指向設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的 3D建模課程教學(xué)模式探究

馬洪博 朱彩蘭

隨著3D打印技術(shù)在社會(huì)的逐步升溫，與其息息相關(guān)的3D建模技術(shù)也悄然走入中小學(xué)信息技術(shù)課堂。3D建模技術(shù)不僅關(guān)注模型的構(gòu)建，還強(qiáng)調(diào)模型的設(shè)計(jì)，因此該技術(shù)在學(xué)生的創(chuàng)造力培養(yǎng)方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢。一線教師們看到了這一優(yōu)勢，并從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面對(duì)其展開了一系列的探索，但由于缺乏成熟教學(xué)模式的引導(dǎo)，這方面的探索難以突破瓶頸，學(xué)生的課堂作品依然形式單一、缺乏創(chuàng)意。為解決這一問題，本文擬從設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的視角出發(fā)，探索3D建模課程的教學(xué)模式。培養(yǎng)設(shè)計(jì)思維的目的指向創(chuàng)造，而3D建模課程的落腳點(diǎn)也是創(chuàng)造，因此二者的結(jié)合具有天然的可行性。

● 設(shè)計(jì)思維模型梳理

自1987年設(shè)計(jì)思維這一概念被首次提出以來[1]，多位學(xué)者圍繞設(shè)計(jì)思維模型展開了探索。其中，斯坦福大學(xué)的D.school模型和Brown的設(shè)計(jì)思維三階段最為經(jīng)典，其余模型可視為是在這兩個(gè)模型上的調(diào)整與延伸。

斯坦福大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院主張將設(shè)計(jì)的過程視為創(chuàng)新性問題解決的過程，并將D.school模型分為共情、定義、設(shè)想、原型和測試五個(gè)步驟。[2]Brown則將設(shè)計(jì)思維看作是一個(gè)有著重疊空間的系統(tǒng)，并將設(shè)計(jì)思維分為靈感、構(gòu)思和實(shí)施三個(gè)階段，他認(rèn)為在形成滿意的作品之前可能會(huì)不止一次地重復(fù)這三個(gè)階段。[3]對(duì)比這兩種模型可以發(fā)現(xiàn)，D.school模型比較具體，能夠詳細(xì)反映環(huán)節(jié)之間的過渡與關(guān)聯(lián)，在使用過程中方便隨時(shí)調(diào)整，可操作性強(qiáng)。Brown的設(shè)計(jì)思維三階段則比較宏觀，能從整體上把控設(shè)計(jì)的進(jìn)度，并且強(qiáng)調(diào)針對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行環(huán)節(jié)間的迭代，從而對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過程起到更好的調(diào)控作用。

綜上所述，在構(gòu)建指向設(shè)計(jì)思維的3D建模教學(xué)模式時(shí)，可以綜合考慮上述兩種模型的優(yōu)勢，這樣既能從宏觀層面指導(dǎo)整個(gè)教學(xué)流程的進(jìn)行，又能將每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)落到實(shí)處，達(dá)到可操作、易遷移的目的。

● 教學(xué)模式初步設(shè)計(jì)

借鑒上述模型的優(yōu)勢，同時(shí)結(jié)合3D建模課程的特點(diǎn)，形成三階段六環(huán)節(jié)的教學(xué)模式，具體流程如圖1所示。

其中，定義問題階段包括接收任務(wù)、分析任務(wù)兩個(gè)環(huán)節(jié)，主要是幫助學(xué)習(xí)者明確需要解決的具體問題，讓學(xué)習(xí)者在此過程中對(duì)所要解決的問題形成較為清晰的認(rèn)知，避免錯(cuò)誤理解。構(gòu)思階段包括頭腦風(fēng)暴和討論完善兩個(gè)環(huán)節(jié)，即學(xué)習(xí)者通過思維導(dǎo)圖、頭腦風(fēng)暴等形式形成解決問題的初步方案，然后通過小組之間的合作交流，不斷完善方案，最終形成最優(yōu)解決方案。本次實(shí)驗(yàn)中，授課對(duì)象是五年級(jí)的學(xué)生，其計(jì)算機(jī)操作還不熟練，因此構(gòu)思階段讓學(xué)生在紙上繪制創(chuàng)意，輔助學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)。實(shí)施階段包含模型構(gòu)建、分享評(píng)價(jià)兩個(gè)環(huán)節(jié)，即通過快速原型的制作，讓學(xué)習(xí)者將設(shè)想實(shí)體化、可視化，通過對(duì)作品的展示交流與評(píng)價(jià)，對(duì)問題形成更清晰的認(rèn)知。

