造物也可編程

王西凱

3Done趣味編程模塊概述

編程教育是近幾年的教育熱點(diǎn)，2018年全國信息技術(shù)高中新課標(biāo)也明確提出了要加強(qiáng)編程教育。編程類的課程在中小學(xué)的學(xué)校教育中占據(jù)越來越重要的地位。積木塊式的Scratch編程課程已經(jīng)進(jìn)入全國很多地區(qū)的信息技術(shù)課程，而Python語言近幾年的火熱度和普及度也不斷提升，但和Scratch相比，其純代碼編程的模式讓學(xué)生產(chǎn)生了畏難情緒。如果編程和造物能夠相結(jié)合，編程結(jié)果能輕松制作出來變成實(shí)物，相信這種趣味及成就體驗(yàn)，會在一定程度上激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)欲望。

3Done是大眾所熟知的三維創(chuàng)意設(shè)計建模軟件，其教育2.5版本新增了趣味編程模塊。這是一個有益的、融合創(chuàng)新的嘗試，也是對現(xiàn)有三維設(shè)計功能的一個重要補(bǔ)充。通過這個模塊，可以生成模型制作動畫，更可以做出非常具有數(shù)學(xué)規(guī)律和數(shù)學(xué)美感的3D造型。該編程模塊兼容了積木式編程和Python代碼，兩種模式可以一鍵切換。所以，無論對于有“設(shè)計恐懼癥”的建模初學(xué)者，還是對于有“編程學(xué)習(xí)困難癥”的編程初學(xué)者，這個模塊都提供了一種新的選擇。

如圖1所示的XYZ線條三維模型，使用循環(huán)語句，可以輕松通過搭積木的方式來實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生快速理解變量、循環(huán)、邏輯運(yùn)算等基本的編程模塊。同時，一鍵切換的Python模式可以快速把積木塊轉(zhuǎn)成對應(yīng)的Python代碼，為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)Python編程打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

同時，3Done的編程模塊將圖形化編程和3D建模相結(jié)合，通過搭積木的簡單方式，幫助創(chuàng)客們在完成整體建模思路設(shè)計的同時鍛煉邏輯思維能力，也為進(jìn)一步學(xué)習(xí)Python編程打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。如圖2所示，這樣的規(guī)律造型，僅用幾行代碼便可以實(shí)現(xiàn)。

使用方法介紹

（1）在官網(wǎng)下載并安裝3Done教育版（目前最新版本為2.6版），網(wǎng)址：http：//www.i3done.com/online/download.html。

（2）點(diǎn)擊軟件界面右側(cè)大的藍(lán)色箭頭打開右側(cè)資源欄，并點(diǎn)擊其右上角最后一個功能懸停按鈕——“趣味編程”（圖3）。

（3）可以先隨意放置一個左側(cè)的積木塊，如圖4所示，接著放置一個“基本實(shí)體”中的“長方體”，然后點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕，即可看到繪圖區(qū)上生成的一個長方體（退出編程模塊后，該長方體可用建模的方法繼續(xù)編輯）。還可點(diǎn)擊“積木模式切換Python模式”按鈕，直接得到其對應(yīng)的Python代碼，Python可導(dǎo)出.py文件（當(dāng)然也可以直接在Python中直接編寫，具體語句可參考《3Done Python開發(fā)者文檔-V1.0》）。

（4）點(diǎn)擊“上傳保存”按鈕，積木塊及Python代碼同時保存到個人云盤，方便以后繼續(xù)進(jìn)行編輯等操作。Python中還有“語法庫”和“導(dǎo)出.py文件”功能按鈕。

（5）軟件中自帶樣例庫（圖5），每個案例可通過點(diǎn)擊“插入”按鈕得到該模型案例對應(yīng)的積木塊和Python代碼。

更多教程或模型可通過搜索社區(qū)獲得，點(diǎn)擊“搜索”按鈕，輸入對應(yīng)的關(guān)鍵字即可。

教學(xué)應(yīng)用場景與案例模型

1.造型快速生成

通過趣味編程模塊，可以快速制作出學(xué)生喜歡的3D造型，并可生成和輸出其創(chuàng)建過程的趣味動畫，大大增加了學(xué)生學(xué)習(xí)編程的興趣。如圖6所示，簡單的幾個積木塊，外加一個基本循環(huán)語句，便可得到一串糖葫蘆的模型。通過控制程序運(yùn)行節(jié)奏，可以得到任何中間過程的結(jié)果，并可使用“導(dǎo)出動態(tài)圖”功能得到動畫效果。

2.造型參數(shù)精確快速修改

快速修改已有模型上的部分參數(shù)。如圖7所示的摩天輪造型，繪制完成后，發(fā)現(xiàn)連桿細(xì)了些，則可以很方便快速地在積木塊中修改對應(yīng)的參數(shù)值。

3.通過3Done學(xué)習(xí)Python語言

以上兩個模型文件，通過點(diǎn)擊Python模式切換按鈕，即可得到對應(yīng)的Python語句，可以在此繼續(xù)編寫模型的代碼。同樣，在Python模式下編寫的代碼也可以自動轉(zhuǎn)成積木塊。

4.學(xué)習(xí)復(fù)雜編程語句

如圖8所示的“超級瑪麗”闖關(guān)場景，里面就用到了兩層循環(huán)嵌套，學(xué)生可以邊“搭積木”邊看效果，根據(jù)效果再改積木。

5.創(chuàng)建具有數(shù)學(xué)規(guī)律和美感的造型

如圖9所示的三葉扭結(jié)造型，只需要在編程環(huán)境的3D參數(shù)方程中填寫其對應(yīng)的數(shù)學(xué)參數(shù)公式，即可得到其空間線條。再切換到建模環(huán)境，繪制一條截面圓，進(jìn)行掃掠操作便可以得到扭結(jié)實(shí)體模型。

融合創(chuàng)新是大趨勢。3Done趣味編程模塊的開發(fā)與嘗試，為3D設(shè)計及打印等造物功能開拓了新的領(lǐng)域，讓造物與編程有機(jī)地結(jié)合起來，同時，也為編程的可視化以及技術(shù)與藝術(shù)的結(jié)合提供了一個有益的融合案例。

作者單位：廣東深圳市龍華區(qū)教育科學(xué)研究院