基于STEAM的初中3D模型創(chuàng)意設(shè)計課程實踐研究

潘唯一

【摘要】創(chuàng)新實驗以及STEAM教育在教育領(lǐng)域得到不斷發(fā)展和研究，3D打印作為一項極具創(chuàng)造力的技術(shù)，在中小學(xué)教育中的意義重大。對中小學(xué)而言，管理者希望能夠通過該技術(shù)來達(dá)到教育目的。因此，本文主要從課程的設(shè)計背景、課程目標(biāo)及活動的開展和分析來初步探索基于3D模型創(chuàng)意設(shè)計的拓展課程的開發(fā)與研究。

【關(guān)鍵字】3D模型設(shè)計;STEAM;課程設(shè)計

一、背景與概況

在第三次工業(yè)革命新浪潮影響下，3D打印等數(shù)字桌面制造工具成為全球各領(lǐng)域關(guān)注的焦點[1]。作為未來創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)的趨勢，3D打印技術(shù)不斷深入各個領(lǐng)域，并發(fā)揮著無限的作用。

初中生的邏輯思維已逐漸形成，對很多事物仍保持著好奇心理，因此實踐階段是培養(yǎng)創(chuàng)新型思維和發(fā)散思維、邏輯思維的關(guān)鍵時期。本文旨在研究初中學(xué)校對3D創(chuàng)意設(shè)計學(xué)習(xí)的需求，研究初中3D模型創(chuàng)意設(shè)計課程的開發(fā)和設(shè)計，著眼于培養(yǎng)學(xué)生的個性化設(shè)計理念，結(jié)合STEAM教育理念，將3D模型創(chuàng)意設(shè)計課程化。

二、3D模型創(chuàng)意設(shè)計課程目標(biāo)

1.三維建模知識與技能目標(biāo)

課程著眼設(shè)計理念的培養(yǎng)，為不同思維方式的學(xué)生提供課程需求，如基于“加法藝術(shù)”的3D建模軟件、基于“減法藝術(shù)”的3D二次建模方法、基于“掃描技術(shù)”的三維掃描方式，都可以實現(xiàn)多種模式的建模，實現(xiàn)學(xué)生的設(shè)計思想。

2.三維模型創(chuàng)意設(shè)計目標(biāo)

學(xué)習(xí)小組通過建立一定的主題，自主探究實踐創(chuàng)新，利用不同的學(xué)科知識，基于STEAM理念完成主題中所需環(huán)節(jié)的建模和設(shè)計創(chuàng)作，主題分成指定主題和創(chuàng)意主題兩部分。課程最終目標(biāo)是開放融合，提升學(xué)生各方面的素養(yǎng)。

三、3D模型創(chuàng)意設(shè)計課程實施

1.課程第一階段：認(rèn)識3D打印技術(shù)，形成三維概念

3D創(chuàng)意課程的對象主要是七年級、八年級的學(xué)生，課程的初始階段就要從三維立體幾何的角度來講解3D打印的原理，掌握和體會3D打印可以涉及的領(lǐng)域和用途，為之后開展活動打下基礎(chǔ)。

2.課程第二階段：掃描建模，加深三維物件立體成型的思維

案例：主題活動“給我最愛的玩具換個裝”——讓學(xué)生帶來自己最喜歡的玩具，掃描得到模型后觀察模型的三視圖，并且進(jìn)行二次建模。

學(xué)生要體會不同的掃描方式，觀察掃描過程中光照的現(xiàn)象，學(xué)習(xí)光的反射原理。同時可以將抽象的三維物件具象化，從而更好地了解和掌握三視圖的概念，從上、前、左三個面上掌握立體幾何的概念，降低建模的難度。

3.課程第三階段：科技小發(fā)明小制作，STEAM課程初探

學(xué)生掌握了的簡單建模以后，思考并發(fā)現(xiàn)生活中的問題，通過考察、測量后勾畫思維草圖，最后利用3D建模實現(xiàn)自己的創(chuàng)意作品。

案例：學(xué)生發(fā)現(xiàn)長輩喝茶葉的時候取茶不便，而通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)市面上有兜取茶葉的茶則，但其太大也多用于功夫茶。現(xiàn)思考利用3D建模來制作一個取茶葉的物件。

（1）設(shè)計取茶器

（2）測量數(shù)據(jù)

茶葉罐有方有圓，方形直接用尺子量就可以了，但圓形的怎么量取半徑呢？

（3）3D建模及打印

這項活動讓同學(xué)們從生活中發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行探究、修改，雖有瑕疵，但在過程中很好地發(fā)揮了學(xué)生的自主探究能力。

教師在過程中要不斷地引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，找到解決問題的方法，在適當(dāng)?shù)臅r候提出改進(jìn)意見和建議。

4.課程第四階段：結(jié)合STEAM教育，將技術(shù)與學(xué)科進(jìn)行融合，對學(xué)生進(jìn)行深層次的培養(yǎng)

案例1：科學(xué)拓展課程“橋的承重與其外形和結(jié)構(gòu)的關(guān)系”，學(xué)生通過實地調(diào)查、拍攝圖片、查找資料、咨詢專家等，經(jīng)過討論計算，確定最佳配比的橋梁結(jié)構(gòu)，最后3D打印并撞擊測試驗證效果。

案例2：科學(xué)拓展課程“機(jī)械能”，通過學(xué)習(xí)機(jī)械能轉(zhuǎn)化成動能的科學(xué)知識，利用3D建模完成小船的模型，并利用橡筋動力，帶動小船在水上的運行。

結(jié)合STEAM教育開展的3D創(chuàng)意設(shè)計課程實踐，區(qū)別于傳統(tǒng)學(xué)科教學(xué)對模型的建模活動，可以快速地建構(gòu)數(shù)字化模型，并能將學(xué)生所學(xué)的知識與技術(shù)進(jìn)行深度的融合，在這個不斷討論、修正、完善的過程中，學(xué)生的大腦高速運轉(zhuǎn)，不斷碰撞出全新的思維火花，科學(xué)精神和探究能力不斷得到歷練和提升。

四、創(chuàng)新與小結(jié)

3D打印技術(shù)是第三次工業(yè)革命重要的技術(shù)，是未來技術(shù)發(fā)展的重要趨勢之一，教育應(yīng)當(dāng)與時俱進(jìn)。學(xué)校3D智慧創(chuàng)意課程的開設(shè)是基于STEAM教育理念，“虛擬構(gòu)建+實物構(gòu)建+內(nèi)心想象”不斷深化的過程，它不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的知識綜合應(yīng)用能力，也能夠幫助學(xué)生理解抽象的知識，最終提高學(xué)生的技術(shù)與設(shè)計素養(yǎng)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]孫江山，吳永和，任友群.3D打印教育創(chuàng)新：創(chuàng)客空間、創(chuàng)新實驗室和STEAM[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2015（4）：96-102.

[2]王美，王良輝，劉中曉，陳淵淵.基于3D 打印技術(shù)的特色課程研究——以“3D 打印創(chuàng)意工作室”課程為例[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2015（8）：120-125.

[3]羅軍.3D打印3.0時代[M].北京：東方出版社，2015.