教育部:人工智能、3D打印、物联网进入普通高中课程标准加分项解读


教育部:人工智能、3D打印、物联网进入普通高中课程标准加分项解读

近日,教育部印发《普通高中课程方案和语文等学科课程标准(2017年版)》。在教学内容上,修订后课程重视内容的与时俱进。它将党的十八大、十九大提出的重要思想、重要观点、重大判断、重大举措等,结合各学科的性质和特点,与课程内容有机融合。努力呈现政治、经济、文化、科技等发展的新成就、新成果。在信息技术和通用技术课程要求中,学生将学习了解物联网、人工智能、3D打印、机器人等新技术,同时还将培养学生的创客精神和创业能力。

标准制定大背景:

当今世界处于一个剧烈变革的时代,错综复杂的矛盾与冲突达到了前所未有的高度。在此背景下,作为全球社会变革和教育治理思想实验室的联合国教科文组织(UNESCO)于2017年6月推出了《反思教育》,这是继1972年《学会生存》和1996年《教育:财富蕴藏其中》之后的第三部里程碑式的报告。

互联网改变了人们获取信息和知识的途径、交流方式、以及公共管理和业务的发展方向。有了数字连接,有望在卫生、教育、通信、休闲和福祉方面都有望取得新的进展。人工智能的发展、3D打印机、全息再现、即时转换、语音识别和手势识别软件等数字技术正在改变人类的活动,从日常生活到国际关系,从工作到休闲,并且正在重新定义私人生活和公共生活的多个方面。因此,《反思教育》报告中明确指出必须探索主流知识模式之外的其他各种知识体系,尤其提出了“知识的新趋势”,认为这将是集信息、理解、技能、价值观、态度于一体的“新知识体系”。

高中课程标准的修订正是顺应了时代发展趋势而为,可以说正逢其时。从2014年教育部正式启动对2003年印发的普通高中课程标准实验稿修订工作以来,经过学科专家、教育专家和富有教学实践经验的高中校长、教师、教研员260余人的努力,普通高中语文等14门学科课标浮出水面。这是一次具有战略意义的工程,为从知识教学到核心素养培养搭建桥梁。

自2004年实施到这次修订,前后的跨度超过了十年。在这长达十年的时间里,经济社会和科技各个方面发生了重大变化,新的知识、新的方法、新的成果不断出现。所以,此次修订结合学科特点进行了知识更新:其一,把反映我国经济社会发展,特别是最近十年来发展的新成就、新思想、新成果适当地纳入;其二,把反映科技进步、知识进步的新知识、新方法等适当纳入;其三,把关系重大社会现实问题的相关内容适当纳入。

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而3D打印此次被纳入《17-1834普通高中通用技术课程标准》和《17-1847普通高中信息技术课程标准》两大文件中。

《17-1834普通高中通用技术课程标准》:其中(一)必修课程的第(1)条技木与设计,(二)选择性必修课程的“技术与职业”系列模块中的“职业技术基础”;“技术与创造” 系列模块中的“创造力开发与技术”;“产品三维设计与制造(最为详尽)”。(三)选修课程:新技术体验与探究;技术集成应用专题以及六、实施建议:教学与评价建议的第(4)条加强信息技术条件下教学资源的有效组织和应用以及《17-1847普通高中信息技术课程标准》:(二)选择性必修课程——模块5:三维设计与创意(较详尽)对3D打印均有涉及。下面将从两大课程标准文件进行详述:

《17-1834普通高中通用技术课程标准》文件

本课程设计从中国国情和教育实际出发,积极汲取世界上多个代表性国家和地区技术课程发展和高中课程建设的最新理论与实践成果,理性分析和合理借鉴国际上高中技术与工程教育课程设计与实施的有益经验,把握技术及其教育未来发展趋势,努力通过与时俱进的课程发展推进全民技术素养提升和创新驱动发展战略实施。

