逆向思維
——給3D創(chuàng)意設(shè)計(jì)課程教學(xué)一個(gè)支點(diǎn)

江蘇省無(wú)錫市錫山實(shí)驗(yàn)小學(xué) 秦曉偉

逆向思維起源于布魯姆的教育目標(biāo)分類(lèi)學(xué)，他認(rèn)為真正的學(xué)習(xí)目標(biāo)是能夠分析、綜合和評(píng)價(jià)事實(shí)。逆向思維是建立在常規(guī)的正向思維基礎(chǔ)上的，從其反面推敲解題策略，當(dāng)我們用常規(guī)的思維方式?jīng)]有辦法解決問(wèn)題時(shí)，可以嘗試轉(zhuǎn)換角度，采用逆向思維的方式，也許可以化難為易，使問(wèn)題得到解決。敢于“反其道而思之”，讓思維向?qū)α⒚娴姆较虬l(fā)展，從問(wèn)題的相反面深入地進(jìn)行探索，樹(shù)立新思想，創(chuàng)立新形象。

3D 打印是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過(guò)逐層打印方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。而3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)課程是將3D 打印與創(chuàng)新設(shè)計(jì)相結(jié)合，通過(guò)教會(huì)學(xué)生使用3D 設(shè)計(jì)軟件，在計(jì)算機(jī)上將自己頭腦中的想法通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件描繪出來(lái)，并使用3D 打印機(jī)快速地制造成實(shí)物來(lái)培養(yǎng)和拓展學(xué)生的獨(dú)立創(chuàng)新思維，發(fā)展他們的想象力和創(chuàng)造力，將學(xué)生的創(chuàng)意變成現(xiàn)實(shí)，同時(shí)培養(yǎng)孩子的空間想象能力，邏輯思維能力，對(duì)尺寸的概念，簡(jiǎn)單幾何知識(shí)等。讓學(xué)生通過(guò)接觸3D打印技術(shù)，在學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，來(lái)促進(jìn)他們空間思維、計(jì)算思維和創(chuàng)新思維的發(fā)展，以及審美能力的提升。真正實(shí)現(xiàn)“讓思維可見(jiàn)，讓創(chuàng)意有形”的創(chuàng)新科技教育的目標(biāo)。

在3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)中，合理利用“逆向思維”的教學(xué)方式，也就是說(shuō)學(xué)生一開(kāi)始不是首先接受簡(jiǎn)單知識(shí)的教學(xué)，而是先迎接一個(gè)從未見(jiàn)過(guò)的3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，在完成設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的過(guò)程中會(huì)用到課本中的知識(shí)和事實(shí),學(xué)生會(huì)根據(jù)需要主動(dòng)去學(xué)習(xí),然后教師再針對(duì)學(xué)生提出的疑難點(diǎn)進(jìn)行指導(dǎo)。在這個(gè)逆向?qū)W習(xí)過(guò)程中學(xué)生自然而然地學(xué)會(huì)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)有意義的學(xué)習(xí)。正如阿基米德說(shuō)的：給我一個(gè)支點(diǎn)，我可以撬起地球。逆向思維這一教學(xué)方式，恰好就是3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)課程的支點(diǎn)。

一、現(xiàn)狀分析：3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)的支點(diǎn)在哪里

3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)課程教學(xué)存在三個(gè)常見(jiàn)的誤區(qū)。首先，將3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)課等同于3D 打印課。一線教師在教學(xué)過(guò)程中，往往注重于模型打印，把課程重心放在如何將模型打印而不是通過(guò)對(duì)3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)來(lái)培養(yǎng)和拓展學(xué)生的獨(dú)立創(chuàng)新思維，發(fā)展他們的想象力和創(chuàng)造力。其次，將3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)課程變?yōu)檐浖W(xué)習(xí)課程。課堂教學(xué)以學(xué)習(xí)建模軟件為主，這是3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)課程教學(xué)中普遍存在的問(wèn)題。教師以教會(huì)學(xué)生熟練掌握軟件的使用方法為目的，學(xué)生依葫蘆畫(huà)瓢，按照教師的演示步驟或范例提示完成作品建模。通過(guò)模仿學(xué)生能夠掌握建模軟件的操作方法，但是學(xué)生并沒(méi)有深層地理解設(shè)計(jì)和造物的內(nèi)涵，當(dāng)更換建模軟件后學(xué)生通常會(huì)變得無(wú)從下手。然后，就是學(xué)生創(chuàng)新的養(yǎng)成習(xí)慣只在課堂學(xué)習(xí)。孩子們的奇思妙想往往都是從日常生活中發(fā)現(xiàn)，老師在課堂引導(dǎo)學(xué)生的思路，但真正發(fā)揮作用則在課后。

