創(chuàng)客校本課程3D建模“教、學(xué)、做、賽”的教學(xué)實踐與研究

楊宇歡

【摘要】將STEM教育模式引入到校本課程《3D建模實踐教學(xué)》，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)客思維，引導(dǎo)學(xué)生以創(chuàng)作作品原型為目標(biāo)，實現(xiàn)多學(xué)科知識整合運用，讓學(xué)生運用3D建模技術(shù)體驗作品創(chuàng)作過程。

【關(guān)鍵詞】創(chuàng)客教育;3D建模;3DSMAX教學(xué)

3D打印，作為新一輪工業(yè)革命的代表技術(shù)之一，近幾年來受到人們的追捧和支持。國內(nèi)陸續(xù)有不少中小學(xué)校在第二課堂中也開展3D打印課程相關(guān)的教育活動。然而，3D打印的核心在于學(xué)會“建?！?。 本課題項目從實際教學(xué)情況的需要出發(fā)，分析目前創(chuàng)客3D建模課程開設(shè)情況及教學(xué)現(xiàn)狀，以中小學(xué)電腦制作活動競賽參賽作品《便攜式多功能藍(lán)牙音箱》為例，見微知著，結(jié)合筆者教學(xué)的體驗，探索一套運用3DSMAX軟件建模課程行之有效的教學(xué)方法。

一、3D建模實踐教學(xué)現(xiàn)狀分析及教學(xué)方法的理論基礎(chǔ)

（一）教學(xué)課程設(shè)置及授課不規(guī)范。學(xué)校的3D建模的教師資源少，一般僅限于美術(shù)專業(yè)或信息技術(shù)專業(yè)的教師，若其他專業(yè)的教師授課，教學(xué)的思維和內(nèi)容會有很大差別。甚至有些學(xué)校直接聘請校外機構(gòu)的專業(yè)教師授課，導(dǎo)致對教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式難以把握，從而影響教學(xué)效果。

（二）3D建模軟件及硬件選擇誤區(qū)。目前流行的3D建模軟件種類繁多，對計算機硬件配置要求甚高，而學(xué)校的設(shè)備往往幾年才更換一批次。因此，容易導(dǎo)致繪圖卡頓情況，從而影響教學(xué)。再者，對于選擇何種3D建模軟件的問題上，較難有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，例如國產(chǎn)的3D建模軟件操作簡單直觀，做到了“所見即所得”，但對一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)卻做不出來，且收費高昂。

（三）教學(xué)目標(biāo)不明確，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容的操作性不強。不少教師將所有的操作命令逐個講解完，舉的實例遠(yuǎn)離生活，學(xué)生在課后自學(xué)探索階段或面對電腦制作競賽時才發(fā)現(xiàn)學(xué)的東西都派不上用場，只能重新學(xué)習(xí)。

（四）教學(xué)方式缺乏創(chuàng)新。創(chuàng)客教育的發(fā)展日新月異，教學(xué)的形式也應(yīng)該多種多樣，但個別教師，依然按照自己一貫的模式教學(xué)，停留在講授為主形的課堂模式，使學(xué)生的動手機會減少甚至沒有，學(xué)生的積極性被打擊。

二、對3D建模課程教學(xué)“邊學(xué)邊教”探索的建議

（一）建模軟件選擇。3D建模軟件種類繁多，建議選擇3DSMAX （2011版）作為常規(guī)教學(xué)軟件，該軟件具有建模功能強大、兼容性強等優(yōu)點，硬件配置容易實現(xiàn)，能最大程度滿足教學(xué)需求。

（二）靈活教學(xué)法。是指根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平和知識基礎(chǔ)不斷改善和更新的教學(xué)方式。由于學(xué)生個體的計算機水平差異性和意識的多元化。除了統(tǒng)一講授外，一方面需要教師因材施教，采用學(xué)生更易接受的課堂教學(xué)方式，另一方面需要個別輔導(dǎo)，了解到學(xué)生的個性差異，隨時改變策略，從而更有效地實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

（三）趣味教學(xué)法。是將學(xué)生感興趣的事物與3D建模技術(shù)聯(lián)系起來，如面對課室內(nèi)學(xué)生坐的凳子，便拋出問題讓大家討論凳子的結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生在興趣的引領(lǐng)下掌握操作命令的方法，同時形成良好的師生課堂互動效果，授予學(xué)習(xí)更多的知識。

（四）項目教學(xué)法。3DSMAX教學(xué)是課堂講解、操作演示、與學(xué)生動手制作相結(jié)合的課堂形式，學(xué)習(xí)3DSMAX建模的目的是將3D操作技能應(yīng)用于實際項目中，教師可根據(jù)某次電腦制作活動競賽要求，在教學(xué)時引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入設(shè)計的情境，激發(fā)學(xué)生的興趣，完成實際項目，增加成就感。

（五）多手段教學(xué)法。利用3DSMAX學(xué)習(xí)建模是一門實踐性和理論性很強的課程，在教學(xué)過程中，除了采用常規(guī)的講授法、演示法、個體差異輔導(dǎo)等方法外，還需要積極探索和改進(jìn)教學(xué)方法和手段。要科學(xué)、合理地運用現(xiàn)代媒介和科技手段，如電子教室、遠(yuǎn)程協(xié)助、釘釘網(wǎng)上教學(xué)，開設(shè)論壇或微信討論組等，增加教學(xué)過程的互動性，從而達(dá)到更好的教學(xué)效果。教師備課時可以先制作微課視頻或多媒體課件、準(zhǔn)備素材庫等教學(xué)資源，與學(xué)生共享，以幫助學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

