錢(qián)耀剛　衛(wèi)夢(mèng)婷

當(dāng)今，創(chuàng)客教育在中小學(xué)盛行，其借助基于設(shè)計(jì)、基于項(xiàng)目和探究性學(xué)習(xí)等方式的教育理念，以真實(shí)問(wèn)題為導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)知識(shí)與能力并重，倡導(dǎo)學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中獲得知識(shí)與技能，同時(shí)獲得創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。3D打印作為一種新興的技術(shù)正從行業(yè)中走進(jìn)學(xué)生課堂，3D創(chuàng)客教育逐漸引起教育者的關(guān)注。作為中小學(xué)3D打印課程設(shè)計(jì)者，筆者急切地希望探究一種有效的方法與途徑來(lái)豐富基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)形態(tài)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)3D建模設(shè)計(jì)過(guò)程中，積極體驗(yàn)作品從設(shè)計(jì)到形成的過(guò)程，從而拓展學(xué)生在數(shù)學(xué)、科學(xué)、設(shè)計(jì)、美術(shù)、工程等方面的知識(shí)面，解決他們學(xué)習(xí)生活中的實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)他們的設(shè)計(jì)思維和創(chuàng)新能力。下面，筆者根據(jù)自己的教學(xué)實(shí)踐，談?wù)勗诶?DOne軟件三維設(shè)計(jì)建模教學(xué)過(guò)程中如何有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

● 基于特定主題，以興趣為先導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)

與傳統(tǒng)課程相比，3D打印教學(xué)讓學(xué)生體驗(yàn)作品從無(wú)到有的產(chǎn)生過(guò)程，在設(shè)計(jì)與建模的過(guò)程中都需要學(xué)生親自參與和完成，這樣有利于學(xué)生觀察能力、思考能力、空間思維能力以及操作能力的提高，整個(gè)過(guò)程充分激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與積極性。

筆者在介紹3DOne功能時(shí)，演示了一些簡(jiǎn)單模型的制作方法，學(xué)生的興趣被激發(fā)出來(lái)，迫不及待要求自行操作，而且95%的學(xué)生當(dāng)堂就能利用多種基本實(shí)體完成簡(jiǎn)單作品。之后的每節(jié)課，筆者都以主題式的教學(xué)鋪展開(kāi)來(lái)，如總主題“一起來(lái)設(shè)計(jì)我們的書(shū)桌”，整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)就圍繞這一主題開(kāi)設(shè)相關(guān)分主題課程模塊，如“搭積木”“漢諾塔”“課桌椅”“臺(tái)燈”“筆筒”“花瓶”“茶杯”“電腦”等。每一課程主題都承上啟下、環(huán)環(huán)相扣，學(xué)生不僅學(xué)有興趣，而且學(xué)有余力。每節(jié)課，學(xué)生都沉浸在3DOne建模設(shè)計(jì)中，學(xué)習(xí)興趣濃厚，整個(gè)課堂氣氛也活躍起來(lái)。

● 基于課程整合，與學(xué)科相滲透，促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展

在應(yīng)試教育制度的束縛下，學(xué)生的深度思維和創(chuàng)造力受到了限制，學(xué)生難以將所學(xué)知識(shí)靈活運(yùn)用。實(shí)踐證明，在三維實(shí)體建模教育中進(jìn)行跨學(xué)科整合是可行的、有效的。學(xué)生在3D建模過(guò)程中能從更多視角認(rèn)識(shí)學(xué)科之間的聯(lián)系，提高綜合運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力。[1]

例如，在學(xué)習(xí)《花瓶》一課時(shí)，學(xué)生學(xué)會(huì)使用旋轉(zhuǎn)、縮放命令構(gòu)造花瓶的方法，也有助于其數(shù)學(xué)上“空間與圖形”中的“旋轉(zhuǎn)”“對(duì)稱圖形”“縮放”等知識(shí)的學(xué)習(xí)與鞏固。很多3D設(shè)計(jì)的空間模型能夠增進(jìn)小學(xué)數(shù)學(xué)空間與圖形常識(shí)，如圖形的認(rèn)識(shí)、測(cè)量、圖形的運(yùn)動(dòng)、圖形與位置的學(xué)習(xí)。又如，在學(xué)習(xí)《漢諾塔》時(shí)，學(xué)生親手繪制草圖輪廓，并創(chuàng)建三維實(shí)體，不僅學(xué)習(xí)了幾何知識(shí)，還培養(yǎng)了空間思維能力。在使用布爾加、減、交運(yùn)算對(duì)幾何實(shí)體進(jìn)行組合編輯時(shí)，學(xué)生直觀地體會(huì)了布爾加運(yùn)算即將基體和合并體融合成為一個(gè)基體的命令，最后得到基體與合并體的并集;布爾減運(yùn)算則是將基體與合并體相交的部分在基體上切除下來(lái)的命令，最后得到基體中不與合并體相交的部分;而布爾交運(yùn)算是留下基體與合并體重合部分的命令，最后得到的是基體與合并體的交集，并且基體與合并體無(wú)先后順序。這對(duì)于從來(lái)沒(méi)有接觸過(guò)布爾運(yùn)算以及并集、交集的小學(xué)生來(lái)說(shuō)，這種直觀的知識(shí)體現(xiàn)必定易于理解，且印象深刻。很多組合模型的設(shè)計(jì)都能夠讓學(xué)生體會(huì)到從局部到整體或從整體到局部的空間感。3D建?？梢允箤W(xué)生感受到從現(xiàn)實(shí)生活的實(shí)景中抽象出圖形的過(guò)程，也可以使學(xué)生體驗(yàn)圖形的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、圖形的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、圖形與位置的測(cè)量。[2]