● 設(shè)計(jì)思維教學(xué)模式在3D建模課程中的實(shí)施及調(diào)整

本研究在南京市某小學(xué)五年級(jí)的3D建模課堂中做了應(yīng)用研究，共進(jìn)行了六課時(shí)。為結(jié)合教學(xué)情況及時(shí)修正模型，本實(shí)驗(yàn)以兩課時(shí)為一個(gè)階段，當(dāng)一個(gè)階段的教學(xué)結(jié)束后，根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問題做出相應(yīng)調(diào)整后應(yīng)用于下一階段的教學(xué)。此外，每個(gè)課時(shí)都設(shè)置一個(gè)特定的課題，學(xué)生圍繞該課題展開設(shè)計(jì)與建模，具體教學(xué)階段及教學(xué)內(nèi)容安排如表1所示。

1.第一階段教學(xué)

第一階段的教學(xué)按照上頁圖1所示的教學(xué)模式展開，以第一課時(shí)“創(chuàng)意手機(jī)支架設(shè)計(jì)”為例，主要教學(xué)流程如表2所示。

（1）實(shí)施情況。在第一階段的教學(xué)中，師生都處于新教學(xué)模式的適應(yīng)階段?？傮w而言，學(xué)生上課時(shí)的投入度很高，在紙上繪制構(gòu)思方案時(shí)都能積極思考。雖然學(xué)生在設(shè)計(jì)與建模過程中遇到了一些問題，但最終都能制作出獨(dú)一無二的作品，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)效果。

（2）問題反饋。由于師生對(duì)教學(xué)模式還不熟悉，第一階段的教學(xué)中出現(xiàn)了如下問題。其一，學(xué)生初次在信息技術(shù)課中進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)，容易出現(xiàn)眼高手低的情況。學(xué)生在紙上設(shè)計(jì)的作品過于理想化，沒有考慮技術(shù)基礎(chǔ)，導(dǎo)致在建模時(shí)遇到障礙。在第二節(jié)課的頭腦風(fēng)暴環(huán)節(jié)，教師強(qiáng)調(diào)學(xué)生應(yīng)結(jié)合自己的實(shí)際水平進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以眼高手低的情況得到了明顯改善。其二，討論完善環(huán)節(jié)開展困難，學(xué)生之間缺乏針對(duì)設(shè)計(jì)的有效交流。分析原因，學(xué)生是以個(gè)人為單位進(jìn)行作品設(shè)計(jì)，沒有意識(shí)到通過討論可以幫助自己完善設(shè)計(jì)方案，因而更愿意沉浸在自己的設(shè)計(jì)中。因此，為促進(jìn)學(xué)生之間的有效交流，后續(xù)教學(xué)需要完善討論機(jī)制。

2.第二階段教學(xué)

總結(jié)上一階段的經(jīng)驗(yàn)，將構(gòu)思階段的“頭腦風(fēng)暴”環(huán)節(jié)和“討論完善”環(huán)節(jié)合并成一個(gè)“構(gòu)思交流”環(huán)節(jié)，應(yīng)用于第二階段的教學(xué)。在課堂上，教師讓學(xué)生兩人一組共同設(shè)計(jì)作品，以保證學(xué)生在構(gòu)思階段能與同伴進(jìn)行有效的溝通交流。以第四節(jié)課“多功能筆筒設(shè)計(jì)”為例，主要教學(xué)流程如下頁表3所示。