教師在進(jìn)行3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)思路一般是先通過(guò)實(shí)例進(jìn)行軟件命令教學(xué)，然后是作品示例及學(xué)生創(chuàng)作作品。然而學(xué)生在進(jìn)行作品創(chuàng)作時(shí)的過(guò)程大致經(jīng)過(guò)創(chuàng)意構(gòu)思、分析設(shè)計(jì)模型、具體制作、評(píng)價(jià)優(yōu)化四個(gè)環(huán)節(jié)，其中第三個(gè)環(huán)節(jié)可以是模型到工具命令，而第二環(huán)節(jié)是工具命令到模型，兩個(gè)環(huán)節(jié)看似是相反，但這兩個(gè)環(huán)節(jié)卻相差很多：在設(shè)計(jì)制作流程上講，分析設(shè)計(jì)模型的逆向思維是作品制作的前期準(zhǔn)備，如果分析不到位，后期的制作過(guò)程中將會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題甚至不能完成，在模型的設(shè)計(jì)與制作的正向思維是逆向思維的延續(xù)；從思維上講，逆向思維是正向思維的優(yōu)化與提升，只有在對(duì)常規(guī)操作掌握熟練之后，才能進(jìn)一步思考，拓展思路。而學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中往往缺乏“反其道而行之”思維這個(gè)支點(diǎn)的運(yùn)用和訓(xùn)練。

工具命令到模型是常規(guī)教學(xué)，為了學(xué)工具使用而學(xué)工具，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中不僅缺乏創(chuàng)新，學(xué)習(xí)熱情不高，而且作品同質(zhì)化嚴(yán)重。逆向思維設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，就是由原來(lái)的工具命令到模型到工具命令，也就是給出模型，然后思考可以用什么方法來(lái)完成，選用合適的工具命令來(lái)制作模型。在這一思考過(guò)程中，不同的學(xué)生會(huì)找到不同的角度和方法，既能拓展學(xué)生的思維空間，又可活躍課堂氣氛，從而運(yùn)用逆向思維這個(gè)支點(diǎn)撬動(dòng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)造力。

二、策略分析：逆向思維在3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)教學(xué)中的探索實(shí)踐

（一）以逆向思維為抓手——營(yíng)造3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)的互動(dòng)氛圍

首先教師應(yīng)提前完成由知識(shí)傳授型教師向創(chuàng)新型教師的轉(zhuǎn)變。創(chuàng)新型教師必須具備逆向思維等發(fā)散思維的主動(dòng)意識(shí)和能力，這是培養(yǎng)學(xué)生逆向思維的前提。一個(gè)循規(guī)蹈矩、思維僵化、沒(méi)有一點(diǎn)創(chuàng)新意識(shí)的教師很難說(shuō)能培養(yǎng)出創(chuàng)新意識(shí)很強(qiáng)的學(xué)生。所以教師應(yīng)該積極提高自身素質(zhì)，用最短的時(shí)間從知識(shí)傳授型教師向創(chuàng)新型教師轉(zhuǎn)變。

以3Done 軟件為例，課題“1 的旋轉(zhuǎn)舞蹈”，在進(jìn)行“旋轉(zhuǎn)”工具命令教學(xué)時(shí)，在進(jìn)行完軟件命令教學(xué)之后，學(xué)生知道草圖（平面圖形）通過(guò)旋轉(zhuǎn)可以得到立體模型，同一個(gè)草圖如果旋轉(zhuǎn)軸在不同的位置可以形成不同的立體模型（如圖1 所示），同樣如果對(duì)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行改變，還會(huì)得到更多的模型。

圖1

如果，先將模型出示給學(xué)生（如圖2 所示），讓學(xué)生分析思考，這是由什么草圖圖形旋轉(zhuǎn)而來(lái)的、旋轉(zhuǎn)軸在什么地方？進(jìn)而同學(xué)之間可以進(jìn)行互動(dòng)探討，各自行設(shè)計(jì)一個(gè)或幾個(gè)模型然后讓同學(xué)找出對(duì)應(yīng)的草圖和旋轉(zhuǎn)軸，課堂研究學(xué)習(xí)氣氛必然活躍。

圖2

在日常教學(xué)過(guò)程中，教師這樣有意引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行逆向思維的思考，相信學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性會(huì)大增，同時(shí)其逆向思維能力也會(huì)逐漸提升。教師要鼓勵(lì)學(xué)生打破常規(guī)思維，從獨(dú)特的角度思考問(wèn)題。打破學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的狀況，鼓勵(lì)逆向思考問(wèn)題，當(dāng)然也可以輔以其他激勵(lì)措施加以引導(dǎo)。

