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
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