設(shè)計(jì)制作“我的3D虛擬展廳”

徐自遠(yuǎn)

活動(dòng)背景

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)近年來在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。學(xué)生對(duì)于三維虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)技術(shù)很感興趣，對(duì)體驗(yàn)三維虛擬現(xiàn)實(shí)的活動(dòng)積極性較高。分析以往開展的活動(dòng)，多是讓學(xué)生體驗(yàn)已建成的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，并不能參與其中，學(xué)生代入感較差。

本活動(dòng)方案首先通過VR眼鏡進(jìn)行三維體驗(yàn)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣;然后使用教師自制的三維空間建模儀，讓學(xué)生對(duì)復(fù)雜空間進(jìn)行快速建模與貼圖;接著學(xué)習(xí)三維軟件，完成簡(jiǎn)單模型的設(shè)計(jì)與制作;之后通過三維掃描儀完成人像等復(fù)雜模型的建模與貼圖渲染;最后讓學(xué)生將完成的空間模型、簡(jiǎn)單模型與人像模型整合，完成自己的虛擬三維空間，并通過3D打印和U3D web技術(shù)輸出成果。在這種傳統(tǒng)體驗(yàn)+動(dòng)手實(shí)踐的思路下，不但可激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣，鍛煉其動(dòng)手能力，還能讓學(xué)生通過完成自己的三維展廳供人參觀、與同學(xué)分享，很好地提升其學(xué)習(xí)興趣。

活動(dòng)目標(biāo)

知識(shí)與技能目標(biāo)：了解三維建?；A(chǔ)知識(shí)，能夠熟練利用三維引擎瀏覽3D模型，嘗試?yán)萌S空間建模儀對(duì)真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行建模并渲染墻面;能夠利用三維設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單模型;嘗試?yán)?D打印技術(shù)進(jìn)行非標(biāo)零件的設(shè)計(jì)與制作等研究性學(xué)習(xí)。

過程與方法目標(biāo)：通過體驗(yàn)式和探究式的教育活動(dòng)，讓學(xué)生參與一次完整的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)、三維建模、環(huán)境渲染、模型打印及分享的實(shí)踐活動(dòng);能夠綜合運(yùn)用三維空間建模、3D打印技術(shù)等先進(jìn)的科學(xué)知識(shí)和技術(shù)，體驗(yàn)科技的樂趣;建立三維空間設(shè)計(jì)的知識(shí)體系，通過交流與探討親自參與前沿科技的探索，提高實(shí)踐能力。

情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：結(jié)合教育活動(dòng)的實(shí)際操作，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)分析問題、解決問題的能力;通過知識(shí)指導(dǎo)和技術(shù)輔助，將學(xué)生的好奇心轉(zhuǎn)換為學(xué)習(xí)愿望，提升學(xué)生對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣，讓學(xué)生了解新興技術(shù)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新熱情，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

活動(dòng)內(nèi)容

活動(dòng)方案設(shè)有體驗(yàn)、設(shè)計(jì)與制作、分享3個(gè)環(huán)節(jié)（表1），循序漸進(jìn)。從培養(yǎng)興趣入手，然后學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)制作屬于自己的三維場(chǎng)景，在成果分享環(huán)節(jié)學(xué)生可以利用3D打印機(jī)打印建模結(jié)果，也可以利用U3D web技術(shù)體驗(yàn)自制三維立體場(chǎng)景。

活動(dòng)重點(diǎn)和難點(diǎn)

重點(diǎn)：1通過以學(xué)生為主體的科技教育活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中體驗(yàn)并領(lǐng)會(huì)三維設(shè)計(jì)和建模的知識(shí)，將學(xué)生的好奇心轉(zhuǎn)換為學(xué)習(xí)愿望;2通過使用輔助教學(xué)設(shè)備空間建模儀和三維掃描儀等，形成基礎(chǔ)的三維空間設(shè)計(jì)的知識(shí)體系，并學(xué)會(huì)三維建模工具軟件的基本操作，根據(jù)學(xué)生的興趣點(diǎn)與能力分組協(xié)作，組建完整建筑的模型，完成不同能力層次的模型設(shè)計(jì)和制作;3將學(xué)習(xí)成果通過3D打印、虛擬實(shí)景展示等多種方式進(jìn)行分享，讓學(xué)生了解新興技術(shù)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新熱情。

