STEAM创新实验室方案设计0311.docx

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STEAM创新实验室方案设计0311

易教STEAM创新实验室

建设框架方案

上海易教信息科技有限公司

一

易教STEAM创新实验室建设意义和价值………………

3

二

易教STEAM创新实验室的主旨规划……………………

4

三

易教STEAM创新实验室建设环境要求…………………

4

四

易教STEAM创新实验室人员配置………………………

6

五

主要培训对象……………………………………………

6

六

主要培训内容……………………………………………

6

七

实验室内部区域划分……………………………………

7

八

实验室配置方案及报价…………………………………

7

九

实验室主要设备参数及性能……………………………

8

十

易教STEAM实验室课程方案介绍………………………

13

一、易教STEAM创新实验室建设意义和目标

STEAM是指科学、技术、工程学、艺术和数学。

根据这一理念，可以设置基础能力课程和创新实践课程。

其中，基础能力课程旨在培养科技创新所需的各类基本能力，包括社会探究能力、益智思维能力、动手操作能力、展示交流能力；创新实践课程按照设计思维的流程，引导学生采用项目学习的方式开展科技创新实践。

“STEAM其实是对基于标准化考试的传统教育理念的转型，它代表着一种现代的教育哲学，更注重学习的过程，而不是结果。

本质上来说，我们敢于让学生们犯错，让他们尝试不同的想法，让他们听到不同的观点。

与考试相反的，我们希望孩子们创造能够应用于真实生活的知识。

”所以STEAM教育倡导将各个领域的知识通过综合的课程结合起来，加强学科间的相互配合，发挥综合育人功能，让学生在综合的环境中学习，在项目活动中应用多个学科的知识解决问题。

1、建设意义

1）创新实验室是实践创客教育的良好手段，它不同于传统实验室，而是以融教学、实践、借鉴、创新和实现的创新教育理念为基础构建的虚实融合的学习环境。

创新实验室的设计采用PST（Pedagogy-Space-Technology）的设计框架，旨在帮助学校创设新型学习空间，促使学生更多地投入学习和体验，获取最佳学习效果。

2）帮助学生：

①将创意付诸实施，变成实物；②做中学，以任务驱动学习知识和技能；③持续分享，采用“想出”、“说出”、“写出”、“做出”、“展示出”的循序渐进的方式，彼此分享；④协作学习；（5）跨学科学习

3）一种建构主义教学。

我们经历的学校或者培训班教育，主要是“讲座式”的教育，老师无论是风趣还是无趣的在讲台上讲课，学生或是专心或是走神地坐着听课。

这里不讨论这种教学方法有效无效，但这种教学方式其实是基于我们对于知识的一种假设：

也就是知识可以通过老师传递给学生，灌输式直接告诉你知识和原理。

但是建构主义的支持者们认为这种“传递”假设是不正确的，他们认为知识是由学习者自己建构起来的。

所以教育需要给学习者提供能够让他们自己建构知识的环境和机遇。

老师在课堂上只是辅助性角色

2、建设目标

1）人性化的学习环境与空间，营造出一个能激励学生想象力和动手动脑激情的氛围，主题能突出操作实践和创造力，开发内容能突出想象力、激情和创造的欲望，能将人文和科技融为一体。

丰富的工具设备、橱窗内的产品、模型，墙面的标语与科技图片等组成的学习与创造平和谐统一。

2）为学生开展操作性实践活动和创造性探究活动的工具（机械的、手工的、智能的、数字的、电教的），提供相关的阅读刊物与教学资源，小组合作研讨、交流的学习设备与条件。

3）传播科学知识与技术、科学思想与精神、科学方法与态度、人文思想与科技文明等相关主题的科普走廊或图片资料，形成科普传播的教育阵地。

4）科学的管理制度和评价方法，有利于促进科技辅导员、教学与管理人员提高科技教育自觉性和主动性；有利于提高科技辅导员、教学与管理人员自身的素质、兴趣、能力和职业精神。

二、易教STEAM创新实验室的主旨规划

通过开放、灵活的空间的设计、桌椅的摆放、墙面的布置，与各类创新实验室软硬件设备有效搭配、结合，让学习空间更具可调式性，为学生提供培养基础能力、创新能力和创新实践的物质空间。

“STEAM”实验室为学生提供能生成创意并实现创意的空间，配备以“设计思维”为核心理念的“基础能力”课程和资源，引导学生进行创新式学习设计；也为学生提供从基础教学到设计创作的全套工具和设备的空间，配备“创新实践”课程和资源，帮助学生进行实践操作

