術、新材料技術、無人駕駛飛機技術等。

可根據學校條件和學生興趣。選擇如無人技術、物聯網技術、智慧控制技術、大資料技術、三維列印技術、新合成材料技術、GPS 技術、虛實技術、玻璃塗層技術等內容進行項目和任務的教學設計;也可就某一具體技術產品如水下機器人、無人駕駛飛機、曲屏電視、變頻空調、太陽能電池等進行項目和任務設計。任務的應注重趣味性和實用性,注重學生實際操作、實際應用等實踐能力的培養和親近技術的情感培養。

技術集成應用專題

技術集成是技術創新的重要方法之一,也是技術綜合應用的表現形式。本模組旨在引導學生通過技術集成與應用的設計實踐與自主探究活動,瞭解技術集成的概念、基本過程及實現形式,培養學生技術探究的興趣和綜合運用技術進行創新創造的熱情。

本模組由 技術集成基本原理”技術集成的實現形式””技術集成應用與實踐” “技術集成與創新創業”四個單元組成。

【教學裝備提示】第(2)條規定:專用教室應配備開展某幾項技術集成實驗的基礎硬體、材料和工具,如電腦、資料獲取設備(光照感測器、溫度感測器、雜訊傳器等)、通信設備(無線閘道、藍牙模組、導航裝置等)、資料處理設備、技術集成的產品或模型、三維印表機、手工工具箱等。

六、實施建議

教學與評價建議

基於學科核心素養的教學與評價應學科本質,創設真實學習環境生合理選擇和組織教學內容,關注學生技術的建構、技術思維的形成和技術文化感悟的有機統一。加強資訊技術條件下教學資源的有效組織和應用,強調目標、教學、評價三者的一致性。

其中第(4)條加強資訊技術條件下教學資源的有效組織和應用規定:核心素養的形成需要豐富的教學資源來支持。教學中應圍繞核心素養的形成對教學資源進行有效的組織和設計,既要提供傳統的手工工具和設備(如鋸子、車床等),又要提供反映先進技術發展的設備(如三維印表機、數控加工設備等)既要提供企業開發的教具和學具,又要注重教師和學生收集或改造的物品作為教學資源,既要關注物質資源,又要關注技術史等文本資源和網路資源;既要重視教師的作用,又要重視技術員、設計師、工程師等人員的作用。同時,教師應促使學生在學習過程中與這些資源互動,並及時捕捉、重組和提升可能推動教學過程的生成性資源。

資訊技術與具體學科整合是教育發展的趨勢。通用技術教學應強化信技術的參與應用。促進通用技術學科內容和教與學方式的變革,例如,既要有手工繪圖內容,也要引入計算輔助設計教學內容;既要有傳統模型加工內容,也要引入三維列印等教學內容;既要有借助常規工具和設備的技術試驗,也要加入利用電腦輔助設計和模擬試驗等手段行構思方案、繪圖、模擬試驗,以及利用網路技術進行技術合作與互動式技術學習等。

-- 高中資訊技術課程結構

高中資訊技術必修程是全面提升高中學生信息素養的基礎,強調資訊技術學科核心素養的培養。滲透學科基礎知識與技能。是每位高中學生必須修習的課程,是選擇性必修和選修課程學習的基礎。高中資訊技術必修課程包括“資料與計算”和“資訊系統與社會”兩個模組。

高中倌息技術選擇性必修課程是根據學生升學、個性化發展需要而設計的,分為升學考試課程和個性化化發展類課程。選擇必修課程旨在為學生將來進入高校繼續開展與資訊技術相關方向的學習以及應用資訊技術進行創新、創造提供條件。選擇性必修課程包括“資料與資料結構” “網路基礎” “資料管理與分析” “人工智慧初步” “三維設計與創意“”開源硬體項目設計”六個模組。其中,“資料與資料結構“”網路基礎” “資料管理與分析”三個模組是為學生升學需要而設計的課程,三個模組的內容相互並列;”人工智慧初步” “三維設計與創意” “開源硬體項目設計”三個為學生個性化發展而設計的課程,學生可根自身的發展需要進行選學。