3D建模中將創(chuàng)作從平面轉(zhuǎn)向立體，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)部分模型進(jìn)行倒角與圓角的修飾、材質(zhì)渲染，這都在引導(dǎo)學(xué)生對(duì)作品的細(xì)節(jié)部分進(jìn)行優(yōu)化和完善，提升學(xué)生藝術(shù)審美能力與素養(yǎng)?！妒謾C(jī)與相框》《自行車模型》《旋轉(zhuǎn)木馬》等綜合性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)課，除了融合數(shù)學(xué)與美術(shù)相關(guān)學(xué)科外，還包括科學(xué)、機(jī)械、物理、信息技術(shù)等方面的知識(shí)。例如，在設(shè)計(jì)桌椅的過(guò)程中，首先考慮椅子的穩(wěn)定性與平衡性，避免出現(xiàn)斜倒、扭曲的狀況，其次要考慮椅子的承重力。

3D建模在同其他課程融合的同時(shí)，將概念和知識(shí)立體化、具體化、可視化，不僅促進(jìn)學(xué)生全面理解知識(shí)，更能提升學(xué)生分析、設(shè)計(jì)、評(píng)估、實(shí)踐和創(chuàng)造能力，促進(jìn)學(xué)生的計(jì)算思維、分析性思維與創(chuàng)新性思維以及系統(tǒng)思維的發(fā)展。

● 基于自主協(xié)作，以項(xiàng)目為核心，啟迪學(xué)生創(chuàng)造意識(shí)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是極佳的創(chuàng)意培養(yǎng)方式。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，可以給定設(shè)計(jì)的主題，讓學(xué)生發(fā)揮想象，外觀、功能由學(xué)生自己決定，只要符合設(shè)計(jì)主題即可，這樣能更深層次地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。[3]

另外，教師所布置的任務(wù)應(yīng)當(dāng)具有靈活多變性，即需依據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的不同制訂個(gè)性化的學(xué)習(xí)任務(wù)。針對(duì)已有一定基礎(chǔ)的學(xué)生，可以布置一些具有挑戰(zhàn)性的創(chuàng)造性項(xiàng)目來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，學(xué)生可以自主完成，也可以同伴合作探究，在探索過(guò)程中，鍛煉了協(xié)調(diào)能力、合作能力與創(chuàng)新意識(shí)。例如，在設(shè)計(jì)《桌椅》時(shí)，筆者引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己生活與學(xué)習(xí)的實(shí)際情況討論設(shè)計(jì)的桌椅有什么不方便或者想解決的問(wèn)題，學(xué)生提出的問(wèn)題有東西多課桌里面放不下、文具盒總是沒(méi)地方放等。接著，筆者讓學(xué)生根據(jù)提出的問(wèn)題，找到解決方案，設(shè)計(jì)了新的書(shū)桌。在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生不但看到了生活的細(xì)節(jié)，還設(shè)想了具有創(chuàng)造性的方案，這正是對(duì)創(chuàng)新意識(shí)與解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)。

又如，《兒童樂(lè)園——旋轉(zhuǎn)木馬》是學(xué)生進(jìn)行的第一個(gè)探究性3D建模項(xiàng)目，對(duì)學(xué)生的建模能力是極大的挑戰(zhàn)。在3D建模的時(shí)候，學(xué)生們小組協(xié)作，按照先部分再整體的思路，通過(guò)繪制旋轉(zhuǎn)木馬構(gòu)建整體概念及數(shù)據(jù)，再逐漸增加繪制難度，挑戰(zhàn)個(gè)性化的旋轉(zhuǎn)木馬的3D建模。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程讓學(xué)生在抽象概念和直觀經(jīng)驗(yàn)之間自由轉(zhuǎn)換，使學(xué)生切身體會(huì)到所學(xué)知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用之間的密切聯(lián)系。這種項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方式提高了學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)的意識(shí)以及解決問(wèn)題的能力，拓展了學(xué)生的學(xué)習(xí)寬度和深度，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神。