三、易教STEAM实验教室建设环境的基本要求：

1、使用面积：

80㎡-100㎡以上

2、实验室位置：

实验教室应保证最佳建筑朝向，室内避免直射阳光，主要采光面应位于学生座位的左侧。

3、环保：

教室内部装饰应选用环保型材料，室内环境噪声应低于55分贝，金属制品和木制品制作实验室可高于此标准。

新建、改建、扩建实验室及附属用房时，甲醛、苯、氡等有害气体和放射性污染应符合相关标准中的限量值。

对于在学生活动中可能产生较多垃圾的实验室，要配置足够的垃圾桶，垃圾应分类收集。

4、温度：

室内温度应在4℃至30℃之间。

室内可安装空调，温度宜控制在16℃～28℃。

3D打印实验室应保持室内温度恒温。

5、供电：

用电负荷应留有余地，以满足不断增加的现代化教学设备的需要；按规范敷设强、弱电线，空调专线敷设，安装漏电过载保护器和可靠的接地保护。

6、综合布线：

按有关技术规范敷设强、弱电线。

强电电源插座与照明用电应分路设计、分别控制，用电负荷应留有余量，并安装漏电、过载和触电保护器，有可靠的接地保护措施。

弱电应考虑冗余，在合适位置配备足够的网络信息接口。

7、安全：

实验室应配备有效的防火、防盗、防潮等设施设备和外伤急救箱，急救箱中的药品应注意及时更换。

应加强对工具、仪器和设备等的安全管理，加强对师生的安全教育，增强安全意识，确保师生人身安全。

8、环境：

环境布置应适合小学生身心发展和认知特点，营造探知科学的氛围，做到生动活泼。

四、实验室人员配置

1、工作室专业3D打印工程师：

能够使用3D建模软件进行3D建模；熟悉主流3D打印成型工艺原理；具备3D打印机的日常使用和维护技能，并获得相关行业公司的技能培训证书；熟悉3D扫描技术，能够使用3D扫描仪。

2、优秀科技老师：

能够使用3D建模软件进行3D建模；熟悉各类3D打印成型工艺原理；具备FDM桌面3D打印机的日常使用和维护技能，并获得相关行业公司的技能培训证书。

五、主要培训对象

1、中小学学生（三年级以上）

2、中小学科技老师

六、主要培训内容

1、3D打印技术知识培训，包括各类打印技术以及打印材料普及；建模软件的操作和使用；

2、3-6年级开设入门班和初级班，包括增材制造概念原理；FDM桌面3D打印机使用；基本3D建模软件的操作和使用；

3、7-11年级开设中级班和高级班，包括各类打印技术工艺原理；FDM桌面3D打印机使用；中级3D建模软件的操作和使用；3D模型的打印切片转换；结合3D打印机，介绍3D扫描仪的工作原理与基本使用。

4、老师培训项目，包括各类打印技术工艺原理；FDM桌面3D打印机使用；高级3D建模软件的操作和使用；高级3D模型的打印切片转换；结合3D打印机，介绍3D扫描仪的工作原理与基本使用。

七、实验室区域划分

1、教学区：

主要进行日常教学与实践活动

2、科普区：

主要以墙面展板为主

3、展示区：

主要展示工作室作品

4、信息港：

主要用来查询信息资料

5、工具台：

6、3D打印区：

八、实验室配置方案及报价

实验室设备清单：

序号

名称

规格

单位

数量

价格（万元）

1

3D打印机

锐桌面级打印机

台

2

3D打印耗材

PLA

公斤（卷）

3

电脑

主流机型和配置

台

4

高端电脑配置（用于处理三维扫描数据）

显卡要求高

台

5

手持式扫描仪，设备包括扫描镜头，手持架子，软件光驱，加长线

三维扫描仪（包括软件和培训）

台

6

遥控升降机

7

蓝牙自动转台

8

书写板

通用规格

块

9

教师台

通用规格

张

10

多媒体教学设备

LCD投影机+投影幕布等

套

11

总控电源

带有防雷击设施，有可靠的接地保护

套

12

工作台

可放置电脑与打印机

套

13

墙面展板

块

14

消防设备

套

15

各类配套线路、配件

16

教材

✧（最终报价根据双方商定情况及现场情况定）

实验室参考实景图

九、实验室主要设备参数及性能

Ø3D打印机

1、设备造型以及参数、制作的样件

2、打印过程

3、部分试验样件实物

4、应用范围

低成本3D打印机是设计师、教学及办公的得力帮手。

能任何时间便利、及时的将设计图稿转化为成品，是生动直观的教学形式成为可能。

这款产品的应用领域极为广泛，主要包括工业品设计、机械模具制造、教育、医疗、动漫、玩具、制鞋行业、首饰、艺术设计等等。

Ø三维扫描仪介绍

手持式人体扫描仪是新一代的三维成像系统，采用瞬间闪光技术，被拍摄人员亦无不适感。

同时采集手段采用了高像素的数码相机，纹理丰富，应用面广，可应用于雕塑，人体、工艺品、医疗、安全、娱乐等领域。

该产品具有较高的点云采集能力，采集的数据可以实现色、模分离（色：

指色彩，模：

指模型），同时是目前市场上面见到唯一一款性价比最高的人体扫描仪。

该款扫描仪最大亮点在于软件的强大，采集好的数据，可以直接在配套软件里面进行处理，同时也可以导出其它格式，导入其它软件进行处理，达到一据多用的功能。

在MEPHISTO进入中国市场以后，Gotcha三维立体扫描仪，深受用户喜爱，得到了很好的推广，

主要功能介绍：

生成三维模型（数据）：

可以非常快速的生成真实的三维人像模型（数据）；

三维模型编辑：

该项功能能够对生成的立体人像模型进行编辑和修饰，使模型更加生动；

模型点生成：

将三维立体人像模型或其他的三维立体模型数据生成点云模型；

Ø3D打印创新实验室软件介绍

软件优势及对比

行业建模软件有UG、RHINO、AUTODESK、PROE、Solidworks、123DDesign系列,其中UG/PRE、Autocad、Rhino、Solidworks、Tinkercad均为当前比较流行的专业3D建模软件。