高中息技術選修課程是為滿足學生的興趣愛好、學業發展、職業選擇而設計的自主選修課程,為學校開設資訊技術校本課程預留空間。選修課程包括“演算法初步” “移動應用設計”以及各高中自行開設的資訊技術校本課程。

(三)學分與選課

高中資訊技術必修課程的學分為3學分,每學分8課時。共54課時。必修課程是本學科學業水準合格性考試的依據,學生學完必修課程後,可參加高中資訊技術學業水準合格性考試。

學生在修滿資訊技術必修學分的基礎上,可根據興趣、學業發展和職業傾向,學習選擇性必修和選修課程,發展個性化的信息技術能力或達到更高的學業水準。選擇性必修和選修課程中,每個模組為2學分。每學分18課時。需36課時。

選擇性必修課程是對必修課程的拓展與加深,滿足學生升學和個性化發展的需要。學生可根據能力、發展需要選學。選擇性必修中的 “資料與資料結構”“網路基礎 “”資料管理與分析”是本學科學業水準等級性考試依據。學生修完這三個塊後,可參加高中資訊技術學業水準等級性考試。選擇性必修中的“人工智慧初步” “三維設計與創意“”開源硬體專案設計”三個模組的修習情況應列為綜合素質評價的內容。

選修課程體現了學科的前沿性、應用性,學生可根據自身能力、興趣或需要進行自主選學。選修課程的修習情況應列為綜合素質評價的內容。

四、課程內容——(二)選擇性必修課程——模組5:三維設計與創意

三維設計作為一種立體化、形象化的新興設計方法,已經成為新一代數位化、虛擬化、智慧化設計平臺的重要基礎。三維設計方法的學習與應用,既有利於培養學生的空間想像能力,也有利於學生科學、技術、工程、人文藝術、數學等學科綜合性的思維能力。本模組是針對三維圖形創作與編輯和三維動畫創意方法而設置的選擇性必修模組。

通過本模組的學習,學生能夠理解基於數位技術進行三維圖形和動畫設計的思想與方法,能夠結合學習與生活的實例設計三維作品並發佈,體驗利用數位控術進行三維創意設計的基本過程與方法。

本模組包括“三維設計對社會的影響” 三維作品設計與創意“”三維作品發佈”三部分內容。

【內容要求】

5.1能通過調查和案例分析,描述三維設計及相關技術的現狀和發展趨勢,具體說明三維設計及相關技術給人們生活、工作、學習帶來的影響。

5.2認識三維設計及技術在數位化環境中的普遍性,瞭解三維設計及相關技術在不同領域的實際應用。

5.3通過剖析、模仿三維作品的樣例,掌握三維設計的基本方法,嘗試添加並實現自己的創意。

5.4瞭解三維設計中建模的意義,能從建模的思想出發,合理創設模組,進一步規劃完善三維作品的設計。

5.5從生活與學習需求出發,利用三維設計軟體創作三維作品,添加適當的效果,達到設計的要求。

5.6能據交流或創作的需要,選擇適當的形式發佈三維作品,實現表達意圖。

5.7能適當評價與鑒賞他人作品,休會作品所表達的創作思想,理解其中蘊含的創意。

【教學提示】

在本模組教學中,要注重示範與學生動手實踐相結合,切實培養學生三維設計與創意的能力。另外,還要引導學生理解數位媒體領域的發屐趨勢,滲透創新意識。

(1) 建議以活動設計為主線,教學活動突出理論與實踐一體化,結合各個實例,層層遞進展開教學,強化學生的知識理解和技能掌握,培養學生的創新能力。

例如:組織學生開展“創意杯子設計”活動。引導學生聯繫實際並展開聯想,設計各種有創意的三維作品,可以是極具藝術效果的杯子,也可以是有特殊功能的杯子(如能測量杯子的水溫等)。活動從建模規劃開始,到利用三維設計軟體添加並實現自己的創意,最後完善全部的設計。