（二）以逆向思維為路徑，尋找3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)的最優(yōu)思路

在3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)中，一個(gè)模型的完成有多種思路和方法，而對(duì)不同方法的探討、擇優(yōu)的過(guò)程，就是一種思維優(yōu)化的訓(xùn)練過(guò)程。如在制作立體五角星模型時(shí)，首先分析立體五角星的外形，逆向思考制作方法與思路，然后每一種方法都試一試，找到其中的優(yōu)缺點(diǎn)，探討最佳制作方法，如下面表格所示。

再如上面提到的畫(huà)正五角星，常規(guī)思維是跟手繪五角星一樣直接畫(huà)直線組合成五角星，這樣畫(huà)很難畫(huà)出一個(gè)正五角星。那么我們換個(gè)思路，分析得到五角星的五個(gè)角的頂點(diǎn)是圍繞中心平均分布的，引導(dǎo)孩子還有什么圖形也是這樣的，答案是正五邊形，先畫(huà)正五邊形確定五角星的五個(gè)角的頂點(diǎn)，然后把每個(gè)頂點(diǎn)兩兩相連。這樣更容易畫(huà)出標(biāo)準(zhǔn)的正五角星（如圖3 所示）。除了正5 角星，其他星星還有花瓣形狀是不是也可以這樣處理呢？又給學(xué)生引出一系列探討思考問(wèn)題。

五角星模型制作步驟

（三）以逆向思維為驅(qū)動(dòng)，物化3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)的創(chuàng)新能力

在文學(xué)創(chuàng)作中我們經(jīng)常聽(tīng)到這樣一句話“文學(xué)來(lái)源生活又高于生活”，我們的3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)也離不開(kāi)生活，通過(guò)觀察生活中與主題相關(guān)的事物，能激發(fā)學(xué)生的設(shè)計(jì)靈感還能讓學(xué)生體驗(yàn)到在我們的生活中設(shè)計(jì)的元素?zé)o處不在，讓孩子們有機(jī)會(huì)去設(shè)計(jì)、去創(chuàng)造、去表達(dá)自己。運(yùn)用逆向思維去探索實(shí)踐更像是播下了一粒粒神奇的種子，呈現(xiàn)出精彩紛呈的世界。3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)課程，深受孩子們的歡迎，同學(xué)們通過(guò)腦洞大開(kāi)的創(chuàng)意想法，設(shè)計(jì)了很多有意思的作品。因此，3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)不僅僅是電腦編程，更是關(guān)乎于成為一名有創(chuàng)造性思維的人，對(duì)未來(lái)社會(huì)更加有價(jià)值的人。對(duì)于中小學(xué)生來(lái)說(shuō)，通過(guò)3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)培養(yǎng)創(chuàng)新型思維，在教師的帶動(dòng)作用就像在土壤中撒下神奇的種子，這些種子按照自己的想法生長(zhǎng)出來(lái)。每一個(gè)學(xué)生，每一分鐘每一秒鐘都誕生著不同的思路角度，催生不同的創(chuàng)意靈感。

例如：完美的茶壺，它的要求應(yīng)該是多方面的，但以茶壺本身的立場(chǎng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)首重其實(shí)用性，所以操作方便、外形美觀且實(shí)用是茶壺最基本的條件。一把壺是否具有良好的實(shí)用性，可從是不是好握、重心是否能掌握得住、握把的大小是否適中、嘴流的出水是否順暢、壺內(nèi)會(huì)不會(huì)有殘水的余留及茶壺是否有破裂或瑕疵等方面來(lái)加評(píng)判，讓學(xué)生知道原來(lái)茶壺有這么多內(nèi)涵和文化。就本次項(xiàng)目?jī)?nèi)容而言，由于茶壺是學(xué)生生活場(chǎng)景里最為常見(jiàn)的器具，教師就以此作為出發(fā)點(diǎn)，嘗試引導(dǎo)學(xué)生觀察自己使用的茶壺有幾個(gè)部分組成，有什么特點(diǎn)，它的主要功能是什么，你見(jiàn)過(guò)什么樣的茶壺，你喜歡什么樣的茶壺（如圖4 所示）？通過(guò)生活化情境的設(shè)計(jì)，逆向思維訓(xùn)練，最大限度激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)作欲望，促使學(xué)生積極主動(dòng)參與到創(chuàng)作中。