● 基于STEAM理念，以競(jìng)賽為契機(jī)，提高學(xué)生綜合素養(yǎng)

筆者的3D打印課程教學(xué)分為兩個(gè)階段：第一階段是掌握3Done軟件的使用與工具的整合階段;第二階段是項(xiàng)目式探究階段。筆者通過(guò)創(chuàng)設(shè)一個(gè)個(gè)有趣的生活應(yīng)用類情境，讓學(xué)生利用3D打印技術(shù)貼合實(shí)際，解決現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題。

例如，“自行車”項(xiàng)目包括以下流程：①發(fā)布任務(wù)。教師簡(jiǎn)單介紹自行車既是交通工具，又是娛樂(lè)工具、健身工具，還是雜技道具;自行車有省力的，有吃力的，有結(jié)實(shí)的，有美觀的。學(xué)生以小組為單位，比一比哪一組設(shè)計(jì)的自行車合理、耐用、美觀。②調(diào)查和分析。學(xué)生查閱相關(guān)自行車材料，并嘗試對(duì)自行車分類，選擇一種自行車進(jìn)行設(shè)計(jì)。③自行車草圖的繪制。學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)，完成自行車的初步設(shè)計(jì)。④計(jì)算并修改。依據(jù)草圖計(jì)算相關(guān)結(jié)構(gòu)的尺寸，討論并修改自行車設(shè)計(jì)。⑤建模打印并組裝。利用3DOne軟件，完成自行車模型相關(guān)結(jié)構(gòu)件模型并打印，最后組裝成完整的自行車。⑥項(xiàng)目展示、評(píng)價(jià)、反思。各項(xiàng)目小組匯報(bào)并展示本小組作品，采用小組自評(píng)、互評(píng)和教師評(píng)價(jià)等方式綜合評(píng)價(jià)各項(xiàng)目小組。整個(gè)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的過(guò)程充分體現(xiàn)了STEAM教育理念，將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)巧妙地結(jié)合，鍛煉思維的廣闊性和敏捷性，強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目任務(wù)的分解、計(jì)算、修改、優(yōu)化，鍛煉思維的整合性和深刻性，以此發(fā)展學(xué)生綜合運(yùn)用各個(gè)學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題的能力，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，增強(qiáng)其合作意識(shí)，學(xué)生各方面的素養(yǎng)都得到了提高。

3D建模設(shè)計(jì)融入小學(xué)信息技術(shù)教育，為學(xué)生搭建了一個(gè)綜合運(yùn)用知識(shí)與技能、培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力的平臺(tái)。[4]實(shí)踐表明，3D打印課能夠激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造新事物的興趣，學(xué)生利用三維建模將想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，提高了設(shè)計(jì)能力、批判性思維、問(wèn)題解決能力，促使學(xué)生積極想象，并最終創(chuàng)造性地實(shí)現(xiàn)它。而項(xiàng)目式學(xué)習(xí)讓學(xué)生擁有一個(gè)觀察、探索、實(shí)踐和不斷完善的完整過(guò)程，為學(xué)生開(kāi)辟了一種全新的思維平臺(tái)。

STEAM教育強(qiáng)調(diào)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、批判性思維和解決問(wèn)題的能力，3D建模設(shè)計(jì)融入小學(xué)信息技術(shù)課堂，有助于推動(dòng)STEAM 教育，催生創(chuàng)客式的教學(xué)新樣態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)客意識(shí)與工程師精神。3D打印課程的開(kāi)展使很多“動(dòng)手做”類型的課程設(shè)計(jì)變得直觀化，實(shí)現(xiàn)了平面教育到立體教育的轉(zhuǎn)變，激發(fā)了學(xué)生投身技術(shù)和工程領(lǐng)域的熱情，從而為教育科技創(chuàng)新提供平臺(tái)。[5]

參考文獻(xiàn)：

[1]徐振宇.3D打印課程在小學(xué)信息技術(shù)領(lǐng)域的探索與實(shí)踐[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育，2016（10）：74-77.

[2]雷玲.小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)如何利用3D打印技術(shù)培養(yǎng)學(xué)生的空間感[J].西部素質(zhì)教育，2016（07）：91-94.

[3]夏小剛，鄭剛.基于工程實(shí)踐的STEAM項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施——以“3D打印——橋的設(shè)計(jì)與制作”為例[J].中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)，2018（01）：56-58.

[4]王悅鋼.3D建模設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力——以浙江省紹興市第二屆創(chuàng)新模型設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)賽為例[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育，2018（01）：69-71.

[5]李柯影，鄭燕林.3D打印技術(shù)在中小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用——以英國(guó)中小學(xué)課堂引進(jìn)3D打印技術(shù)項(xiàng)目為例[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2015（04）：108-114.