对于初学者的使用建议使用rhino软件进行教学。

Rhino具有下列有点，

1.简单易学，没有基础也容易上手，有中文版

2.软件成熟

3.Rhino是建筑行业和汽车行业的主流建模软件之一，很受建筑设计师和工业设计师欢迎，值得长期积累学习

4.Rhino插件丰富，可以有高级的进阶空间

5.Rhino网络学习资源丰富

6.Rhino支持obj和stl格式保存，满足3D打印机文件转换需求

十、易教STEAM创新实验室课程方案介绍

1、为更好的通过3D打印技术完善中小学教育体系，开拓新兴教育方式，提升基础教育水准，锻炼省内中小学学生的创新创造性能力，我们建议此次3D打印走进中小学的项目将分为三个阶段开展。

第一阶段是意识培养的进行。

通过3D打印技术在教育教学中的实际应用，如将几何立体构造打印出来让学生直观了解几何内部元素联系、将历史课程中出现的古代物品打印出来；在地理课上可以用学生们创作的3D打印世界五大洲板块立体模型更形象直观的呈现大陆板块；在物理课程上用学生们制作的3D打印电动机零部件直接组装电动机等，让学生更深刻的理解其原理构造，从而激发学生的想象力和创造力，提高学生的科技素养与认识。

第二阶段是软硬件设施的完善。

硬件方面，将建立中小学3D打印实践中心，每个中心至少有20台3D打印机硬件设施，学生们可以随时打印出他们自己的创作作品。

定期举办“中小学3D打印创意大赛”、“中小学教学模型3D设计大赛”、“3D工艺制品大赛”等活动，由浅入深的让学生了解3D打印机的产品性能、技术及相关行业发展，提升中小学生的创新实践能力和动手能力，拓展中小学生的课外视野范围，帮助孩子实现创新梦。

第三阶段是学生创造成果市场转化阶段,让学生的优秀成果完成市场转化，是激发学生创新的催化剂。

爱用将提供3D打印技术及3D打印机操作的系统培训。

2、课程设计理念

（1）：

从概念到现实

课程结合中小学教材，将抽象概念通过实际的3D打印技术打印出实物

（2）：

从学、理解、到应用再创造

同学可以通过概念性实物进行再创造，给模型增加实际功能

（3）：

从积累进阶与提高

建模教程根据同学的学习能力和认知水平进行课程定制

——教学目标（小学生3年级以上）

●通过虚拟建模环境与3D打印实物打印相结合，培养学生的空间想象能力。

●让学生了解基本的3D打印相关知识:

材料成型原理，设备工作原理和简单模型制作。

——课程设计

●3D打印技术原理概论课

●3D建模课

●FDM打印机操作应用课（简单模型前处理）

课程内容模块：

课程：

FDM打印机操作应用

教学目标：

认识打印机的操作维护，掌握将模型打印成实物的技能.

教学设备：

电脑、打印机

课程内容：

●打印学生在建模课自己学习制作的模型，打印数学、物理课应用教案，打印自己设计创造的模型

课程：

3D打印技术原理概论

教学目标：

对3D打印技术有个基本的概念和认知

教学设备：

标准化课堂

3D打印是直接从数字模型通过材料的堆积来生产三维实体的技术，即增材制造。

传统的制造为减材制造。

增材制造举例，蜡笔在纸张上反复涂会产生厚度和形状/纸张通过叠加产生厚度/堆沙子等。

减材制造举例，蜡笔通过卷笔刀或者美工刀切割/纸张裁剪出形状

3D打印技术原理：

●3D打印机工艺介绍

●耗材介绍

●建模软件介绍

课程：

3D建模

教学目标：

培养空间想象能力与创造力，掌握基本的Rhino建模技能

建模软件：

Rhino

教学设备：

电脑

课程形式：

向学生展示一个用FDM打印机打印的实物模型。

学生根据这个模型来学习视频教程，一节课结束学生可以通过Rhino建立自己的模型，并通过使用公司的3D打印机打印实物。

教学模型选取条件：

1.模型打印时间控制在45/90分钟以内

2.模型可以成功使用打印机打印

3.模型的选取满足小学生的认知与兴趣

4.模型的复杂度满足小学生的学习能力

5.模型的复杂度随着教学过程的推进有个逐步的积累