(2) 在教學過程中,可以借鑒實際案例,引導學生先模仿後探究,鼓勵他們思考如何將作品與虛擬實境技術、增強現實技術相結合,在數位化學習過程中實現數位化創新之目的。

例如:教師可以解讀一些優秀的三維作品,分析這些作品在設計和實現中體現出的與眾不同的特點,組織學生有針對性的模仿。接下來,可以提供一些半成品,引導學生在此礎上開展獨立思考,完善並實現作品的功能。

(3) 在教學過程中,要注重培養學生的協作學習精神,鼓勱學生主動發佈自己的作品,對他人的作品作出合理的、有建設性的評價。

例如:組織學生開展小組學習,引導學生互幫互助,共同成長;引導學生有效利用學校已有的設備發佈作品。可以在網路上發佈。也可以利用三維印表機列印出來,便於其他伺學欣賞和評價,鼓勱學生之間互提建議,交流思想。

本模組適宜在能夠接入互聯網的資訊技術實驗室中開展教學。構建便於學生進行交流的網路學習平臺,營造良好的數位化學習氛圍。用於學生學習的電腦要具備的三維圖形處理功能,配備三印表機。

【學業要求】

學生初步瞭解三維設計及相關基礎知識,形成三維設計及相關技術在當今社會有重要作用的認識(資訊意識)。掌握三維設計中關於建模本知識與技能,加深模組化資訊處理能力,並逐步延伸到系統化的資訊處理能力(電腦思維)。能夠利用數位化環境查找學習資源,運用三維設計的思想、方法與技術進行創作與表達(數位化學習與創新)。通過學習中的交流和相互評價,理解智慧財產權對資訊社會產生的影響。增強積極參與資訊社會建設的意識。樹立數位化環境下積極進取的態度(資訊社會責任)。

在時下創客熱潮中,創客教育的延展也越來越受到更多人的關注。3D列印所能帶給教育領域的不僅僅是新鮮技術的體驗,更是教育模式的變革。

可以說它更講究我們長久以來在討論的素質教育的落實應用。它是真正意義上書本和實踐的結合,是開拓學生創造力、實踐動手能力以及鍛煉知識運用能力的體現。

用在“技術與設計1 “中所學的知識與方法進行設計分析、方案物化和問題解決。

選擇性必修設4個系列,共11個模組。其中,“技術與生活”系列3個模組,分別為“現代家政技術” “服裝及其設計” “智慧家居應用設計”;“技術與工程”系列3個模組;分別為“工程設計基礎” “電子控制技術” “機器人設計與製作”; “技術與職業”系列2個模組,分別為“技術與職業探索” “職業技術基礎”;“技術與創造” 系列3個模組,分別為“創造力開發與技術發明” “產品三維設計與製造“”科技人文融合創新專題”。系列之間、系列中各模組之間均為並列關係。