必修设“技术与设计1”和“技术与设计2” 2个模块。这里的设计主要是指技术产品的设计,包括发现与明确问题、制订设计方案、制作模型或原型、优化设计方案、編写技术作品说明书等设计环节。两个必修模块的基本内容呈递进关系,“技术与设计1”是“技术与设计2”的基础。“技术与设计1 ”侧重基础性技术设计,旨在使学生经历一般的技术设计过程,掌握技术设计的基础知识和技能,形成基本的技术思想与经验以及情感态度和价值观;“技术与设计2”侧重专题性技木设计,选择现代技术原理中基础性强、适用面广、技术思想与方法可迁移性大、实施条件较为开放的结构、流程、系统、控制四个主题为学习内容,旨在使学生学会运用一定的技术原理认识和分析技术问題,用在“技术与设计1 “中所学的知识与方法进行设计分析、方案物化和问题解决。

选择性必修设4个系列,共11个模块。其中,“技术与生活”系列3个模块,分别为“现代家政技术” “服装及其设计” “智能家居应用设计”;“技术与工程”系列3个模块;分别为“工程设计基础” “电子控制技术” “机器人设计与制作”; “技术与职业”系列2个模块,分别为“技术与职业探索” “职业技术基础”;“技术与创造” 系列3个模块,分别为“创造力开发与技术发明” “产品三维设计与制造“”科技人文融合创新专题”。系列之间、系列中各模块之间均为并列关系。

选修设4个模块,分别是“传统工艺及其实贱” “新技术体验与探究” “技术集成应用专题”“现代农业技术专题

第(三)条:学分与选课

三、课程结构

高中通用技术必修课程共设置2个必修模块,计3学分。每学分18课时,共54课时。

学生修完必修模块,方可选学选择性必修和选修模块。教师应根据学生必修模块的学习情况以及职业发展规划,指导学生选学选修模块。

选择性必修和选修模块为并列关系,可以在必修模块开设之后的不同学期开设。

选择性必修最高可选18学分,共设11个模块,每个模块为2学分,每学分18课时。学生可以根据个人兴趣和发展取向按系列选修或跨系列选修其中任意一个模块。

技术与生活系列:面向全体学生。以提高学科核心养。强化技术在生活中的应用为主旨。

技术与工程系列:面向具有未来入工科专业学习意向的学生。

以发展技术与工程的兴趣与特长。强化未来进入工科深造的基础为主旨。

技术与职业系列:面向全体学生和具有未来进入高职学校学习意向的学生,以发展职业探索和职业选择能力,为未来进入职业世界和进入高等职业院校学习打好基础为主旨。

技术与创造系列:面向具有科技创新兴趣和创造发明意愿的学生的以强化学生的特长培养、技术综合运用和创新能力培养为主旨。

选修模块是学生自主选择修习的课程,面向具有技术学习特别需求的学生,最高可选4学分,共设4个模块,每个模块可选2学分。

其中,“现代农业技术专題”设置6个选择性主题,每个主题1学分。

其中(一)必修课程

第(1)条技木与设计规定:该模块由“技术及其性质” “技术设计过程” “工艺及方案实现” “技术交流与评价”四个单元组成。其内容要求规定第(6条):掌握简易木工、金工、电子电工常用工具的一一些使用方法。了解一至两种数字化加工设备(如激光雕刻机、激光切割机、三维打印机)的使用方法。根据设计方案恰当选择加工工艺,制作一个简单产品的模型或原型。内容结构如图:

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教学装备提示第(3)条规定:专用教室应配备体现现代技术新发展的教学装备,激光雕刻机、激光切割机、三维打印机、小型数控加工中心、风洞等。应避免直接将工业和工厂用设备充当教学装备。避免大量配置结构化塑料插接件充当高中学生实践材料。

(二)选择性必修课程

第8条职业技术基础规定:随着现代技术突飞猛进的发屐,技术与职业的就系越来紧密,本模块旨在帮助学生体验并初步探索进入职业世界所需的基本技能,为学生未来从事某一职业作初步准备。

本模块由“材料及其加工” “能源及其转换“”信息及其管理”技术术使用与维护”四个单元组成。其中教学裝备提示第(3)条:专用教室可配备体现新材料、新工艺、新技术的教学装备,如复合材料、瀲光切割机、三维打印机、数控车床、数控车床、小型数控铣床、数控雕刻机等。内容结构如图:

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技术与创造系列

第(9)条创造力开发与技术发明规定:技术的本质在于创造.创造力的发展是一个民族立于不败之地的动力所在。本模块旨在帮助学生理解技术的发展需要发明和革新,能够有意识运用一定的技术和方法体验发明创造的过程.形成积极的创造意向和兴趣,培养良好的批判性思维和创造性思维等思维品质。本模块由“技术与创造力开发” “创新思维与技法” “创新工具与创客文化“”发明成果与专利”四个单元组成。内容结构如图:

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其内容要求第(5)条规定:理解创新工具的丰富性和发展性,使用2一3种创新工具和公开的数据与信息进行创新设计与制造。利用新材料、新工艺。如激光切割机、三维打印机、数控机床等设备进行设计成果物化实现。

其【教学提示】教学策略

可选用与学生生活相联系的技术发明与革新的案例,也可选用我国古代四大发明的案例来激发学生对创造力开发的向往;可采用发现式教学法,引导学生搜集、学习有关资料并发现创造思维、创造技法方面的概念和原理;可鼓励学生遵循科学性、创新性、实用性的原则,自主选题、自主设计、自主选材料和工具设备,通过操作常用的手工工具、数控机床、激光切割机、三维打印机等进行模型制作,从中体验意念具体化和方案物化过程中的复杂性和创新性;可采用任务竞标形式培育创客文化,构建以用户为中心、面向应用的创新环境,引导学生理解创客及其文化,并对我国的技术创新现象进行文化反思。

第(10)条产品三维设计与制造是对3D打印最主要的一条:

三维打印技术是指计算机控制下,采用层层叠加的方式来制造三维物体的技术。通过本模块,学生能了解常见的三维打印技术及其机理,初步掌握一款三维设计软件,能够运用三维设计与技术的思想、方法与工具解决实际技术问题。

本模块由“三维打印原理” “三维产品技术分析” “三维模型设计”和”三维打印技术应用”四个单元组成。内容结构如图:

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产品三雒没计与制造【内容要求】

简要说明三维打印技术的产生与发展历程,并通过亲身体验,感悟三维打印技术对自然和人类的生产、生活方式产生的影响。

描述1一2种常见的三维打印机的运行原理、应用领域和所受到的技术限制,正确、安全地操作三维打印机。

知道获得三打印模型数据的途径,用图样方式表达采用 FDM(熔融沉积成型)技术的三维打印实施流程。

结合三维打印机的成型工艺特点,对设计的产品进行技术分析。

制订同时满足产品设计要求和三维打印成型工艺要求的技术设计与制造方案,并通过比较、权衡和优化,确定最终解决方案。

利用一款三维设计软件将设计方案转换成三维数字模型。并对所设计产品的三维数字模型进行优化、渲染和测试。掌握将三维数字模型转换成相应二维机械加工图的方法,了解实用图形的分层和每层的路径规划。

使用一款三维打印机的切片软件、对所设计的三维数字模型进行分层切片、路径规划及相关参数的设定,并转化成打印机的运行指令文件。

应用产品的三维设计与三维打印技术。设计并制造一个实用且具有筒单组合结构的产品;对制造好的产品进行后期加工、组装与测试。

阐述三维扫描、逆向工程和智能制造在技术产品设计和制造中的作用。

【教学提示】

教学策略提示

可通过相关视频播放和图片展示,并结合不同时期三维打印机制造的实物,进行讲解、体验与比较;可通过如"从自体皮肤的移植到利用人体自体皮肤的打印移植” “产品设计与制造从设计、开模、铸模、组装等烦琐的工序简化到设计与打印” “从人工盖房子到用打印机打印出房子”等项目加深理解和体验;可通过辩论的形式分析和理解三维打印技术对未来生活的可能影响,激发学生学习三维设计与制造技术的兴趣,培养学生理性看待技术的意识;可通过查阅相关资料、实际操作及实物展示,进行比较、体验和分析打印材料、打印原理和应用领域之间的相互关系及所受到的限制;可通过演示、分析和讨论基于问题解决的三维设计的方法和掌握三维产品技术设计与制造的一般过程;可利用软件进行点、线、面、体等简单的图形绘制 ,让学生逐渐熟悉软件界面的各按钮功能及其应用,进行较为简单的设计综合训练,还可进行较为复杂的实体三维设计、测试、澶染;可通过三维打印机控制软件对(Gcode文件和X3G文作进行格式转换和打印,体验和掌握三维打印机控制界面各按钮的功能及使用方法。

