實(shí)踐分享：3D打印課程輔導(dǎo)思考

席菲菲

自2016年以來，我指導(dǎo)學(xué)生參加了第十八屆、第十九屆、第二十屆全國中小學(xué)電腦制作活動(dòng)高中組3D創(chuàng)意設(shè)計(jì)獲得全國一等獎(jiǎng)1次和全國三等獎(jiǎng)5次；指導(dǎo)學(xué)生參加市級(jí)、省級(jí)3D創(chuàng)意設(shè)計(jì)大賽獲得省級(jí)一等獎(jiǎng)5次，省級(jí)二等獎(jiǎng)7次，省級(jí)三等獎(jiǎng)3次，市級(jí)一等獎(jiǎng)8次。反觀這三年的指導(dǎo)歷程，總結(jié)了3D創(chuàng)意設(shè)計(jì)賽事指導(dǎo)策略和3D打印校本課程實(shí)踐模式。

一、3D創(chuàng)意設(shè)計(jì)賽事指導(dǎo)策略

（一）選題指導(dǎo)

選題是指導(dǎo)學(xué)生參賽最重要的環(huán)節(jié)，選題的好壞直接影響作品的好壞，不僅要符合主題，還要兼顧現(xiàn)實(shí)合理性。

1.化大為小，技術(shù)助力

每年的3D打印賽事都會(huì)有一個(gè)大的主題，如2020年的全國中小學(xué)電腦制作大賽之3D創(chuàng)意設(shè)計(jì)的主題是“智慧生活”，主題范圍很大，學(xué)生往往會(huì)無從下手，此時(shí)就需要教師引導(dǎo)，通過繪制思維導(dǎo)圖的方式將范圍逐漸縮小。將“智慧生活”劃分成智能家居、智能出行、智能醫(yī)療、智能穿戴、智能辦公、智能購物、智能社交等更小的領(lǐng)域，然后再進(jìn)行劃分，最終可以聚焦到智能燈具、智能馬桶、智能手表等更小的作品主題。

2.觀察生活，技術(shù)意識(shí)

很多作品的誕生都來源于觀察日常生活，雖然每個(gè)人每天都在生活，但是認(rèn)真觀察生活的人很少，教師要有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生選題從生活入手，觀察家庭生活、學(xué)校生活和社會(huì)生活，選的題目才會(huì)更加考慮技術(shù)的實(shí)用性原則。如從學(xué)校生活的角度出發(fā)，可以考慮改進(jìn)食堂進(jìn)餐的擁堵情況，設(shè)計(jì)智能食堂；從家庭生活入手，可以考慮為爺爺奶奶設(shè)計(jì)一個(gè)智能健康藥盒，定時(shí)提醒吃藥，記錄用藥情況，關(guān)注老人健康。

3.社會(huì)熱點(diǎn)，技術(shù)責(zé)任

技術(shù)的核心就是要解決現(xiàn)實(shí)存在的問題。在選題時(shí)可以從社會(huì)熱點(diǎn)入手，要求學(xué)生關(guān)注時(shí)事，培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)責(zé)任感。如2020年的新冠肺炎疫情，牽動(dòng)著全球人民的心，如何防控成了我們思考的焦點(diǎn)問題，也是科技工作者需要承擔(dān)的技術(shù)責(zé)任，教師可以引導(dǎo)學(xué)生從疫情防控角度入手，設(shè)計(jì)如智能測溫儀、口罩自動(dòng)販賣機(jī)、智能無接觸式洗手液器等作品，為疫情防控奉上一份技術(shù)溫暖。

（二）構(gòu)思設(shè)計(jì)

選題確定后，教師就要從外觀、結(jié)構(gòu)和功能引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行構(gòu)思設(shè)計(jì)，外觀和結(jié)構(gòu)的構(gòu)思要符合科學(xué)性和藝術(shù)性，如汽車的外觀設(shè)計(jì)成流線型，不僅考慮到空氣動(dòng)力學(xué)，還從藝術(shù)欣賞角度出發(fā)盡量體現(xiàn)美感。無論是外觀設(shè)計(jì)還是功能設(shè)計(jì)都可以采用仿生學(xué)，如國家體育館建筑采用了鳥巢外觀造型，雷達(dá)則是仿照了蝙蝠的回聲定位功能，仿生學(xué)可以讓作品更加獨(dú)特，有創(chuàng)意。如2017年獲得國賽一等獎(jiǎng)的作品“超速磁懸浮智能車”外形參照了果蠅的外部特征，因?yàn)楣売须y以置信的敏捷性，其設(shè)計(jì)目的是為了模仿果蠅的飛行特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)超速功能。如2018年獲得國賽三等獎(jiǎng)的作品“代步型外骨骼系統(tǒng)”，模仿了人的外骨骼系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，希望能夠幫助人們實(shí)現(xiàn)代步功能。如2019年獲得國賽三等獎(jiǎng)的作品“龐蕈生態(tài)站”以蘑菇為原型設(shè)計(jì)了生態(tài)站，期望生態(tài)站的生命力如蘑菇般頑強(qiáng)，形成一個(gè)輻射點(diǎn)，連接眾多的生態(tài)系統(tǒng)站構(gòu)成一個(gè)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)。