選修設4個模組,分別是“傳統工藝及其實賤” “新技術體驗與探究” “技術集成應用專題”“現代農業技術專題

--第(三)條:學分與選課

三、課程結構

高中通用技術必修課程共設置2個必修模組,計3學分。每學分18課時,共54課時。

學生修完必修模組,方可選學選擇性必修和選修模組。教師應根據學生必修模組的學習情況以及職業發展規劃,指導學生選學選修模組。

選擇性必修和選修模組為並列關係,可以在必修模組開設之後的不同學期開設。

選擇性必修最高可選18學分,共設11個模組,每個模組為2學分,每學分18課時。學生可以根據個人興趣和發展取向按系列選修或跨系列選修其中任意一個模組。

技術與生活系列:面向全體學生。以提高學科核心養。強化技術在生活中的應用為主旨。

技術與工程系列:面向具有未來入工科專業學習意向的學生。

以發展技術與工程的興趣與特長。強化未來進入工科深造的基礎為主旨。

技術與職業系列:面向全體學生和具有未來進入高職學校學習意向的學生,以發展職業探索和職業選擇能力,為未來進入職業世界和進入高等職業院校學習打好基礎為主旨。

技術與創造系列:面向具有科技創新興趣和創造發明意願的學生的以強化學生的特長培養、技術綜合運用和創新能力培養為主旨。

選修模組是學生自主選擇修習的課程,面向具有技術學習特別需求的學生,最高可選4學分,共設4個模組,每個模組可選2學分。

其中,“現代農業技術專題”設置6個選擇性主題,每個主題1學分。

其中(一)必修課程

第(1)條技木與設計規定:該模組由“技術及其性質” “技術設計過程” “工藝及方案實現” “技術交流與評價”四個單元組成。其內容要求規定第(6條):掌握簡易木工、金工、電子電工常用工具的一一些使用方法。瞭解一至兩種數位化加工設備(如鐳射雕刻機、鐳射切割機、三維印表機)的使用方法。根據設計方案恰當選擇加工工藝,製作一個簡單產品的模型或原型。內容結構如圖:

教學裝備提示第(3)條規定:專用教室應配備體現現代技術新發展的教學裝備,鐳射雕刻機、鐳射切割機、三維印表機、小型數控加工中心、風洞等。應避免直接將工業和工廠用設備充當教學裝備。避免大量配置結構化塑膠插接件充當高中學生實踐材料。

(二)選擇性必修課程

第8條職業技術基礎規定:隨著現代技術突飛猛進的發屐,技術與職業的就系越來緊密,本模組旨在説明學生體驗並初步探索進入職業世界所需的基本技能,為學生未來從事某一職業作初步準備。

本模組由“材料及其加工” “能源及其轉換“”資訊及其管理”技術術使用與維護”四個單元組成。其中教學裝備提示第(3)條:專用教室可配備體現新材料、新工藝、新技術的教學裝備,如複合材料、瀲光切割機、三維印表機、數控車床、數控車床、小型數控銑床、數控雕刻機等。

--技術與創造系列

第(9)條創造力開發與技術發明規定:技術的本質在於創造.創造力的發展是一個民族立於不敗之地的動力所在。本模組旨在説明學生理解技術的發展需要發明和革新,能夠有意識運用一定的技術和方法體驗發明創造的過程.形成積極的創造意向和興趣,培養良好的批判性思維和創造性思維等思維品質。本模組由“技術與創造力開發” “創新思維與技法” “創新工具與創客文化“”發明成果與專利”四個單元組成。

其內容要求第(5)條規定:理解創新工具的豐富性和發展性,使用2一3種創新工具和公開的資料與資訊進行創新設計與製造。利用新材料、新工藝。如鐳射切割機、三維印表機、數控機床等設備進行設計成果物化實現。

其【教學提示】教學策略

可選用與學生生活相聯繫的技術發明與革新的案例,也可選用我國古代四大發明的案例來激發學生對創造力開發的嚮往;可採用發現式教學法,引導學生搜集、學習有關資料並發現創造思維、創造技法方面的概念和原理;可鼓勵學生遵循科學性、創新性、實用性的原則,自主選題、自主設計、自主選材料和工具設備,通過操作常用的手工工具、數控機床、鐳射切割機、三維印表機等進行模型製作,從中體驗意念具體化和方案物化過程中的複雜性和創新性;可採用任務競標形式培育創客文化,構建以用戶為中心、面向應用的創新環境,引導學生理解創客及其文化,並對我國的技術創新現象進行文化反思。

第(10)條產品三維設計與製造是對3D列印最主要的一條:

三維列印技術是指電腦控制下,採用層層疊加的方式來製造三維物體的技術。通過本模組,學生能瞭解常見的三維列印技術及其機理,初步掌握一款三維設計軟體,能夠運用三維設計與技術的思想、方法與工具解決實際技術問題。