项目任务提示

可选择使用三维设计软件和三维打印技术,完成一个筒单的一体化嵌入式结构项目任务,如设计并制造一个体育老师使用的哨子。体验三维打印技术的特有加工功能和解决实际问题的优势;可提出贴近学生生活的产品设计项目,如带把手茶杯的设计与制造分析、风动艇的三维技术设计分析等,让学生在真实情境中寻找问题、探索问题的途径和掌握三维设计与制造的方法;有件的学校可以尝试用三维扫描技术,使学生在三维设计中快速获得实物三维数据,进一步丰富三维设计与制造的技术体验。

教学装备提示

本模块的教学应在专用教室开展,专用空间上可规划为加工区、打印区、测试区、设计区、展示区等区域,应配置网络化学习环境。

专用教室配詈一定数量的三维打印机、高性能三维设计计算机、网络激光打印机等设备;配置手工绘图套件;配置什锦锉,小型抛光机、小型数控铣床控铣床、砂轮机、砂带机等精细加工设备;配置相应技术设计的图书、图片、典型案例集等图书资源。有条件的学校可配置三维扫描仪。

专用教室配置简洁易用、功能丰富的开源设计软件。也可配置功能更为强大的三维设计软件。

【学业要求】

能列举多种体现不同打印原理的三维打印技术应用实例。并通过案例比较分析三维打印与传统制造产品制造领域中各自的优势与不足;能对三维打印技术在制造领域的成功案例进行理性分析与讨论,形成技术的敏感性和责任意识;能熟悉一款常用三维设计软件界面图形,并能在虚拟空间进行性能测试,根据测试结果对设计产品进行优化和外观渲染;能熟练掌握三维打印控制面板的各项操作及日常保养方法;能将三维设计数据转化为三维打印机加工数据,同时对加工中出现的常见问题进行分析和处理;能根据需要设计合适的打印支撑架;能根据实际需求,完成测量、绘制草图、用计算机绘制三维设计图、在虚拟环境中进行测试与优化,并用三维打印机进行制造、安装与调试;能熟练掌握打印产品的后期加工方法;了解三扫描仪的使用原理应用领域。

(三)选修课程

新技术体验与探究

现代让会正处一个新技术层出不穷的时代。本模块旨在通过学生对新技术及其应用进行体验与自主探究的活动,引导学生保持对新技术的好奇心和亲近感,形成感知、探究和运用新技术的思想和习惯,激发学生创新创造的情感。

本模块由“新技术发展概述“”新技术应用体验“ “新技术专题探究”三个单元组成。可根据学校实际和学生需要选择相关新技术项目进行体验与探究性实贱。内容结构如图:

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其【内容要求】第(3)条规定:对某项新技术的技术特征、主要机理、应用范围、主要功用、常见参数加以分析和比较。如人工智能技术、大数据技术、智能机器人技术、虚拟现实技术、物联网技术、全球定位系统(以下简称GPS)技术、三维打印技术、智能控制技术、新材料技术、无人驾驶飞机技术等。

【教学提示】

项目任务提示

可根据学校条件和学生兴趣。选择如无人技术、物联网技术、智能控制技术、大数据技术、三维打印技术、新合成材料技术、GPS 技术、虚实技术、玻璃涂层技术等内容进行項目和任务的教学设计;也可就某一具体技术产品如水下机器人、无人驾驶飞机、曲屏电视、变频空调、太阳能电池等进行项目和任务设计。任务的应注重趣味性和实用性,注重学生实际操作、实际应用等实践能力的培养和亲近技术的情感培养。

技术集成应用专题

技术集成是技术创新的重要方法之一,也是技术综合应用的表现形式。本模块旨在引导学生通过技术集成与应用的设计实践与自主探究活动,了解技术集成的概念、基本过程及实现形式,培养学生技术探究的兴趣和综合运用技术进行创新创造的热情。

本模块由 技术集成基本原理”技术集成的实现形式””技术集成应用与实践” “技术集成与创新创业”四个单元组成。内容结构如图:

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【教学装备提示】第(2)条规定:专用教室应配备开展某几项技术集成实验的基础硬件、材料和工具,如计算机、数据采集设备(光照传感器、温度传感器、噪声传器等)、通信设备(无线网关、蓝牙模块、导航装置等)、数据处理设备、技术集成的产品或模型、三维打印机、手工工具箱等。

六、实施建议

教学与评价建议

基于学科核心素养的教学与评价应学科本质,创设真实学习环境生合理选择和组织教学内容,关注学生技术的建构、技术思维的形成和技术文化感悟的有机统一。加强信息技术条件下教学资源的有效组织和应用,强调目标、教学、评价三者的一致性。

其中第(4)条加强信息技术条件下教学资源的有效组织和应用规定:核心素养的形成需要丰富的教学资源来支持。教学中应围绕核心素养的形成对教学资源进行有效的组织和设计,既要提供传统的手工工具和设备(如锯子、车床等),又要提供反映先进技术发展的设备(如三维打印机、数控加工设备等)既要提供企业开发的教具和学具,又要注重教师和学生收集或改造的物品作为教学资源,既要关注物质资源,又要关注技术史等文本资源和网络资源;既要重视教师的作用,又要重视技术员、设计师、工程师等人员的作用。同时,教师应促使学生在学习过程中与这些资源互动,并及时捕捉、重组和提升可能推动教学过程的生成性资源。

信息技术与具体学科整合是教育发展的趋势。通用技术教学应强化信技术的参与应用。促进通用技术学科内容和教与学方式的变革,例如,既要有手工绘图内容,也要引入计算辅助设计教学内容;既要有传统模型加工内容,也要引入三维打印等教学内容;既要有借助常规工具和设备的技术试验,也要加入利用计算机辅助设计和仿真试验等手段行构思方案、绘图、模拟试验,以及利用网络技术进行技术合作与交互式技术学习等。

《17-1847普通高中信息技术课程标准》文件

高中信息技术课程由必修、选择性必修和选修三类课程组成。课程鲒枘如表亂所示。

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高中信息技术课程结构

高中信息技术必修程是全面提升高中学生信息素养的基础,强调信息技术学科核心素养的培养。滲透学科基础知识与技能。是每位高中学生必须修习的课程,是选择性必修和选修课程学习的基础。高中信息技术必修课程包括“数据与计算”和“信息系统与社会”两个模块。

高中倌息技术选择性必修课程是根据学生升学、个性化发展需要而设计的,分为升学考试课程和个性化化发展类课程。选择必修课程旨在为学生将来进入高校继续开展与信息技术相关方向的学习以及应用信息技术进行创新、创造提供条件。选择性必修课程包括“数据与数据结构” “网络基础” “数据管理与分析” “人工智能初步” “三维设计与创意“”开源硬件項目设计”六个模块。其中,“数据与数据结构“”网络基础” “数据管理与分析”三个模块是为学生升学需要而设计的课程,三个模块的内容相互并列;"人工智能初步” “三维设计与创意” “开源硬件項目设计”三个为学生个性化发展而设计的课程,学生可根自身的发展需要进行选学。

高中息技术选修课程是为满足学生的兴趣爱好、学业发展、职业选择而设计的自主选修课程,为学校开设信息技术校本课程预留空间。选修课程包括“算法初步” “移动应用设计”以及各高中自行开设的信息技术校本课程。

(三)学分与选课

高中信息技术必修课程的学分为3学分,每学分8课时。共54课时。必修课程是本学科学业水平合格性考试的依据,学生学完必修课程后,可参加高中信息技术学业水平合格性考试。

学生在修满信息技术必修学分的基础上,可根据兴趣、学业发展和职业倾向,学习选择性必修和选修课程,发展个性化的信息技术能力或达到更高的学业水平。选择性必修和选修课程中,每个模块为2学分。每学分18课时。需36课时。

选择性必修课程是对必修课程的拓展与加深,满足学生升学和个性化发展的需要。学生可根据能力、发展需要选学。选择性必修中的 “数据与数据结构”“网络基础 “”数据管理与分析”是本学科学业水平等级性考试依据。学生修完这三个块后,可参加高中信息技术学业水平等级性考试。选择性必修中的“人工智能初步” “三维设计与创意“”开源硬件项目设计”三个模块的修习情况应列为综合素质评价的内容。