難點(diǎn)：1根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)合理制訂方案，分階段引導(dǎo)學(xué)生層次漸進(jìn)地運(yùn)用各項(xiàng)科技知識(shí)完成活動(dòng)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，體驗(yàn)創(chuàng)新樂趣;2采用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)輔助設(shè)備，使學(xué)生從零基礎(chǔ)起步、快速入門，先體驗(yàn)后學(xué)習(xí)，保持活動(dòng)的趣味性和學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性;3通過實(shí)踐活動(dòng)合理進(jìn)行學(xué)生分組及組內(nèi)分工，組織學(xué)生進(jìn)行有效的探索活動(dòng)，設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)的反饋方式，及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生掌握新知識(shí)，提高實(shí)踐能力。

創(chuàng)新點(diǎn)

活動(dòng)的前沿性：三維建模是一個(gè)新生事物，技術(shù)上還處于不斷的發(fā)展階段。目前，國(guó)內(nèi)開展三維建模教育活動(dòng)的學(xué)校開始逐漸增多。三維建模教育活動(dòng)，既是讓學(xué)生即時(shí)掌握科技前沿的重要方式，也是對(duì)教師的挑戰(zhàn)，因?yàn)槿狈梢越梃b的先例，需要指導(dǎo)教師不斷學(xué)習(xí)與摸索。

活動(dòng)路徑的創(chuàng)新：三維建模教育的常規(guī)活動(dòng)一般是圍繞三維建?；局R(shí)學(xué)習(xí)、三維軟件的操作、建立簡(jiǎn)單三維模型、學(xué)習(xí)3D軟件制作簡(jiǎn)單的模型等方面展開。本活動(dòng)進(jìn)行了大膽的拓展，首先通過各種手段讓學(xué)生體驗(yàn)三維虛擬技術(shù);然后利用三維空間建模儀建立規(guī)整的空間模型，利用建模APP快速地渲染三維空間墻面，利用三維建模工具整合空間模型，完成校園教學(xué)樓樓體與簡(jiǎn)單物品的三維模型設(shè)計(jì);最后利用三維掃描儀掃描人像等復(fù)雜模型，整合所有模型形成自己的三維虛擬展廳并展示作品。

預(yù)期效果

學(xué)生在實(shí)踐的全過程中體驗(yàn)前沿技術(shù)，了解三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)會(huì)做創(chuàng)意三維設(shè)計(jì)圖紙，利用3D打印開展研究性學(xué)習(xí);讓學(xué)生在探索中不斷提升，對(duì)學(xué)生端正科學(xué)態(tài)度、樹立科學(xué)思想、體驗(yàn)科學(xué)方法、提高實(shí)踐能力等是一種很好的提高，可有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

呈現(xiàn)形式

資源共享：組員將使用三維軟件設(shè)計(jì)的作品、激光建模儀建立的三維模型或通過三維掃描儀掃描的物體上傳教學(xué)平臺(tái)，與他人分享。

項(xiàng)目最終呈現(xiàn)成果：科技實(shí)踐活動(dòng)科普視頻約20分鐘;科技實(shí)踐活動(dòng)項(xiàng)目報(bào)告1?2篇;學(xué)校教學(xué)樓三維模型沙盤;掃描完成組員三維人像，并通過三維打印機(jī)打印出來;基于3D打印技術(shù)的移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人;基于U3D webplay的三維作品瀏覽網(wǎng)頁。

服務(wù)師生：利用3D建模與3D打印技術(shù)為師生設(shè)計(jì)并打印教具及生活中的常用物品，如水池水漏、垃圾整理等工具，并可開展科普宣傳。

校本課程：以學(xué)生為主體，編寫校本教材并設(shè)計(jì)校本課程。

該項(xiàng)目獲得第33屆全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽科技輔導(dǎo)員創(chuàng)新成果科技教育方案類一等獎(jiǎng)。

專家評(píng)語

該方案基于STEM教育理念和學(xué)生學(xué)習(xí)的需求與特點(diǎn)，將3D建模與實(shí)際問題和任務(wù)相結(jié)合，激發(fā)和提高學(xué)生的創(chuàng)造力，充分體現(xiàn)“三自”原則，教育目標(biāo)基本明確。方案同時(shí)體現(xiàn)出較好的完整性和可行性，實(shí)施后亦會(huì)產(chǎn)生一定的示范效應(yīng)。建議進(jìn)一步深化環(huán)節(jié)，擴(kuò)大思考和科學(xué)研究的空間。