本模組由“三維列印原理” “三維產品技術分析” “三維模型設計”和”三維列印技術應用”四個單元組成。

--產品三雒沒計與製造【內容要求】

簡要說明三維列印技術的產生與發展歷程,並通過親身體驗,感悟三維列印技術對自然和人類的生產、生活方式產生的影響。

描述1一2種常見的三維印表機的運行原理、應用領域和所受到的技術限制,正確、安全地操作三維印表機。

知道獲得三列印模型資料的途徑,用圖樣方式表達採用 FDM(熔融沉積成型)技術的三維列印實施流程。

結合三維印表機的成型工藝特點,對設計的產品進行技術分析。

制訂同時滿足產品設計要求和三維列印成型工藝要求的技術設計與製造方案,並通過比較、權衡和優化,確定最終解決方案。

利用一款三維設計軟體將設計方案轉換成三維數位模型。並對所設計產品的三維數位模型進行優化、渲染和測試。掌握將三維數位模型轉換成相應二維機械加工圖的方法,瞭解實用圖形的分層和每層的路徑規劃。

使用一款三維印表機的切片軟體、對所設計的三維數位模型進行分層切片、路徑規劃及相關參數的設定,並轉化成印表機的運行指令檔。

應用產品的三維設計與三維列印技術。設計並製造一個實用且具有筒單組合結構的產品;對製造好的產品進行後期加工、組裝與測試。

闡述三維掃描、逆向工程和智慧製造在技術產品設計和製造中的作用。

【教學提示】

教學策略提示

可通過相關視頻播放和圖片展示,並結合不同時期三維印表機製造的實物,進行講解、體驗與比較;可通過如”從自體皮膚的移植到利用人體自體皮膚的列印移植” “產品設計與製造從設計、開模、鑄模、組裝等煩瑣的工序簡化到設計與列印” “從人工蓋房子到用印表機列印出房子”等項目加深理解和體驗;可通過辯論的形式分析和理解三維列印技術對未來生活的可能影響,激發學生學習三維設計與製造技術的興趣,培養學生理性看待技術的意識;可通過查閱相關資料、實際操作及實物展示,進行比較、體驗和分析列印材料、列印原理和應用領域之間的相互關係及所受到的限制;可通過演示、分析和討論基於問題解決的三維設計的方法和掌握三維產品技術設計與製造的一般過程;可利用軟體進行點、線、面、體等簡單的圖形繪製 ,讓學生逐漸熟悉軟體介面的各按鈕功能及其應用,進行較為簡單的設計綜合訓練,還可進行較為複雜的實體三維設計、測試、澶染;可通過三維印表機控制軟體對(Gcode檔和X3G文作進行格式轉換和列印,體驗和掌握三維印表機控制介面各按鈕的功能及使用方法。

專案任務提示

可選擇使用三維設計軟體和三維列印技術,完成一個筒單的一體化嵌入式結構專案任務,如設計並製造一個體育老師使用的哨子。體驗三維列印技術的特有加工功能和解決實際問題的優勢;可提出貼近學生生活的產品設計專案,如帶把手茶杯的設計與製造分析、風動艇的三維技術設計分析等,讓學生在真實情境中尋找問題、探索問題的途徑和掌握三維設計與製造的方法;有件的學校可以嘗試用三維掃描技術,使學生在三維設計中快速獲得實物三維資料,進一步豐富三維設計與製造的技術體驗。

教學裝備提示

本模組的教學應在專用教室開展,專用空間上可規劃為加工區、列印區、測試區、設計區、展示區等區域,應配置網路化學習環境。

專用教室配詈一定數量的三維印表機、高性能三維設計電腦、網路雷射印表機等設備;配置手工繪圖套件;配置什錦銼,小型拋光機、小型數控銑床控銑床、砂輪機、砂帶機等精細加工設備;配置相應技術設計的圖書、圖片、典型案例集等圖書資源。有條件的學校可配置三維掃描器。