功能設(shè)計(jì)可以采用缺點(diǎn)列舉法，它是對(duì)經(jīng)常使用而又十分熟悉的物品采用吹毛求疵的態(tài)度，找出缺點(diǎn)和不合理性，對(duì)作品進(jìn)行吐槽，并針對(duì)缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)。如雨傘是我們常用的物品，但是它的缺點(diǎn)很多，如雨傘顏色難看、形狀單一、傘面不易干、容易丟失、手里拎重物打傘不便、晚上打傘視線不好等，針對(duì)這些缺點(diǎn)，我們可以設(shè)計(jì)一個(gè)智能雨傘，能夠預(yù)測天氣，防丟失，在大雨天和夜間傘面LED燈閃爍警示功能。

學(xué)生構(gòu)思好后，建議繪制草圖將構(gòu)思物化，草圖的繪制過程中也要充分考慮到技術(shù)性，要考慮作品比例的合理性，裝配的邏輯性。從草圖教師可以看出學(xué)生作品的優(yōu)點(diǎn)和不足之處，有針對(duì)性地進(jìn)行指導(dǎo)。

（三）模型制作

草圖定稿后，就要選取三維設(shè)計(jì)軟件開始建模。從2020年起，國賽作品已經(jīng)不限三維設(shè)計(jì)軟件類型了，但目前中小學(xué)常用的軟件是3Done系列，在模型制作中要考慮到3D打印實(shí)物化，所以國賽要求設(shè)計(jì)的作品模型尺寸不超過150mm*200mm*200mm，薄厚不小于2mm。評(píng)價(jià)作品時(shí)藝術(shù)性指標(biāo)要求模型精細(xì)、美觀，渲染效果圖精美，所以顏色搭配，注重細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)很重要，可以用3done系列軟件和keyshot軟件進(jìn)行渲染，可請(qǐng)教美術(shù)老師進(jìn)行專業(yè)指導(dǎo)，讓作品錦上添花。

二、3D打印校本課程實(shí)踐模式

將鄉(xiāng)土文化融入3D打印校本課程，經(jīng)過不斷實(shí)踐，創(chuàng)建了3D打印校本課程“164”實(shí)踐模式，如左上圖所示，包括1核心理念，6助策略和4整合路徑。

（一）1核心理念

1核心理念：文化土壤，科技生長。結(jié)合遵義鄉(xiāng)土文化，開發(fā)特色校本課程資源，融合創(chuàng)客教育理念，實(shí)施3D打印校本課程，遵循“文化出發(fā)—探索科技—回歸文化”的路徑，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的文化+技術(shù)“雙素養(yǎng)”提升。

（二）6助策略

1.設(shè)計(jì)思維助力

設(shè)計(jì)思維是一套用于支持設(shè)計(jì)創(chuàng)新、問題解決的方法論體系，比較著名的斯坦福設(shè)計(jì)研究院EDIPT模型，將設(shè)計(jì)思維分為五個(gè)階段：同理心（Empathize），確定問題（Define），創(chuàng)意構(gòu)思（Ideate），原型實(shí)現(xiàn)（Prototype），測試（Test）。在3D打印校本課程中，主要引入設(shè)計(jì)思維的方法構(gòu)建教學(xué)模式，幫助同學(xué)們?nèi)?shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意，有效引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使3D打印作品更加實(shí)用和創(chuàng)新。

2.項(xiàng)目化教學(xué)助推

3D打印校本課程主要采用項(xiàng)目化教學(xué)模式教學(xué)，將遵義鄉(xiāng)土文化劃分為若干個(gè)文化類別作為獨(dú)立的項(xiàng)目融入到3D打印校本課程中，如：遵義紅色文化融入3D打印校本課程。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和能力完成項(xiàng)目學(xué)習(xí)，根據(jù)3D打印校本課程的特點(diǎn)，特構(gòu)建了3D打印校本課程項(xiàng)目化教學(xué)模式如圖3-2所示。該教學(xué)模式是在設(shè)計(jì)思維方法論、建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、做中學(xué)理論、多元智能理論以及有效教學(xué)理論指引下構(gòu)建的，教學(xué)過程基于問題解決為核心目標(biāo)，從發(fā)現(xiàn)問題、定義問題到解決問題，學(xué)生以小組合作探究為主要學(xué)習(xí)方法進(jìn)行有效學(xué)習(xí)。教學(xué)評(píng)價(jià)采取形成性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的形式，多角度對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.校本教材助教

