搭建一座從虛擬到現實的橋梁

張婷婷

2018年山東省初中信息技術教材（泰山版）修訂，參照了高中信息技術課程標準的核心素養，即信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任。我撰寫了初三上冊第三單元《3D創意設計與呈現》的內容，在反復修正的過程中，對課程標準中所指出的核心素養有了更進一步的認識，現將課程編寫過程中關于核心素養落實的一些思考在此分享與交流。

信息意識——培養3D設計的思維習慣

核心素養中的信息意識，是指個體對信息的敏感度和對信息價值的判斷力。將信息意識落實到3D設計學習中，就是要讓學生在生活中處處留心，養成一種3D設計的思維和習慣，讓學生帶著設計的意識重新審視周圍這個熟悉又陌生的世界，并把這種意識、思維和習慣帶入到今后的學習和工作中去。

信息意識的培養放在實際生活、生產中才更有意義。我在與學生學習設計“花瓶”案例時，為體驗3D打印這種快速成型技術，進行了如下課程設計：課前，先給學生提供了一張傳統工藝制作的陶瓷花瓶照片，請學生調查做這個花瓶的工序、時間、成本。學生通過調查了解到，傳統陶瓷注漿工藝需要經過配料、加水、坯泥、注漿成型、干燥、燒制等一系列復雜過程，且建模時間長，建模成本高。學生回到課堂匯報交流后，我再和學生探討使用3D設計軟件打造花瓶模型的方法，學生通過學習，知曉軟件建模的步驟只有兩步：第一步，使用草圖繪制的方法繪出平面草圖；第二步，使用旋轉成體的方法形成花瓶實體模型。課堂實施過程中，通過小組合作學習、分享交流，部分小組還拓展了特殊造型功能，制作出了形態各異、各有特色的花瓶模型。隨后，我又借助Moodle平臺，使用投票的方法，與學生一起評選出優勝作品。課后，我與優勝小組的學生一起，使用陶泥3D打印機將作品打印成型，并贈予該組學生作為獎勵。

學生通過親歷一次數字化創造花瓶的過程，切身感受到了基于信息時代下的3D建模的優勢：過程簡化、成本小、時間短，且模型的設計更具個性化。學生領略到了3D快速成型技術的魅力，從小培養和造就了觀察能力和3D設計意識等非常優秀的品質和習慣，也使得教育真正實現了“為孩子未來而教”的育人功能。

計算思維——用算法構建實體

計算思維是計算機科學領域的思想方法，是學科本質的體現，是形成問題解決方案的過程中產生的一系列思維活動。要培養學生的計算思維，需要學生有利用學科思想方法解決問題的經歷。Scratch 3D利用面向青少年編程工具Scratch的交互方式來設計3D模型，以Scratch圖形化積木編程方式，結合數學運算、直角坐標系與極坐標系、函數與方程等數學知識，融入邏輯控制、循環控制、變量和模塊定義等主要編程思想，建立起數學知識、編程思想與3D設計之間的橋梁。

在實際教學中，當學生學會了使用一般3D設計軟件制作“花瓶”模型后，教師可以借助Scratch 3D軟件，讓學生分析花瓶模型設計的內部成型原理，讓學生理解“花瓶”模型的整個表面實際由兩部分組成：花瓶的側表面和花瓶的底面。花瓶實體其實是由處于不同維度的“面”圍繞而成的“體”。花瓶的側表面是由在xy平面內的三角函數y=3+sin（0.5x）（x取值范圍0～4π），圍繞x軸旋轉而形成；花瓶的底面是由xy平面內一定大小的矩形，圍繞x軸旋轉而形成。

通過從算法、數學歸納的角度體會建模過程，讓學生“知其然”并“知其所以然”，從而培養了學生的計算思維、編程能力以及空間設計能力。

數字化學習與創新——軟件工具的選擇使用

數字化學習與創新，是指個體通過評估并選用常見的數字化資源與工具，有效地管理學習過程與學習資源，創造性地解決問題，從而完成學習任務、形成創新作品的能力。如何做到讓3D設計課程成為大班普適教學，讓沒有3D打印機的學校能開課，讓3D設計零基礎的教師邊學邊教，讓所有的學生都能經歷從無到有的數字化創造過程，并在此過程中提高互助、分享和創新意識，是3D設計課程在核心素養“數字化學習與創新”中的落腳點。因此，3D設計軟件的選擇使用，應包含以下三點：