專用教室配置簡潔易用、功能豐富的開源設計軟體。也可配置功能更為強大的三維設計軟體。

【學業要求】

能列舉多種體現不同列印原理的三維列印技術應用實例。並通過案例比較分析三維列印與傳統製造產品製造領域中各自的優勢與不足;能對三維列印技術在製造領域的成功案例進行理性分析與討論,形成技術的敏感性和責任意識;能熟悉一款常用三維設計軟體介面圖形,並能在虛擬空間進行性能測試,根據測試結果對設計產品進行優化和外觀渲染;能熟練掌握三維列印控制台的各項操作及日常保養方法;能將三維設計資料轉化為三維印表機加工資料,同時對加工中出現的常見問題進行分析和處理;能根據需要設計合適的列印支撐架;能根據實際需求,完成測量、繪製草圖、用電腦繪製三維設計圖、在虛擬環境中進行測試與優化,並用三維印表機進行製造、安裝與調試;能熟練掌握列印產品的後期加工方法;瞭解三掃描器的使用原理應用領域。

(三)選修課程

新技術體驗與探究

現代讓會正處一個新技術層出不窮的時代。本模組旨在通過學生對新技術及其應用進行體驗與自主探究的活動,引導學生保持對新技術的好奇心和親近感,形成感知、探究和運用新技術的思想和習慣,激發學生創新創造的情感。

本模組由“新技術發展概述“”新技術應用體驗“ “新技術專題探究”三個單元組成。可根據學校實際和學生需要選擇相關新技術專案進行體驗與探究性實賤。

其【內容要求】第(3)條規定:對某項新技術的技術特徵、主要機理、應用範圍、主要功用、常見參數加以分析和比較。如人工智慧技術、大資料技術、智慧型機器人技術、虛擬實境技術、物聯網技術、全球定位系統(以下簡稱GPS)技術、三維列印技術、智慧控制技術、新材料技術、無人駕駛飛機技術等。

可根據學校條件和學生興趣。選擇如無人技術、物聯網技術、智慧控制技術、大資料技術、三維列印技術、新合成材料技術、GPS 技術、虛實技術、玻璃塗層技術等內容進行項目和任務的教學設計;也可就某一具體技術產品如水下機器人、無人駕駛飛機、曲屏電視、變頻空調、太陽能電池等進行項目和任務設計。任務的應注重趣味性和實用性,注重學生實際操作、實際應用等實踐能力的培養和親近技術的情感培養。

技術集成應用專題

技術集成是技術創新的重要方法之一,也是技術綜合應用的表現形式。本模組旨在引導學生通過技術集成與應用的設計實踐與自主探究活動,瞭解技術集成的概念、基本過程及實現形式,培養學生技術探究的興趣和綜合運用技術進行創新創造的熱情。

本模組由 技術集成基本原理”技術集成的實現形式””技術集成應用與實踐” “技術集成與創新創業”四個單元組成。

【教學裝備提示】第(2)條規定:專用教室應配備開展某幾項技術集成實驗的基礎硬體、材料和工具,如電腦、資料獲取設備(光照感測器、溫度感測器、雜訊傳器等)、通信設備(無線閘道、藍牙模組、導航裝置等)、資料處理設備、技術集成的產品或模型、三維印表機、手工工具箱等。

六、實施建議

教學與評價建議

基於學科核心素養的教學與評價應學科本質,創設真實學習環境生合理選擇和組織教學內容,關注學生技術的建構、技術思維的形成和技術文化感悟的有機統一。加強資訊技術條件下教學資源的有效組織和應用,強調目標、教學、評價三者的一致性。

其中第(4)條加強資訊技術條件下教學資源的有效組織和應用規定:核心素養的形成需要豐富的教學資源來支持。教學中應圍繞核心素養的形成對教學資源進行有效的組織和設計,既要提供傳統的手工工具和設備(如鋸子、車床等),又要提供反映先進技術發展的設備(如三維印表機、數控加工設備等)既要提供企業開發的教具和學具,又要注重教師和學生收集或改造的物品作為教學資源,既要關注物質資源,又要關注技術史等文本資源和網路資源;既要重視教師的作用,又要重視技術員、設計師、工程師等人員的作用。同時,教師應促使學生在學習過程中與這些資源互動,並及時捕捉、重組和提升可能推動教學過程的生成性資源。

