朱蘆衛(wèi)

摘要：本文作者根據(jù)初中學(xué)生的思維特征，通過(guò)“3D打印技術(shù)”的實(shí)踐探究，建立了“想象—虛擬—實(shí)體”三者之間的教學(xué)聯(lián)結(jié)，并分享了如何在3D打印課程中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維和解決生活實(shí)際問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：3D打印；創(chuàng)意；實(shí)踐探究

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2017）24-0083-03

3D打印（3D Printing）是一種快速成型技術(shù)，它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體。筆者所在學(xué)校作為杭州市科技特色學(xué)校，早在2014年就添置了3D打印機(jī)，開設(shè)了3D打印技術(shù)課程，旨在通過(guò)選擇貼近生活的建模主題，讓學(xué)生親身體驗(yàn)從無(wú)到有的設(shè)計(jì)過(guò)程，讓想象變成現(xiàn)實(shí)，發(fā)展學(xué)生立體空間思維。經(jīng)過(guò)幾年的摸索與實(shí)踐，筆者挖掘了利用3D打印技術(shù)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)意設(shè)計(jì)能力及多元發(fā)展能力的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。

● 3D打印，讓思維立起來(lái)

3D打印是蘊(yùn)含了“思維”的個(gè)性化創(chuàng)造工具，它以擁有視覺、觸覺的學(xué)習(xí)方式打造虛實(shí)結(jié)合的教育平臺(tái)，從而提升學(xué)生立體思維能力。

1.三維建模，培養(yǎng)學(xué)生空間感

對(duì)于學(xué)生而言，發(fā)展空間思維最常用的方式就是讓他們進(jìn)行直觀化操作。而3D打印技術(shù)就可將學(xué)生的構(gòu)思轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸?shí)，并開辟了生動(dòng)的“可視化立體操作”。

三維建模軟件有Top（頂視）、Left（左視）、Front（前視）等多種視圖模式，可以沿X、Y、Z軸全方位移動(dòng)物體。教師如果在學(xué)生運(yùn)用3D建模軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)引導(dǎo)，訓(xùn)練學(xué)生的立體思維能力，就能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

案例1：初識(shí)123D Design。

3D打印需要先用三維制圖軟件建模。在初識(shí)123D Design三維建模軟件時(shí)，教師先讓學(xué)生以動(dòng)手?jǐn)[一擺的形式來(lái)親身感受三維建模軟件所蘊(yùn)含的空間感。

師：同學(xué)們，大家一起來(lái)觀察一下，這些小物體是不是真的站在一條直線上（如圖1）？

生：不一定。電腦屏幕是平面的（二維），只能說(shuō)我們看到的這個(gè)角度是站在一條直線上，換個(gè)角度就不一定了。

師：對(duì)啦，我們可以一起通過(guò)不同的視角看一看。

學(xué)生通過(guò)自己動(dòng)手?jǐn)[一擺，親身體驗(yàn)感受三維建模的“立體”感。

從用3D建模軟件模仿設(shè)計(jì)開始，到利用3D打印機(jī)實(shí)踐操作打印模型，再到最后打印出作品，這都是基于創(chuàng)造的個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)與實(shí)踐。三維建模軟件的界面設(shè)計(jì)有著獨(dú)到之處，學(xué)生可通過(guò)平面的計(jì)算機(jī)屏幕感知傳遞立體感。

2.打印感知，提升學(xué)生思維力

3D打印技術(shù)最大的好處是直觀地呈現(xiàn)立體圖形的模式，鼓勵(lì)學(xué)生大膽地去想象，去創(chuàng)造。而從想象到產(chǎn)品的個(gè)性化打印，“想象—虛擬—實(shí)體”三者之間的鴻溝的跨越，則需要教師運(yùn)用科學(xué)的方法進(jìn)行指導(dǎo)，使學(xué)生設(shè)計(jì)行之有效。

案例2：杯子的設(shè)計(jì)。

在教授《杯子的設(shè)計(jì)》這一內(nèi)容時(shí)，其實(shí)教材中已經(jīng)很明確地告知倒角、抽殼等操作時(shí)的參數(shù)值，學(xué)生只要按照要求操作就可以了。但為什么設(shè)置這個(gè)數(shù)值，如果數(shù)值大一點(diǎn)會(huì)怎么樣，卻沒有告知學(xué)生（如圖2）。

因此，在講解杯子的抽殼、倒圓角操作的數(shù)值設(shè)置影響壁厚、圓潤(rùn)性這一知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可以巧妙地讓學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化的設(shè)置，并在實(shí)物打印后進(jìn)行最直觀化的論證（如圖3）。

3D打印技術(shù)將這些理論上的技術(shù)特性，通過(guò)實(shí)物打印展示來(lái)進(jìn)行更加直觀化的詮釋，在激發(fā)學(xué)生探索熱情的同時(shí)，立體化學(xué)生的思維。同時(shí)，我們也看到工程思維的發(fā)展過(guò)程，在3D打印技術(shù)出現(xiàn)之前，思維都是局限在圖紙或設(shè)計(jì)師的腦海中。將3D打印技術(shù)與課堂教學(xué)相結(jié)合，某些難以理解的空間概念因被引入到“現(xiàn)實(shí)”世界中而變得更加具體、直觀，進(jìn)而啟發(fā)學(xué)生的空間思維力。

● 3D打印，讓創(chuàng)意亮出來(lái)

