錢耀剛　衛(wèi)夢婷

當(dāng)今，創(chuàng)客教育在中小學(xué)盛行，其借助基于設(shè)計、基于項目和探究性學(xué)習(xí)等方式的教育理念，以真實問題為導(dǎo)向，強調(diào)知識與能力并重，倡導(dǎo)學(xué)生在解決實際問題的過程中獲得知識與技能，同時獲得創(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)計者，筆者急切地希望探究一種有效的方法與途徑來豐富基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)形態(tài)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)3D建模設(shè)計過程中，積極體驗作品從設(shè)計到形成的過程，從而拓展學(xué)生在數(shù)學(xué)、科學(xué)、設(shè)計、美術(shù)、工程等方面的知識面，解決他們學(xué)習(xí)生活中的實際問題，培養(yǎng)他們的設(shè)計思維和創(chuàng)新能力。下面，筆者根據(jù)自己的教學(xué)實踐，談?wù)勗诶?DOne軟件三維設(shè)計建模教學(xué)過程中如何有效培養(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)動機

與傳統(tǒng)課程相比，3D打印教學(xué)讓學(xué)生體驗作品從無到有的產(chǎn)生過程，在設(shè)計與建模的過程中都需要學(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，整個過程充分激發(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，演示了一些簡單模型的制作方法，學(xué)生的興趣被激發(fā)出來，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體完成簡單作品。之后的每節(jié)課，筆者都以主題式的教學(xué)鋪展開來，如總主題“一起來設(shè)計我們的書桌”，整個教學(xué)設(shè)計就圍繞這一主題開設(shè)相關(guān)分主題課程模塊，如“搭積木”“漢諾塔”“課桌椅”“臺燈”“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)計中，學(xué)習(xí)興趣濃厚，整個課堂氣氛也活躍起來。

● 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)知識靈活運用。實踐證明，在三維實體建模教育中進(jìn)行跨學(xué)科整合是可行的、有效的。學(xué)生在3D建模過程中能從更多視角認(rèn)識學(xué)科之間的聯(lián)系，提高綜合運用知識解決問題的能力。[1]

例如，在學(xué)習(xí)《花瓶》一課時，學(xué)生學(xué)會使用旋轉(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)”“對稱圖形”“縮放”等知識的學(xué)習(xí)與鞏固。很多3D設(shè)計的空間模型能夠增進(jìn)小學(xué)數(shù)學(xué)空間與圖形常識，如圖形的認(rèn)識、測量、圖形的運動、圖形與位置的學(xué)習(xí)。又如，在學(xué)習(xí)《漢諾塔》時，學(xué)生親手繪制草圖輪廓，并創(chuàng)建三維實體，不僅學(xué)習(xí)了幾何知識，還培養(yǎng)了空間思維能力。在使用布爾加、減、交運算對幾何實體進(jìn)行組合編輯時，學(xué)生直觀地體會了布爾加運算即將基體和合并體融合成為一個基體的命令，最后得到基體與合并體的并集;布爾減運算則是將基體與合并體相交的部分在基體上切除下來的命令，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先后順序。這對于從來沒有接觸過布爾運算以及并集、交集的小學(xué)生來說，這種直觀的知識體現(xiàn)必定易于理解，且印象深刻。很多組合模型的設(shè)計都能夠讓學(xué)生體會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)實生活的實景中抽象出圖形的過程，也可以使學(xué)生體驗圖形的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、圖形的旋轉(zhuǎn)運動、圖形與位置的測量。[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與相框》《自行車模型》《旋轉(zhuǎn)木馬》等綜合性較強的設(shè)計課，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)、機械、物理、信息技術(shù)等方面的知識。例如，在設(shè)計桌椅的過程中，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，將概念和知識立體化、具體化、可視化，不僅促進(jìn)學(xué)生全面理解知識，更能提升學(xué)生分析、設(shè)計、評估、實踐和創(chuàng)造能力，促進(jìn)學(xué)生的計算思維、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，以項目為核心，啟迪學(xué)生創(chuàng)造意識