在3D打印校本課程開展初期，開發(fā)了《遵義四中3D打印校本教材》以供教學(xué)。經(jīng)過實(shí)踐探索，最終確定融入鄉(xiāng)土文化的3D打印校本教材開發(fā)進(jìn)行技術(shù)學(xué)科教學(xué)創(chuàng)新。集團(tuán)隊(duì)力量，編寫《文化土壤 技術(shù)生長—遵義鄉(xiāng)土文化創(chuàng)意3D打印教材》，選取了遵義土司文化、沙灘文化、紅色文化、茶文化、酒文化、火鍋文化、辣椒文化、建筑文化和儺戲文化融入3D打印技術(shù)，并注重學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的提升，每節(jié)內(nèi)容設(shè)計(jì)了“我是創(chuàng)意設(shè)計(jì)師”板塊。不僅加深學(xué)生對(duì)本土文化的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)文化自信，還幫助學(xué)生提升創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。

4.資源庫助學(xué)

資源庫主要有兩個(gè)，第一是線上資源庫，依托青少年三維創(chuàng)意社區(qū)3Done官網(wǎng)，創(chuàng)建的遵義市第四中學(xué)創(chuàng)客教育空間3D SIM云平臺(tái)，學(xué)生通過掃描二維碼或登錄網(wǎng)址，可以查看相關(guān)課程資源，充分利用了同學(xué)們的碎片化時(shí)間。第二是線下資源庫，通過3D打印校本課程學(xué)業(yè)指導(dǎo)手冊(cè)和學(xué)生優(yōu)秀作品案例，讓學(xué)生學(xué)習(xí)不再茫然?？傊?，依托學(xué)習(xí)資源庫，突破地域、時(shí)間限制，建立共享靈活的教學(xué)、學(xué)習(xí)機(jī)制。

5.社團(tuán)活動(dòng)助趣

依托我校的創(chuàng)客社開展3D打印校本課程，在社團(tuán)同學(xué)們可以和同樣對(duì)3D打印感興趣的同學(xué)交流分享自己的創(chuàng)意，通過“私人訂制”3D打印設(shè)計(jì)活動(dòng)、“文化創(chuàng)意3D打印作品設(shè)計(jì)”競賽活動(dòng)、“未來視角”3D打印作品展等一系列活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維能力，提升實(shí)踐操作能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

6.科技賽事助效

各級(jí)各類的科技賽事都有一定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，能夠在一定程度上檢測學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐操作能力和語言表達(dá)能力等，學(xué)生在參賽的過程中也會(huì)更加嚴(yán)格要求自己，展現(xiàn)自己最好的實(shí)力。3D打印校本課程開設(shè)的四年時(shí)間里，涌現(xiàn)出了很多優(yōu)秀的3D打印作品參加各類賽事，我校因此獲得了國家級(jí)、省級(jí)、市級(jí)一、二、三等獎(jiǎng)共58次的優(yōu)異成績，國賽獲獎(jiǎng)次數(shù)在貴州省穩(wěn)居第一。

（三）4整合路徑

1.科技與文化整合

將科技與文化整合，以遵義豐富多樣的文化為載體，結(jié)合3D打印技術(shù)呈現(xiàn)文化元素。形成從文化出發(fā)—探索科技—回歸文化的學(xué)習(xí)模式，提升學(xué)生的技術(shù)意識(shí)和文化素養(yǎng)。

2.線上與線下整合

為提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，充分將線上與線下有機(jī)整合，主要體現(xiàn)在線上線下資源利用整合、線上線下學(xué)習(xí)方式整合、線上線下評(píng)價(jià)機(jī)制整合三個(gè)方面。

3.教師與學(xué)生整合

文化探索無邊界，技術(shù)學(xué)習(xí)無止境。為提升師生的文化意識(shí)和技術(shù)素養(yǎng)，將教師與學(xué)生教與學(xué)有機(jī)整合，具體體現(xiàn)在文化探索、技術(shù)學(xué)習(xí)兩個(gè)方面，注重學(xué)生導(dǎo)師的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和學(xué)生引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。

4.課內(nèi)與課外整合

課內(nèi)以教師為主導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)3D建模設(shè)計(jì)，培養(yǎng)建模能力，同時(shí)教授創(chuàng)新方法，引導(dǎo)學(xué)生思考技術(shù)與文化融合設(shè)計(jì)作品。課外通過社團(tuán)定期組織活動(dòng)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和小組協(xié)作學(xué)習(xí)。