管端梅

課例特色

STEM教育旨在培養(yǎng)未來卓越擔(dān)當(dāng)人才，依賴于情感和思維交互的創(chuàng)造力，兼容不同學(xué)科和領(lǐng)域知識，激發(fā)學(xué)生專業(yè)層次的籌劃型實體思維。手機(jī)已成為日常生活必不可少的物品，而手機(jī)支架能夠讓手機(jī)使用更加方便。設(shè)計一個實用又好看的手機(jī)支架，是情感價值的體現(xiàn)?；赟TEM課程設(shè)計的理念、PBL教學(xué)設(shè)計理論，結(jié)合筆者在海安市實驗小學(xué)對STEM課程的實踐情況，本課題以“設(shè)計手機(jī)支架”為小的切入點，以“調(diào)查一探索”循環(huán)、“設(shè)計-再設(shè)計”循環(huán)為理論支撐，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造潛能。

教學(xué)目標(biāo)

1.讓學(xué)生在此過程中能夠?qū)υO(shè)計流程和規(guī)范有初步體驗。

2.引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注手機(jī)支架使用者的用戶體驗，提升用戶體驗質(zhì)量。

3.從二維到三維，使學(xué)生虛無的想法、創(chuàng)意變成看得見的實體。

4.使學(xué)生在想象與創(chuàng)造的空間里實現(xiàn)飛一般的成長。

教學(xué)重點與難點

教學(xué)重點

創(chuàng)新設(shè)計手機(jī)支架造型，實現(xiàn)多想法多用途的融合。

教學(xué)難點在Autodesk 123D Design中。使用相應(yīng)指令完成建模設(shè)計。

教學(xué)過程

一、情境導(dǎo)入

1.提出問題

教師引導(dǎo)學(xué)生回憶現(xiàn)有手機(jī)支架的優(yōu)缺點并進(jìn)行對比，為接下來的作品設(shè)計埋下了一顆種子，然后通過一些外界因素來讓這顆種子發(fā)芽。

2.師生角色扮演

教師當(dāng)設(shè)計公司的老板，接到一個大額訂單，讓全班學(xué)生擔(dān)任設(shè)計師來設(shè)計一個獨一無二限量版的手機(jī)支架，從實用性、便攜性、外觀和使用材質(zhì)考慮，采納的設(shè)計師將獲得豐厚的回報。學(xué)生容易接受這樣的情境，積極動手設(shè)計。

3.教師課中及時介入

手機(jī)支架為什么能支撐手機(jī)？是怎樣的原理？教師事先調(diào)查和查閱資料，向?qū)W生介紹設(shè)計的原理，對學(xué)生設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)的問題及時指導(dǎo)和分析，修補和改進(jìn)學(xué)生原有知識結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生像設(shè)計師一樣思考，完成設(shè)計的第一步。

二、想法成形

學(xué)生通過頭腦風(fēng)暴快速產(chǎn)生大量的點子，形成最終方案。學(xué)生的作品設(shè)計分為兩種類型：顏值型和功能型。學(xué)生設(shè)計的側(cè)重點不同，所呈現(xiàn)的手機(jī)支架的總體結(jié)構(gòu)必然有所區(qū)別。顏值型的支架更注重外觀的設(shè)計，在實現(xiàn)基本功能的基礎(chǔ)上，外觀上的設(shè)計更勝一籌，如圖1.

功能型的設(shè)計者在手機(jī)支架上大做文章，在支架附屬功能方面（如圖2），讓手機(jī)支架越來越智能化和綠色化：安上CIGS薄膜太陽能芯片的太陽能電池板，有陽光就能充電;加上手電筒，變成隨身攜帶的照明燈;加上自拍桿;加上無線感應(yīng)智能快充，一放即充，方便快捷;設(shè)計成帶鏡子的小型錢包，讓手機(jī)支架更生活化;設(shè)計四個桿子，多處調(diào)節(jié)最終能夠達(dá)成想要的傾斜度;等等。

三、思維進(jìn)階

紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。如何在建模軟件中做出一模一樣的作品呢？需要在建模軟件里先畫出平面草圖、基本框架，再進(jìn)行三維拉伸或扭曲。

根據(jù)學(xué)生的前期圖紙建模，我們發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生的設(shè)計都是分段式的，這時候?qū)W生會自主地把整體分解為多個部分，分批建模，最后組裝。這也考驗了學(xué)生整體數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析能力，雖然是一個小的項目，卻也從各個角度和細(xì)節(jié)考驗著學(xué)生的核心素養(yǎng)。學(xué)生會用筆在紙上記錄數(shù)據(jù)，確保每個部分最后組裝時能夠契合。