选修课程体现了学科的前沿性、应用性,学生可根据自身能力、兴趣或需要进行自主选学。选修课程的修习情况应列为综合素质评价的内容。

四、课程内容——(二)选择性必修课程——模块5:三维设计与创意

三维设计作为一种立体化、形象化的新兴设计方法,已经成为新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的重要基础。三维设計方法的学习与应用,既有利于培养学生的空间想象能力,也有利于学生科学、技术、工程、人文艺术、数学等学科综合性的思维能力。本模块是针对三维图形创作与编辑和三维动画创意方法而设置的选择性必修模块。

通过本模块的学习,学生能够理解基于数字技术进行三维图形和动画设计的思想与方法,能够结合学习与生活的实例设计三维作品并发布,体验利用数字控术进行三维创意设计的基本过程与方法。

本模块包括“三维设计对社会的影响" 三维作品设计与创意“”三维作品发布”三部分内容。

【内容要求】

5.1能通过调查和案例分析,描述三维设计及相关技术的现状和发展趋势,具体说明三维设计及相关技术给人们生活、工作、学习带来的影响。

5.2认识三维设计及技术在数字化环境中的普遍性,了解三

维设计及相关技术在不同领域的实际应用。

5.3通过剖析、模仿三维作品的样例,掌握三维设计的基本方法,尝试添加并实现自己的创意。

5.4了解三维设计中建模的意义,能从建模的思想出发,合理创设模块,进一步規划完善三维作品的设计。

5.5从生活与学习需求出发,利用三维设计软件创作三维作品,添加适当的效果,达到设计的要求。

5.6能据交流或创作的需要,选择适当的形式发布三维作品,实现表达意图。

5.7能适当评价与鉴赏他人作品,休会作品所表达的创作思想,理解其中蕴含的创意。

【教学提示】

在本模块教学中,要注重示范与学生动手实践相结合,切实培养学生三维设计与创意的能力。另外,还要引导学生理解数字媒体领域的发屐趋势,渗透创新意识。

(1) 建议以活动设计为主线,教学活动突出理论与实践一体化,结合各个实例,层层递进展开教学,强化学生的知识理解和技能掌握,培养学生的创新能力。

例如:组织学生开展“创意杯子设计”活动。引导学生联系实际并展开联想,设计各种有创意的三维作品,可以是极具艺术效果的杯子,也可以是有特殊功能的杯子(如能测量杯子的水温等)。活动从建模規划开始,到利用三维设计软件添加并实现自己的创意,最后完善全部的设计。

(2) 在教学过程中,可以借鉴实际案例,引导学生先模仿后探究,鼓励他们思考如何将作品与虚拟现实技术、增强现实技术相结合,在数字化学习过程中实现数字化创新之目的。

例如:教师可以解读一些优秀的三维作品,分析这些作品在设计和实现中体现出的与众不同的特点,组织学生有针对性的模仿。接下来,可以提供一些半成品,引导学生在此础上开展独立思考,完善并实现作品的功能。

(3) 在教学过程中,要注重培养学生的协作学习精神,鼓劢学生主动发布自己的作品,对他人的作品作出合理的、有建设性的评价。

例如:组织学生开展小组学习,引导学生互帮互助,共同成长;引导学生有效利用学校已有的设备发布作品。可以在网络上发布。也可以利用三维打印机打印出来,便于其他伺学欣赏和评价,鼓劢学生之间互提建议,交流思想。

本模块适宜在能够接入互联网的信息技术实验室中开展教学。构建便于学生进行交流的网络学习平台,营造良好的数字化学习氛围。用于学生学习的计算机要具备的三维图形处理功能,配备三打印机。

【学业要求】

学生初步了解三维设计及相关基础知识,形成三维设计及相关技术在当今社会有重要作用的认识(信息意识)。掌握三维设计中关于建模本知识与技能,加深模块化信息处理能力,并逐步延伸到系统化的信息处理能力(计算机思维)。能够利用数字化环境查找学习资源,运用三维设计的思想、方法与技术进行创作与表达(数字化学习与创新)。通过学习中的交流和相互评价,理解知识产权对信息社会产生的影响。增强积极参与信息社会建设的意识。树立数字化环境下积极进取的态度(信息社会责任)。