（1）實(shí)施情況。教學(xué)結(jié)束后我們發(fā)現(xiàn)，通過環(huán)節(jié)合并和兩人一組進(jìn)行設(shè)計(jì)，學(xué)生之間的交流明顯增加，多數(shù)學(xué)生能夠向組員說出自己的想法和建議。在構(gòu)思交流環(huán)節(jié)，組員之間圍繞共同的設(shè)計(jì)作品進(jìn)行不斷的討論和完善，使得這一環(huán)節(jié)具備了明顯的迭代特征。此外，在建模過程中，組員之間遇到問題共同討論，咨詢老師的頻率明顯減少。

（2）問題反饋。第二階段仍然發(fā)現(xiàn)了一些問題，概括如下。其一，構(gòu)思交流環(huán)節(jié)看似簡單，實(shí)則包含了“初步設(shè)計(jì)、交流討論、完善方案”三個(gè)子步驟。由于這三個(gè)子步驟在同一個(gè)環(huán)節(jié)中進(jìn)行，中間沒有停頓與過渡，需要學(xué)生自己把控進(jìn)度，這就導(dǎo)致了部分學(xué)生把握不準(zhǔn)時(shí)間，無法在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)形成最優(yōu)方案，并且小組之間的進(jìn)度存在差異，教師難以將課堂向下推進(jìn)。因此，在后續(xù)教學(xué)中，應(yīng)將構(gòu)思交流環(huán)節(jié)拆解為幾個(gè)方便執(zhí)行的小環(huán)節(jié)，以便在教師的組織下有序展開。其二，分享評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)缺乏有效的評(píng)價(jià)量規(guī)。在前兩個(gè)階段的教學(xué)中，由于沒有可供參考的評(píng)價(jià)指標(biāo)，多數(shù)學(xué)生在評(píng)價(jià)作品時(shí)不知如何進(jìn)行評(píng)價(jià)。這樣一來，通過評(píng)價(jià)帶給學(xué)生的知識(shí)就得不到應(yīng)有的體現(xiàn)。因此，后續(xù)教學(xué)中需要有相應(yīng)的作品評(píng)價(jià)表，讓學(xué)生以此為依據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.第三階段教學(xué)

根據(jù)第二階段教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問題，將構(gòu)思階段的構(gòu)思交流環(huán)節(jié)拆分為設(shè)計(jì)、交流、完善三個(gè)環(huán)節(jié)的迭代。授課過程中，環(huán)節(jié)之間的推進(jìn)在教師的帶領(lǐng)下完成，并按照實(shí)際情況控制迭代次數(shù)。修改后的教學(xué)模式如圖2所示。

此外，為幫助學(xué)習(xí)者更好地掌握所學(xué)知識(shí)，教師在第三階段教學(xué)開始前，從評(píng)價(jià)內(nèi)容和評(píng)價(jià)方式兩方面出發(fā)設(shè)計(jì)課堂作品評(píng)價(jià)表，具體內(nèi)容如表4所示。

在本次實(shí)驗(yàn)中，先在課前向?qū)W生發(fā)放作品評(píng)價(jià)表。在分享評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，先讓學(xué)生針對(duì)自己的作品進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后教師結(jié)合上一環(huán)節(jié)記錄的學(xué)生建模情況，選取3個(gè)優(yōu)秀作品進(jìn)行廣播展示，并讓學(xué)生對(duì)展示作品進(jìn)行評(píng)價(jià)。如果展示的作品是本人作品，則只需進(jìn)行自我評(píng)價(jià)。

第三階段的教學(xué)按照修改后的教學(xué)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，以第六節(jié)課“創(chuàng)意3D賀卡設(shè)計(jì)”為例，主要教學(xué)流程如下頁表5所示。

（1）實(shí)施情況。經(jīng)過前兩階段的摸索，師生對(duì)這一教學(xué)模式逐漸熟悉。修改后的教學(xué)模式在使用中更加流暢，環(huán)節(jié)之間的切換更加自然。作品評(píng)價(jià)表的使用既能幫助學(xué)生檢驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，又能幫助學(xué)生在他人的設(shè)計(jì)中收獲靈感。