資訊技術與具體學科整合是教育發展的趨勢。通用技術教學應強化信技術的參與應用。促進通用技術學科內容和教與學方式的變革,例如,既要有手工繪圖內容,也要引入計算輔助設計教學內容;既要有傳統模型加工內容,也要引入三維列印等教學內容;既要有借助常規工具和設備的技術試驗,也要加入利用電腦輔助設計和模擬試驗等手段行構思方案、繪圖、模擬試驗,以及利用網路技術進行技術合作與互動式技術學習等。

-- 高中資訊技術課程結構

高中資訊技術必修程是全面提升高中學生信息素養的基礎,強調資訊技術學科核心素養的培養。滲透學科基礎知識與技能。是每位高中學生必須修習的課程,是選擇性必修和選修課程學習的基礎。高中資訊技術必修課程包括“資料與計算”和“資訊系統與社會”兩個模組。

高中倌息技術選擇性必修課程是根據學生升學、個性化發展需要而設計的,分為升學考試課程和個性化化發展類課程。選擇必修課程旨在為學生將來進入高校繼續開展與資訊技術相關方向的學習以及應用資訊技術進行創新、創造提供條件。選擇性必修課程包括“資料與資料結構” “網路基礎” “資料管理與分析” “人工智慧初步” “三維設計與創意“”開源硬體項目設計”六個模組。其中,“資料與資料結構“”網路基礎” “資料管理與分析”三個模組是為學生升學需要而設計的課程,三個模組的內容相互並列;”人工智慧初步” “三維設計與創意” “開源硬體項目設計”三個為學生個性化發展而設計的課程,學生可根自身的發展需要進行選學。

高中息技術選修課程是為滿足學生的興趣愛好、學業發展、職業選擇而設計的自主選修課程,為學校開設資訊技術校本課程預留空間。選修課程包括“演算法初步” “移動應用設計”以及各高中自行開設的資訊技術校本課程。

(三)學分與選課

高中資訊技術必修課程的學分為3學分,每學分8課時。共54課時。必修課程是本學科學業水準合格性考試的依據,學生學完必修課程後,可參加高中資訊技術學業水準合格性考試。

學生在修滿資訊技術必修學分的基礎上,可根據興趣、學業發展和職業傾向,學習選擇性必修和選修課程,發展個性化的信息技術能力或達到更高的學業水準。選擇性必修和選修課程中,每個模組為2學分。每學分18課時。需36課時。

選擇性必修課程是對必修課程的拓展與加深,滿足學生升學和個性化發展的需要。學生可根據能力、發展需要選學。選擇性必修中的 “資料與資料結構”“網路基礎 “”資料管理與分析”是本學科學業水準等級性考試依據。學生修完這三個塊後,可參加高中資訊技術學業水準等級性考試。選擇性必修中的“人工智慧初步” “三維設計與創意“”開源硬體專案設計”三個模組的修習情況應列為綜合素質評價的內容。

選修課程體現了學科的前沿性、應用性,學生可根據自身能力、興趣或需要進行自主選學。選修課程的修習情況應列為綜合素質評價的內容。

四、課程內容——(二)選擇性必修課程——模組5:三維設計與創意

三維設計作為一種立體化、形象化的新興設計方法,已經成為新一代數位化、虛擬化、智慧化設計平臺的重要基礎。三維設計方法的學習與應用,既有利於培養學生的空間想像能力,也有利於學生科學、技術、工程、人文藝術、數學等學科綜合性的思維能力。本模組是針對三維圖形創作與編輯和三維動畫創意方法而設置的選擇性必修模組。

通過本模組的學習,學生能夠理解基於數位技術進行三維圖形和動畫設計的思想與方法,能夠結合學習與生活的實例設計三維作品並發佈,體驗利用數位控術進行三維創意設計的基本過程與方法。