項目式學(xué)習(xí)是極佳的創(chuàng)意培養(yǎng)方式。項目式學(xué)習(xí)，可以給定設(shè)計的主題，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)計主題即可，這樣能更深層次地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。[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)情況的不同制訂個性化的學(xué)習(xí)任務(wù)。針對已有一定基礎(chǔ)的學(xué)生，可以布置一些具有挑戰(zhàn)性的創(chuàng)造性項目來調(diào)動學(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，在探索過程中，鍛煉了協(xié)調(diào)能力、合作能力與創(chuàng)新意識。例如，在設(shè)計《桌椅》時，筆者引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己生活與學(xué)習(xí)的實際情況討論設(shè)計的桌椅有什么不方便或者想解決的問題，學(xué)生提出的問題有東西多課桌里面放不下、文具盒總是沒地方放等。接著，筆者讓學(xué)生根據(jù)提出的問題，找到解決方案，設(shè)計了新的書桌。在解決實際問題的過程中，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，這正是對創(chuàng)新意識與解決問題能力的培養(yǎng)。

又如，《兒童樂園——旋轉(zhuǎn)木馬》是學(xué)生進(jìn)行的第一個探究性3D建模項目，對學(xué)生的建模能力是極大的挑戰(zhàn)。在3D建模的時候，學(xué)生們小組協(xié)作，按照先部分再整體的思路，通過繪制旋轉(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)個性化的旋轉(zhuǎn)木馬的3D建模。項目實施過程讓學(xué)生在抽象概念和直觀經(jīng)驗之間自由轉(zhuǎn)換，使學(xué)生切身體會到所學(xué)知識與實踐應(yīng)用之間的密切聯(lián)系。這種項目式學(xué)習(xí)方式提高了學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)的意識以及解決問題的能力，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，以競賽為契機，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;第二階段是項目式探究階段。筆者通過創(chuàng)設(shè)一個個有趣的生活應(yīng)用類情境，讓學(xué)生利用3D打印技術(shù)貼合實際，解決現(xiàn)實生活中的問題。

例如，“自行車”項目包括以下流程：①發(fā)布任務(wù)。教師簡單介紹自行車既是交通工具，又是娛樂工具、健身工具，還是雜技道具;自行車有省力的，有吃力的，有結(jié)實的，有美觀的。學(xué)生以小組為單位，比一比哪一組設(shè)計的自行車合理、耐用、美觀。②調(diào)查和分析。學(xué)生查閱相關(guān)自行車材料，并嘗試對自行車分類，選擇一種自行車進(jìn)行設(shè)計。③自行車草圖的繪制。學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識，完成自行車的初步設(shè)計。④計算并修改。依據(jù)草圖計算相關(guān)結(jié)構(gòu)的尺寸，討論并修改自行車設(shè)計。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項目展示、評價、反思。各項目小組匯報并展示本小組作品，采用小組自評、互評和教師評價等方式綜合評價各項目小組。整個項目式學(xué)習(xí)的過程充分體現(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，強調(diào)項目任務(wù)的分解、計算、修改、優(yōu)化，鍛煉思維的整合性和深刻性，以此發(fā)展學(xué)生綜合運用各個學(xué)科知識解決問題的能力，提高學(xué)生的動手能力，增強其合作意識，學(xué)生各方面的素養(yǎng)都得到了提高。

3D建模設(shè)計融入小學(xué)信息技術(shù)教育，為學(xué)生搭建了一個綜合運用知識與技能、培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力的平臺。[4]實踐表明，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，提高了設(shè)計能力、批判性思維、問題解決能力，促使學(xué)生積極想象，并最終創(chuàng)造性地實現(xiàn)它。而項目式學(xué)習(xí)讓學(xué)生擁有一個觀察、探索、實踐和不斷完善的完整過程，為學(xué)生開辟了一種全新的思維平臺。

STEAM教育強調(diào)學(xué)生的設(shè)計能力、批判性思維和解決問題的能力，3D建模設(shè)計融入小學(xué)信息技術(shù)課堂，有助于推動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)客意識與工程師精神。3D打印課程的開展使很多“動手做”類型的課程設(shè)計變得直觀化，實現(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。[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.基于工程實踐的STEAM項目設(shè)計與實施——以“3D打印——橋的設(shè)計與制作”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——以英國中小學(xué)課堂引進(jìn)3D打印技術(shù)項目為例[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2015（04）：108-114.