（2）問題反饋。在教學(xué)任務(wù)的選擇上，學(xué)生的設(shè)計(jì)結(jié)果受任務(wù)的影響比較大。在“創(chuàng)意印章設(shè)計(jì)”一課中，由于學(xué)生在生活中接觸的印章并不多，所以學(xué)生在發(fā)揮創(chuàng)造力時(shí)會(huì)有局限，無法結(jié)合印章的使用來展開設(shè)計(jì)。因此，在設(shè)計(jì)教學(xué)任務(wù)時(shí)，應(yīng)該注意結(jié)合學(xué)生的生活實(shí)際。

● 研究結(jié)論

1.指向設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的教學(xué)模式能改善學(xué)生課堂作品單一的局面

指向設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的教學(xué)模式在常規(guī)講練式教學(xué)的基礎(chǔ)上，增加了創(chuàng)意構(gòu)思環(huán)節(jié)，學(xué)生能夠針對(duì)特定主題展開設(shè)計(jì)。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生的創(chuàng)造力得到了有效鍛煉，并且改善了常規(guī)課堂中學(xué)生作品單一的局面。以第六課時(shí)“創(chuàng)意3D賀卡設(shè)計(jì)”為例，在課堂上，教師要求學(xué)生以父親節(jié)為主題設(shè)計(jì)并制作出個(gè)性化的3D賀卡，賀卡中必須包含裝飾花元素，其余元素可自行設(shè)計(jì)。根據(jù)任務(wù)要求，學(xué)生在賀卡的形狀、文字、裝飾物等方面展開創(chuàng)造，最終提交的作品各具特色。與常規(guī)教學(xué)模式相比，指向設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的教學(xué)模式在作品多樣性方面有較大突破。

2.生活問題為導(dǎo)向的任務(wù)更能激發(fā)學(xué)生的設(shè)計(jì)熱情

在本次實(shí)驗(yàn)過程中，“手機(jī)支架”“燈罩”“鐘表”“多功能筆筒”和“3D賀卡”這五節(jié)課的教學(xué)效果及學(xué)生最終創(chuàng)造的作品在個(gè)性化、多樣性等方面都明顯好于“印章”一課。分析原因，印章在學(xué)生的生活中并不常見，而手機(jī)支架、鐘表等卻是學(xué)生常常能接觸到的。因此，當(dāng)設(shè)計(jì)任務(wù)與學(xué)生的生活實(shí)際息息相關(guān)時(shí)，更能激發(fā)學(xué)生的設(shè)計(jì)熱情。

3.半開放性的任務(wù)有利于新知識(shí)的學(xué)習(xí)與掌握

在布置設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，雖然任務(wù)的開放程度越高，學(xué)生的設(shè)計(jì)結(jié)果越多樣，但是過于追求多樣化的設(shè)計(jì)結(jié)果并不利于學(xué)生知識(shí)技能的習(xí)得。開放程度過高的任務(wù)會(huì)使學(xué)生將關(guān)注的焦點(diǎn)放在作品設(shè)計(jì)上，忽視所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)。因此，為了保證學(xué)生掌握技能，應(yīng)以半開放性的任務(wù)為主，規(guī)定最終設(shè)計(jì)的作品中必須包含的元素或者必須要使用的操作步驟，然后再讓學(xué)生在其他方面展開想象。

4.構(gòu)思階段根據(jù)學(xué)生的年齡特征靈活選擇輔助設(shè)計(jì)方式

構(gòu)思階段是指向設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的教學(xué)模式的重要一環(huán)，是設(shè)計(jì)思維內(nèi)涵在教學(xué)中的直接體現(xiàn)。構(gòu)思階段的順利展開，需要教師結(jié)合學(xué)生的年齡及認(rèn)知發(fā)展特征提供輔助設(shè)計(jì)的手段。在本研究中，授課對(duì)象是小學(xué)五年級(jí)的學(xué)生，其計(jì)算機(jī)相關(guān)操作還不靈活，因此選擇在紙上繪制創(chuàng)意的方式輔助設(shè)計(jì)。如果教學(xué)對(duì)象能靈活使用信息技術(shù)設(shè)備及軟件，則可以借助思維導(dǎo)圖、畫圖軟件等方式輔助設(shè)計(jì)。

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本文是江蘇省教育信息化研究課題2018年度重點(diǎn)課題“基于電子教材的信息技術(shù)教學(xué)研究”（課題編號(hào)：20180001）的研究成果。