21世紀(jì)是創(chuàng)感的時(shí)代，要想在3D打印課堂教學(xué)中有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力，就需要教師轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，幫助學(xué)生破除思維定勢(shì)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)事物的解構(gòu)和重構(gòu)能力。

1.基于模仿借鑒的創(chuàng)意

魔方被匈牙利工程師魯比克發(fā)明之后，立即風(fēng)靡世界，各地工廠競(jìng)相仿制，大量生產(chǎn)，以致滯銷。而日本和德國(guó)的企業(yè)，在原有六面體三階魔方的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造出了各種不同形狀和玩法的魔方產(chǎn)品，增加了趣味性。因此，要有意識(shí)地提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，教師可引導(dǎo)學(xué)生先從模仿開始。

案例3：臺(tái)燈的設(shè)計(jì)（如圖4）。

在學(xué)生創(chuàng)作好臺(tái)燈后，教師可以先讓學(xué)生欣賞一些添加了個(gè)性元素的臺(tái)燈作品，然后再引導(dǎo)學(xué)生。

師：同學(xué)們，你們發(fā)現(xiàn)了什么不一樣？

生1：這個(gè)臺(tái)燈有我喜歡的豌豆俠。

生2：這個(gè)臺(tái)燈還可以養(yǎng)植物。

師：同學(xué)們，當(dāng)設(shè)計(jì)理念融入生活，作品是不是會(huì)更有意思呀？

學(xué)生七嘴八舌地議論，一個(gè)個(gè)躍躍欲試。

學(xué)生在模仿與借鑒的基礎(chǔ)上，從生活實(shí)際出發(fā)，逐步實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新與超越。筆者通過(guò)教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，一旦學(xué)生的創(chuàng)造欲被激發(fā)，教學(xué)效果就會(huì)十分明顯。例如，在關(guān)鍵詞為“桌椅”的作品設(shè)計(jì)中，學(xué)生們創(chuàng)意四射（如下頁(yè)圖5），設(shè)計(jì)的作品有“學(xué)習(xí)生活中的課桌椅”“添加PAD放置功能的床上電腦桌”“體驗(yàn)舒適度，迎合人體曲線設(shè)計(jì)，并自帶電扇功能的客廳四件套”等。

2.基于問(wèn)題解決的創(chuàng)新

創(chuàng)新要求學(xué)生跳出傳統(tǒng)思維的框架，建立新的思維方法。例如，我們很難想到如何將餅干放置在杯子里，在喝咖啡的同時(shí)能夠方便地享用餅干。這種杯子的設(shè)計(jì)，借鑒了抽屜的構(gòu)造，并巧妙地將杯子與抽屜結(jié)合起來(lái)（如下頁(yè)圖6右圖）。因此，教師可以在蘊(yùn)含“思維”的3D打印技術(shù)課程中使用以下設(shè)計(jì)思路：提出探究問(wèn)題（從真實(shí)的生活體驗(yàn)出發(fā)）→分析問(wèn)題（設(shè)計(jì)藍(lán)圖，構(gòu)建新穎的獨(dú)創(chuàng)性想法）→解決問(wèn)題（經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)整合形成創(chuàng)意，創(chuàng)造出有社會(huì)價(jià)值的作品）。

（1）創(chuàng)設(shè)現(xiàn)實(shí)情境

教師要善于把問(wèn)題帶入到學(xué)生的生活情境中，激起他們探究問(wèn)題的欲望，引導(dǎo)他們從生活背景出發(fā)探究問(wèn)題。例如，下雨天，我們會(huì)有一手拿書，一手拿飲料和雨傘，手忙腳亂的經(jīng)歷；生活中，洗完的高腳杯總會(huì)留有少量的水在杯底；過(guò)生日時(shí)，總是會(huì)發(fā)現(xiàn)壽星一會(huì)兒切蛋糕，一會(huì)兒夾蛋糕，忙亂不堪；等等。

（2）探索解決方案

激發(fā)起學(xué)生的求知欲、好奇心后，教師可啟發(fā)、誘導(dǎo)學(xué)生從不同的角度用不同的方法主動(dòng)探索問(wèn)題解決的方案。例如，教師可以展現(xiàn)設(shè)計(jì)有飲料托的雨傘，并利用星巴克“新奇杯”（如圖6），講解功能疊加法，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)認(rèn)知遷移，引導(dǎo)學(xué)生找到問(wèn)題解決的有效方法。

（3）設(shè)計(jì)創(chuàng)意產(chǎn)品

在教學(xué)中，教師還應(yīng)將創(chuàng)新與生活結(jié)合，在解決問(wèn)題過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。例如，筆者所設(shè)計(jì)的“我是小創(chuàng)客”環(huán)節(jié)，不僅能夠幫助學(xué)生學(xué)會(huì)三維建模軟件的使用，還能基于問(wèn)題解決，設(shè)計(jì)出3D作品模型（如圖7），并通過(guò)3D作品的創(chuàng)作，對(duì)現(xiàn)有事物進(jìn)行重新詮釋與突破。

● 結(jié)語(yǔ)

3D教學(xué)不僅能夠教會(huì)學(xué)生使用技術(shù)工具，還能為學(xué)生開辟創(chuàng)新思維的新領(lǐng)域。學(xué)生從設(shè)計(jì)、制作、展示、參與等環(huán)節(jié)融入到學(xué)習(xí)過(guò)程，并在新資源、新工具、新環(huán)境、新平臺(tái)中提高動(dòng)手及參與能力。

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