圖3

圖4

教師組織學(xué)生借助頭腦風(fēng)暴等形式進(jìn)行思維碰撞，引導(dǎo)學(xué)生圍繞茶壺這個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行思考，并構(gòu)思自己的作品，最終培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在這次教學(xué)中，就給學(xué)生準(zhǔn)備了現(xiàn)有的茶壺樣式，引導(dǎo)學(xué)生可以借助網(wǎng)絡(luò)載體，對(duì)茶壺相關(guān)的文化、功能等進(jìn)行挖掘和學(xué)習(xí)，并借助網(wǎng)購(gòu)平臺(tái)，對(duì)茶壺的風(fēng)格、造型進(jìn)行感知，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生對(duì)生活中各種各樣的茶壺進(jìn)行仔細(xì)地觀察。比如在材質(zhì)上，茶壺還可以分為紫砂、陶瓷、玻璃、木頭等；在外形上，常見(jiàn)的橢圓形、方形、仿物性外，還有植物、文字、裝飾花紋等形態(tài)各異的造型樣式等。接下來(lái)教師可以組織學(xué)生開(kāi)始頭腦風(fēng)暴等形式的引導(dǎo)，通過(guò)學(xué)生自主的觀察思考，構(gòu)思明確項(xiàng)目作品造型樣式，啟發(fā)學(xué)生在茶壺最基本的實(shí)用功能的基礎(chǔ)上，對(duì)茶壺的造型進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)：有的學(xué)生造型上下功夫，創(chuàng)意十足，彰顯獨(dú)特的個(gè)性；有的學(xué)生在功能上進(jìn)行創(chuàng)新，顯示溫度或提醒喝水等功能；還有的學(xué)生設(shè)計(jì)各種茶杯，跟茶壺配合相得益彰，拓寬了自己的眼界（如圖5 所示）。通過(guò)這樣鼓勵(lì)創(chuàng)新，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)學(xué)生素養(yǎng)和能力的提升。

圖5

三、目標(biāo)指向：放飛 3D 小創(chuàng)客的夢(mèng)想

學(xué)校開(kāi)設(shè)了以3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)為主的多個(gè)創(chuàng)客項(xiàng)目，實(shí)踐出真知，在項(xiàng)目式實(shí)踐過(guò)程中大膽嘗試逆向思維思考問(wèn)題。在師生交流過(guò)程中教師將所有的內(nèi)容設(shè)計(jì)為若干個(gè)活動(dòng)項(xiàng)目，學(xué)生在一個(gè)個(gè)小項(xiàng)目活動(dòng)中通過(guò)逆向思維形成新穎的創(chuàng)作思路，完成的模型設(shè)計(jì)已經(jīng)不再局限于具體的模型制作，也不再是教師上課示例的簡(jiǎn)單重復(fù)，很多情況下能做出有創(chuàng)意、新穎、與眾不同的作品。如學(xué)生設(shè)計(jì)指尖陀螺測(cè)距器（如圖6）。

圖6

學(xué)生創(chuàng)意：平時(shí)觀察，很多同學(xué)在玩指尖陀螺，但有一定的危險(xiǎn)性，于是我就想能不能設(shè)計(jì)一個(gè)又好玩又可以用到學(xué)習(xí)中的東西。指尖陀螺測(cè)距器這個(gè)靈感就誕生了。既可以玩又可以測(cè)量距離，且不危險(xiǎn)。測(cè)量距離的物體不一定是平面的，彎的、不規(guī)則的都可以，而且小巧隨時(shí)可以拿出來(lái)玩和使用。

設(shè)計(jì)過(guò)程：在老師的指導(dǎo)下第一步先完成作品的模型設(shè)計(jì)。運(yùn)用逆向思維考慮模型尺寸的大小、刻度的大小，以及手持是否方便。其中刻度主要運(yùn)用了軟件中“圓形陣列”，在制作另一面是運(yùn)用了“鏡像”。在制作中間手持黏合部分的時(shí)候?yàn)榱四軌蚋永喂毯鸵子谄唇?，在老師的建議下運(yùn)用了榫卯結(jié)構(gòu)，一個(gè)凸一個(gè)凹。

教師作用：提供技術(shù)指導(dǎo)和設(shè)備保障。通過(guò)在3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)中逆向思維的培養(yǎng)，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)意靈感和學(xué)習(xí)熱情，使其更加喜歡 3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)課程。學(xué)生除了掌握基本工具使用方法和設(shè)計(jì)模型的方法外，無(wú)形中更鍛煉了觀察力、數(shù)字感知力和空間感，學(xué)生的整體創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力大大提升，創(chuàng)客教育的核心思想得到了充分體現(xiàn)。

基于逆向思維的3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)課程教學(xué)，在融洽和諧的氛圍中，鼓勵(lì)學(xué)生積極思考、大膽交流、互相合作，在思維碰撞中解決問(wèn)題，設(shè)計(jì)出多樣化的作品。學(xué)生將充分體驗(yàn)到將想象，創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的過(guò)程，享受到一個(gè)特別的作品從無(wú)到有的過(guò)程，獲得巨大的滿(mǎn)足感和成就感。