三、“以賽促學(xué)”分步導(dǎo)練應(yīng)用實例

對于利用3DSMAX建模技能的學(xué)習(xí)，課堂評價是不可或缺的，課堂評價反過來能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)的有效進(jìn)行。根據(jù)認(rèn)知心理學(xué)，我們知道學(xué)習(xí)就是將外在事物的關(guān)系化為學(xué)習(xí)者本身的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過程。因此，在創(chuàng)客教學(xué)中開展多元評價模式，將更有效發(fā)揮評價的激勵作用，同時提升“教與學(xué)”的層次。比如，教師將競賽引入課堂環(huán)節(jié)，既可以提高學(xué)生參與活動的積極性，又能及時評價學(xué)生的創(chuàng)意思維和學(xué)生建模的技術(shù)水平，教育學(xué)生在競賽過程中要守紀(jì)律、守規(guī)則、培養(yǎng)創(chuàng)客信息素養(yǎng)及良好的精神品質(zhì)。（參見 圖1）

（一）作品立項。對于學(xué)生創(chuàng)客而言，提出合理的作品設(shè)計，是作品最終順利制作的前提和保證。筆者認(rèn)為，作品選題需具有開放性和靈活性，一般應(yīng)從學(xué)生日常生活、學(xué)習(xí)用品或簡易工業(yè)產(chǎn)品中選取，發(fā)揮想象力，發(fā)明或?qū)υ械漠a(chǎn)品進(jìn)行改良或創(chuàng)新設(shè)計。設(shè)計時應(yīng)充分考慮產(chǎn)品的設(shè)計難度、制作周期、應(yīng)用性等，創(chuàng)客課堂應(yīng)給予3D建模的設(shè)計環(huán)境、設(shè)備及耗材方面的支持。本文以“設(shè)計并制作一款便攜式多功能藍(lán)牙音箱”為題加以論述。（參見 圖2）

（二）作品設(shè)計調(diào)研。在設(shè)計之前，引導(dǎo)學(xué)生通過問卷調(diào)查進(jìn)行作品應(yīng)用分析，通過分析，找出同類產(chǎn)品的共同特性，然后吸取優(yōu)點，摒棄缺點，掌握大眾對該產(chǎn)品創(chuàng)新點的需求。結(jié)合本文案例，藍(lán)牙音箱是生活中經(jīng)常見到的電子產(chǎn)品，可以連接智能設(shè)備，對聲音進(jìn)行外放，產(chǎn)品形式也已非常成熟，設(shè)計應(yīng)圍繞使用對象的特點展開。創(chuàng)新點突出“多功能”及“便攜式”。另外，作品也力求創(chuàng)新，兼顧安全性和便捷性，包括：電池續(xù)航能力、多模式調(diào)節(jié)、操作方式簡單等，解決無法固定手機，聲音質(zhì)量欠佳等問題。

（三）作品設(shè)計分析。在作品設(shè)計階段，圍繞作品的使用方式和使用環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行需求功能分析、功能和環(huán)境要求設(shè)計關(guān)系分析等，并結(jié)合前期調(diào)研結(jié)果，一款顏色酷炫、擁有藍(lán)牙功能和高保真音質(zhì)，支持紅外遠(yuǎn)程遙控、方便攜帶，可以固定手機和平板電腦，電池續(xù)航時間長，兼具充電防反接功能的“便攜式藍(lán)牙音箱”產(chǎn)品創(chuàng)意確定了下來。

（四）作品3D建模及打印制作。作品3D建模前，將需要的配件準(zhǔn)備充分（即：電池12V/7500mAh;3寸8歐喇叭;M2.5，M3螺絲螺母;頂蓋螺絲遮羞帽;孔徑8mm復(fù)位開關(guān);藍(lán)牙主板;DC直流電源充電座;LED自鎖開關(guān)）。建模中，先利用數(shù)碼卡尺將實物尺寸多次測量以保精確;再利用3D打印機對3D建模作品進(jìn)行打印;制作時，圍繞作品各零部件的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合精度要求、表面質(zhì)量要求、考慮支撐材料后處理復(fù)雜度等，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行3D工藝選型，設(shè)置合理的打印參數(shù)，如調(diào)整物體位置、填充密度、分層厚度、打印速度等。（參見 圖 3）

四、結(jié)語

本文提出的“邊做邊學(xué)、邊學(xué)邊教、以賽促學(xué)”的教學(xué)方法，將STEM教育模式及創(chuàng)客教育理念引入到3D打印建模課堂教學(xué)中，首先培育學(xué)生的創(chuàng)客創(chuàng)新精神，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中敢于提出問題，發(fā)散思維，有效培養(yǎng)和提升信息的運用能力及創(chuàng)新精神，進(jìn)一步激發(fā)“造物”的愿望;其次，在教學(xué)過程中融入作品的設(shè)計學(xué)、機械設(shè)計基礎(chǔ)、基本電路知識、3D打印等相關(guān)知識，讓學(xué)生在創(chuàng)作產(chǎn)品的過程中，體驗多學(xué)科知識交叉應(yīng)用，有助于提高學(xué)生的綜合實踐能力;再者，通過競賽平臺，讓學(xué)生利用3D打印技術(shù)體驗作品創(chuàng)作的完整過程，從而引導(dǎo)學(xué)生建立編程的思維，幫助學(xué)生由“創(chuàng)客”到“設(shè)計師”的角色轉(zhuǎn)變。

【本文系東莞市教育科研"十三五"規(guī)劃2019年度課題“初中人工智能創(chuàng)客教育校本課的建設(shè)與實施試行方案”成果（課題編號：2019GH119）】

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