本模組包括“三維設計對社會的影響” 三維作品設計與創意“”三維作品發佈”三部分內容。

【內容要求】

5.1能通過調查和案例分析,描述三維設計及相關技術的現狀和發展趨勢,具體說明三維設計及相關技術給人們生活、工作、學習帶來的影響。

5.2認識三維設計及技術在數位化環境中的普遍性,瞭解三維設計及相關技術在不同領域的實際應用。

5.3通過剖析、模仿三維作品的樣例,掌握三維設計的基本方法,嘗試添加並實現自己的創意。

5.4瞭解三維設計中建模的意義,能從建模的思想出發,合理創設模組,進一步規劃完善三維作品的設計。

5.5從生活與學習需求出發,利用三維設計軟體創作三維作品,添加適當的效果,達到設計的要求。

5.6能據交流或創作的需要,選擇適當的形式發佈三維作品,實現表達意圖。

5.7能適當評價與鑒賞他人作品,休會作品所表達的創作思想,理解其中蘊含的創意。

【教學提示】

在本模組教學中,要注重示範與學生動手實踐相結合,切實培養學生三維設計與創意的能力。另外,還要引導學生理解數位媒體領域的發屐趨勢,滲透創新意識。

(1) 建議以活動設計為主線,教學活動突出理論與實踐一體化,結合各個實例,層層遞進展開教學,強化學生的知識理解和技能掌握,培養學生的創新能力。

例如:組織學生開展“創意杯子設計”活動。引導學生聯繫實際並展開聯想,設計各種有創意的三維作品,可以是極具藝術效果的杯子,也可以是有特殊功能的杯子(如能測量杯子的水溫等)。活動從建模規劃開始,到利用三維設計軟體添加並實現自己的創意,最後完善全部的設計。

(2) 在教學過程中,可以借鑒實際案例,引導學生先模仿後探究,鼓勵他們思考如何將作品與虛擬實境技術、增強現實技術相結合,在數位化學習過程中實現數位化創新之目的。

例如:教師可以解讀一些優秀的三維作品,分析這些作品在設計和實現中體現出的與眾不同的特點,組織學生有針對性的模仿。接下來,可以提供一些半成品,引導學生在此礎上開展獨立思考,完善並實現作品的功能。

(3) 在教學過程中,要注重培養學生的協作學習精神,鼓勱學生主動發佈自己的作品,對他人的作品作出合理的、有建設性的評價。

例如:組織學生開展小組學習,引導學生互幫互助,共同成長;引導學生有效利用學校已有的設備發佈作品。可以在網路上發佈。也可以利用三維印表機列印出來,便於其他伺學欣賞和評價,鼓勱學生之間互提建議,交流思想。

本模組適宜在能夠接入互聯網的資訊技術實驗室中開展教學。構建便於學生進行交流的網路學習平臺,營造良好的數位化學習氛圍。用於學生學習的電腦要具備的三維圖形處理功能,配備三印表機。

【學業要求】

學生初步瞭解三維設計及相關基礎知識,形成三維設計及相關技術在當今社會有重要作用的認識(資訊意識)。掌握三維設計中關於建模本知識與技能,加深模組化資訊處理能力,並逐步延伸到系統化的資訊處理能力(電腦思維)。能夠利用數位化環境查找學習資源,運用三維設計的思想、方法與技術進行創作與表達(數位化學習與創新)。通過學習中的交流和相互評價,理解智慧財產權對資訊社會產生的影響。增強積極參與資訊社會建設的意識。樹立數位化環境下積極進取的態度(資訊社會責任)。

在時下創客熱潮中,創客教育的延展也越來越受到更多人的關注。3D列印所能帶給教育領域的不僅僅是新鮮技術的體驗,更是教育模式的變革。

可以說它更講究我們長久以來在討論的素質教育的落實應用。它是真正意義上書本和實踐的結合,是開拓學生創造力、實踐動手能力以及鍛煉知識運用能力的體現。

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