整個項目需要一些時間，先是設(shè)想，然后下筆、修改。教師只是一個旁觀者和適時的介入者，學(xué)生為主體，手機(jī)支架為主題，畫畫為技能，創(chuàng)意為主導(dǎo)，電腦操作為手段，建模軟件為工具，學(xué)生收獲的不僅僅是項目本身的真實反饋，更是自己內(nèi)心和心智的真實質(zhì)變。

四、3D建橫

學(xué)生是天生的創(chuàng)造者，3D打印的設(shè)計軟件很多，我們選用的是Autodesk 123D Design，界面簡潔無冗余，操作也比較簡單，適合小學(xué)生接受新事物的心理過程，滿足了學(xué)生基礎(chǔ)操作的需求。學(xué)生使用該軟件容易上手，也容易產(chǎn)生共鳴。

畫草圖、拉伸、倒圓角、鏡像、陣列、偏移曲線、掃掠、合并組合……因為學(xué)生設(shè)計的作品樣式不同，形狀不同，所需要的操作指令不盡相同。具體的體系，具體的目標(biāo)，學(xué)生有章可循，才能做出好的作品。所以，教師要引導(dǎo)學(xué)生建立作品的框架，粗加工、深加工，再精雕細(xì)琢，將技術(shù)思維貫穿其中，以匠人之心做好每一件事。

基礎(chǔ)框架搭好后（如圖3），我們該如何像草圖設(shè)計的那樣做出類似或更好的作品呢？教師可引導(dǎo)學(xué)生加入工程設(shè)計的元素（如圖4）。如有的學(xué)生添加了裝杯子的圓孔，既能通過杯子等增加手機(jī)支架的重量，也能防止手機(jī)后翻;還有的學(xué)生給手機(jī)設(shè)計躺椅式的手機(jī)支架、筆筒式的手機(jī)支架等多功能的手機(jī)支架。教師鼓勵學(xué)生多搭建模型，通過生活中的原材料來豐富模型，把作品做得更細(xì)致完善。

教學(xué)反思

3D建模是作品呈現(xiàn)最重要的環(huán)節(jié)，尺寸是否匹配各種類型的手機(jī)，每個設(shè)計區(qū)域的尺寸是否貼合設(shè)計需要，能不能真正固定住手機(jī)，這些問題一直考驗著學(xué)生的思維。設(shè)計得再好看、再精致，會不會華而不實？最終手機(jī)支架的作用能不能體現(xiàn)出來，會不會最終淪為裝飾品，比如筆筒或玩具呢？

學(xué)生通過切片軟件Cura，轉(zhuǎn)換成3D打印機(jī)能夠真正識別和執(zhí)行的數(shù)據(jù)文件，更重要的是對自己作品進(jìn)行最終的修飾。有些學(xué)生建模時沒有考慮打印機(jī)能夠打印的實際長寬高，所以需要在切片軟件中進(jìn)行相應(yīng)的縮放和參數(shù)設(shè)置，這一部分顯得尤其重要。但是在這個項目中，我更多地關(guān)注了學(xué)生作品的設(shè)計樣式和新穎度，對作品尺寸關(guān)注得不多，導(dǎo)致學(xué)生最后不能成功地打印成品，要么太小，要么太大，需要進(jìn)行二次修改和多次微調(diào)。

教學(xué)點評

蓋教育云者，固授人以學(xué)識、技能而使之能生存于世界也。僅以講求實用之知能者為限，亦猶實業(yè)教育也。PBL學(xué)習(xí)運用復(fù)雜、真實的生活項目，同時又與課程內(nèi)容緊密相關(guān)，是促進(jìn)和提供學(xué)習(xí)經(jīng)驗的一種教學(xué)方法。3D打印作為智慧教育時代推動教育改革的重要利器進(jìn)入小學(xué)生的課堂，如何開展活動，如何讓學(xué)生在項目化學(xué)習(xí)中得到能力培養(yǎng)和提升，開辟個性化學(xué)習(xí)空間，豐富課堂學(xué)習(xí)樣態(tài)，拓展創(chuàng)新智造形式，是我們一線教師應(yīng)該思考的問題。期待3D打印技術(shù)通過教育體現(xiàn)其作用，提升其價值，希望本研究能為今后的課程建設(shè)與研究提供一些小小的借鑒。