逆向設(shè)計法在通用技術(shù)3D建模設(shè)計與制作中的應(yīng)用

新質(zhì)生產(chǎn)力最顯著的特點是創(chuàng)新。在高中通用技術(shù)教學(xué)中，教師如何根據(jù)時代的要求，結(jié)合新產(chǎn)業(yè)、新模式、新動能，以前沿引領(lǐng)技術(shù)、現(xiàn)代工程技術(shù)、顛覆性技術(shù)創(chuàng)新為突破口，創(chuàng)新教學(xué)方式？

逆向設(shè)計即反求設(shè)計，是一種基于功能出發(fā)的創(chuàng)新設(shè)計方法，主要通過對現(xiàn)有樣件或原型生成圖樣，按照預(yù)想的功能和效果進行改進，最終超越現(xiàn)有產(chǎn)品或系統(tǒng)的設(shè)計。近年來，我將信息技術(shù)融入通用技術(shù)課堂教學(xué)，嘗試運用逆向設(shè)計法在通用技術(shù)課堂上開展“創(chuàng)意四旋翼無人機的設(shè)計與制作”項目式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

一、由易到難，進行3D建模訓(xùn)練

我將“鏤空正方體的設(shè)計與制作”作為學(xué)生學(xué)習3D建模軟件、逆向設(shè)計法應(yīng)用訓(xùn)練小項目，即用方木條設(shè)計每條棱的形狀、大小一致的鏤空正方體。

結(jié)合通用技術(shù)的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計，按照正向設(shè)計法，一般是先將方木條按45角切割后粘連。然而，這種方法只能訓(xùn)練學(xué)生的木工加工技術(shù)，難以培養(yǎng)其創(chuàng)新能力和3D建模能力。一旦將任務(wù)稍作改變，比如讓學(xué)生用方木條設(shè)計、制作鏤空正四面體等，學(xué)生就難以完成。如果學(xué)生掌握了逆向設(shè)計法就能舉一反三，由鏤空正方體的設(shè)計制作延伸到鏤空正四面體、正八面體、正十二面體、足球、玲瓏球等的設(shè)計制作。

在建模過程中，學(xué)生可利用邏輯運算、陣列及物理中的鏡像、旋轉(zhuǎn)等進行操作。在這一過程中，他們對學(xué)科知識也會有更深的理解。比如，在逆向設(shè)計過程中運用幾何方法精準畫線以消除設(shè)計中的誤差，他們能感受數(shù)學(xué)在建模中的重要性。

為方便實施分層教學(xué)，我鼓勵學(xué)生根據(jù)自身知識儲備確定練習項目。一般情況下，學(xué)生能設(shè)計出鏤空正四面體，就代表其基本掌握了逆向設(shè)計法，這也為設(shè)計無人機的機械手打好了基礎(chǔ)。

二、由表及里，設(shè)計制作創(chuàng)意紙質(zhì)無人機

學(xué)生觀察四旋翼積木式無人機的結(jié)構(gòu)后再將其拆分，分析無人機的工作原理和控制原理，之后通過設(shè)計、制作紙杯（或紙碗）無人機，認識到做無人機并非難事，從而突破無人機制作材料通常為合金的思維局限。

三、由簡到繁，設(shè)計具有特定功能的創(chuàng)意無人機

引入真實情境，激活學(xué)生的創(chuàng)意思維，讓其設(shè)計不同功能的無人機。如為學(xué)?？萍脊?jié)開幕式設(shè)計用于飛行表演的無人機，為觀鳥攝影愛好者設(shè)計可在水上漂浮和航行的觀鳥無人機，為救援隊設(shè)計可快速投送瓶裝礦泉水的救援無人機，為消防員設(shè)計高空滅火無人機，等等。

將2～4個學(xué)生組成一個學(xué)習小組，鼓勵動手能力、創(chuàng)新能力較強的小組重新設(shè)計或改裝無人機結(jié)構(gòu)。如設(shè)計的觀鳥無人機在離開水面的瞬間需克服水面的強大張力，為保證無人機能順利從水面起飛，指導(dǎo)學(xué)生借鑒、學(xué)習、研究四旋翼無人機的飛行和控制原理，嘗試將四旋翼結(jié)構(gòu)改為六旋翼或八旋翼結(jié)構(gòu)，運用創(chuàng)造性思維進行設(shè)計。

設(shè)計和制作無人機機械手時，指導(dǎo)學(xué)生用手工、3D打印、激光雕刻等物化方法制作。

逆向設(shè)計法最大的特點就是可以快速獲得先進的技術(shù)、設(shè)計思路和成功經(jīng)驗，收獲更好的設(shè)計結(jié)果，是近年來在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域中興起的一種方法。利用逆向設(shè)計法能快速地將學(xué)生的創(chuàng)意表達出來。

在我校的通用技術(shù)課堂無人機項目教學(xué)中，我引導(dǎo)學(xué)生盡可能地應(yīng)用3D打印機、激光切割機、數(shù)控機床等現(xiàn)代加工機器物化創(chuàng)意設(shè)計，讓每一個學(xué)生都積極參與技術(shù)活動。在這個過程中，學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、新技術(shù)學(xué)習與應(yīng)用能力等，都能得到快速提升。

未來，針對如何利用3D建模軟件、物聯(lián)網(wǎng)、無線電空間定位技術(shù)、人工智能等，如何結(jié)合數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科知識，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力，我將做更多嘗試。如為學(xué)生提供AI學(xué)習資源和學(xué)習平臺，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)真實情境，運用逆向設(shè)計法開展自主探究和創(chuàng)意設(shè)計。