第一，課程的架構必須建立在核心知識之上。3D建模軟件種類繁多，開設3D課程的教師往往不知道選用哪個軟件教學，使得教師對3D設計課程產生畏難情緒，課程資源少且得不到交流分享。解決課程的瓶頸問題，應歸納3D設計技術操作的共性，降低3D設計的技術門檻。3D設計的核心知識包含三點：一是基本實體的構造與搭建，二是基本實體分割與組合演算，三是草圖的繪制與草圖成型方式。讓學生通過掌握這三個基本概念和規律，體會建模的通用操作，學習一般設計建模問題的方法，解決實際問題。

第二，模型的呈現方式多樣化。3D設計不能拘泥于某款設計軟件，同樣，模型的呈現方式也不能拘泥于3D打印機打印這一種成體方法。我們提出了3D作品的另外兩種呈現方式：一是利用軟件將模型進行拆分，再通過激光切割機在板材上切割，最后拼插成型；二是利用軟件將3D模型進行平面展開，再用普通紙張打印機打印到紙上，最后通過裁剪、折疊等手工操作，成為一件現實物品。多種作品呈現方式，使學生可以自主選擇合適的設備呈現自己的3D創意作品，親歷二維和三維之間的靈活轉換，真正體會“從無到有”的數字化“創造”過程。

第三，體現與多學科融合的STEM教育特點。當學生已掌握了3D設計的核心知識后，教師可以從拓寬設計思路入手，從學生的個性和興趣引領，因材施教，融合數學、人文、藝術等多學科知識，激發更多的創新設計。例如，“打造一個虛擬3D的自己”所要達成的目標是，通過使用“六角大王”的3D人體建模方法，創建一個虛擬3D的自己，增強對3D設計的興趣和向往，激發學生的學習熱情。

信息社會責任——3D作品下載與分享的版權意識

判斷一個人的信息社會責任，要看他在現實空間和虛擬空間的一系列信息活動中，是否遵守公共規范，是否能夠有效維護個人和他人的合法權益等。

學習3D設計過程中，需要借鑒或引用他人作品時，教師應提醒學生尊重他人的設計成果，培養學生的知識產權意識。CC協議（Creative Commons，知識共享協議）也是一種知識產權保護方式，從教育的角度來說，應該多鼓勵學生使用CC協議。例如，小李同學設計了一個3D風車筆筒，將其發布在3D模型網站自己的主頁下，并按照CC協議的標準形式，引用了CC協議的“署名”協議。小王同學在網站上搜索模型時，發現了這個作品，想下載后打印出來，用于豐富自己的3D主題公園項目，那么小王同學在看見這一協議標示后，便可以放心下載使用小李同學的模型，并且無須專門與小李同學取得聯系。而他也恪守約定，在模型的角落將小李同學的名字標出，并注明通過CC BY 4.0協議授權。假如當初小李同學簽署的是付費協議，那么小王同學就應該遵從作者意愿，支付一定費用后才能下載使用。

總之，指向核心素養的3D教學，就是要避免單純的知識傳授和軟件操作，而要將知識的產生和發展嵌入教學過程之中，幫助學生經歷一個觀察、發現、思考、繪制、建模、呈現、展示、分享的完整3D“造物”過程，使學生親歷一件作品“從無到有”的創作體驗，在學生的思維中，搭建起一座從虛擬到現實的橋梁。

蒼山點題

核心素養是繼信息素養之后又一個具有旗幟意義的目標，是一種理想方向，也是一種實踐指引，如何做到在時時處處培養學生的核心素養是每一個學科的共同教育責任。單就信息技術學科來講，學科核心素養的培育也是需要在各領域進行落實的。

第一篇文章，從一線教研的角度審視核心素養的重要性，并結合了中國智慧去解讀時代的變化與要求。其實，不論是新生代還是老傳統，教育都是需要不斷反思、總結和發展的，人才也是需要具備綜合素養的。本文提出有大局觀、真學問、好習慣是作為教研員面對新技術、新理念應具有的良好的教研素養，這對一線教師的研究又何嘗不是一種金玉良言？

第二篇文章，從教材設計與教學實施的角度，從3D設計內容的總體設計、教學過程等角度對核心素養的落實進行詳細地解讀，雖然相應的學科核心素養目標并非都很完備，但是針對一個領域的學科核心素養的思考卻一目了然，給我們很多在學科核心素養的實踐上有困惑的教師一種啟迪。

從這兩篇文章中，我們還能夠體會到一種精神，那就是要胸懷教育的未來，立足教學行動實踐。希望一線教育工作者能夠涌現更多的思考與行動，激勵我們不斷前行。