小學生三維建模能力培養的思考與實踐

周嬌蓉

【摘 要】建模能力作為信息技術課程中的一項重要內容，值得我們重視。三維建模是比較直觀的一種建模方式，容易被小學生所接受。Paracraft三維動畫和編程創作軟件因其親切度、豐富度、友好度，頗受學生喜愛。但從日常教學的反饋來看，學生的三維建模能力還有待提高。基于此，筆者以設計思維為理論依據，在了解學情的基礎上，創設R·A·D·E·R五步驟學習模式，在正式建模階段輔以問題支架，以此探究小學高段學生三維建模能力的培養。

【關鍵詞】三維建模;設計思維;R·A·D·E·R模式;Paracraft

【中圖分類號】G434? 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2022）02、03-111-04

隨著創客教育、STEM教育等走入小學教育，3D打印也逐步深入到小學課堂中，作為拓展性課程或者項目化學習的輔助等多種形式存在。然而在長期的實踐和學習中，筆者認為不管是從教學目標出發，還是從教學難點考慮，3D打印中最為核心的是三維建模。我們在教學中，要讓學生明白三維建模的意義，以及能夠從建模的角度出發完善作品，并通過該方法表達與交流。

探索三維建模教學新模式

通過文獻整理與學習，關于3D打印在教學中的實踐案例有很多，涉及的三維設計軟件有SolidWorks、3ds Max、AutoCAD、Maya、Rhino、Autodesk 123D Design、Paracraft等。通過團隊探究與學情分析，最終筆者在小學教學中，選用了Rhino作為三維設計競賽練習軟件，選用了Autodesk 123D Design、Paracraft作為拓展性課程練習軟件。

1.Paracraft（帕拉卡）教學的優勢

在教學中，Paracraft因其親切度、豐富度、友好度，頗受學生喜愛。Paracraft采用方塊來表達事物，對于學生而言，因其類似“我的世界”或樂高拼搭，因此親切感油然而生。使用Paracraft中的3D方塊可以創建各種三維模型，如飛機、機器人、過山車等，可以將學生的想象力充分展現，具有很強的豐富感。同時，它還是一款3D動畫與編程創造軟件，可以從三維模型友好過渡到程序設計，為后續的拓展性課程做好鋪墊與銜接。因此，本文以Paracraft（帕拉卡）教學為例，探究小學高段學生三維建模能力的培養。

2.Paracraft（帕拉卡）教學的思考

盡管Paracraft教學存在諸多優勢，但是從日常教學的反饋來看，學生的三維建模能力還有待提高。經過分析，主要是慣性因素導致：教師習慣于任務驅動，缺乏情境的創設，與生活的鏈接不足;學生習慣于“走一步算一步”，導致一遍遍地從頭開始，消耗耐心，建模前缺乏全面的考慮;建模時“生活慣性”使然，難以轉變為虛擬空間建模。

對此，筆者進行了整改，將R·A·D·E·R五步驟模式應用到Paracraft教學中，基于社會需求，在真實情境中辨析，從三維空間視向設計，再加之評價與復盤，形成一個完整的學習模式，培養其三維建模高階能力。

建立三維建模教學新支架

設計思維是“以人為中心設計”的理解、觀察、定義、構思、原型和測試的迭代過程。筆者以設計思維為理論依據，抓住設計思維教育的三大核心素養：系統思想、設計表現力、創新技巧，在學情的基礎上，創設R·A·D·E·R五步驟學習模式。

1.R·A·D·E·R學習模式的內涵

真實（Real），指基于社會活動，搭建真實情境，解決實際問題。這個階段貫穿始終，在情境創設、作品設計、評價總結等環節中如影隨形，產生共情。

分析（Analysis），指基于科學思維，重新定義問題，探尋多條解決問題的方法，以保證合理性。這個階段運行在定義、構思、實踐等過程中，打破慣性。

視向（Direction），指基于系統思想，根據實際情況適時改變觀察方向，從而在三維空間外顯心智模型。

評價（Evaluate），指基于設計的表現力，激發視覺語言，強化表達與分享、理解與反思、聯想與提高。

復盤（Replay），指基于目標監控，正視過程中的問題，為結果負責，同時也能更好地獲得成長和總結方法論。

2.R·A·D·E·R學習模型和支架

我們鼓勵學生在真實情境中，體驗信息技術行業實踐者真實的工作模式和思考方式。教師先營造真實的情境——建造泳池，然后以學生為主導，經歷R·A·D·E·R五步驟學習過程，在正式建模階段，輔以問題支架，幫助學生理解并逐漸深入（如圖1所示）。

圖1? R·A·D·E·R學習模型和問題支架

培養三維建模能力新高度

經過初期調查發現，61.7%的學生認為，建造泳池這項工作是難以完成的，因為建造泳池需要一群工人，他們拿著鐵鍬、水泥等各種工具與材料，熱火朝天地干活，我們似乎時間、力氣都不夠;28.1%的學生提出系列問題，如建在學校里嗎，面積多大呢，我們要增設體育課內容嗎……10.2%的學生則暫時沒有想法，認為不可能讓自己去參與這項工作。

1.（R）真實情境：基于用戶，迭代發生

現在我們將學生帶入一個真實的情境中，試圖激發10.2%的學生參與思考，同時糾正61.7%的學生的固有思維，更為重要的是讓大家深入探究，讓學習真實發生。

【泳池設計師】隨著“雙減”政策的實行，教育部鼓勵學生們全面發展，尤其是加強體育鍛煉。因此，學校預建造一個室外游泳池，現征集設計師，在三維空間先呈現效果圖，為施工方指明方向。

通過分析以上的情境，學生會發現我們有一個任務——建造游泳池，但是存在兩個用戶——校方和施工方。鑒于有兩個用戶，除安全性這種統一標準外，至少還需要從實用性和易操作性兩方面進行考慮，如泳池裝飾物的復雜程度、向下挖掘的深度等。后續的分析、設計、評價等都會基于這個真實的情境，迭代發生，而非虛擬世界中的隨意發揮、個性張揚。

2.（A）分析討論：基于支架，細化探究

學生對游泳池并不陌生，但都僅限于使用，并未從設計建造的角度深度思考。因此，教師提供了一個簡易的問題支架，幫助學生圍繞主線探究，并逐步過渡到能夠獨立搭建問題支架。

首先學生根據支架中的核心問題進行討論，如以我們目前的積累，能解決哪幾個問題;對于未能解決的問題，需要提供怎樣的幫助;除了這些問題，是否還有補充等，根據討論結果，來制定設計方案，包括人員分工、已解決問題及解決方法、暫無法解決的問題及需要的幫助、生成的問題、擬實施步驟、設計圖、各部分預計完成時間等。

【現場回顧】以“如何設定面積”這一核心問題為例，學生結合第二個核心問題“如何挖空凹陷”，分析得出目前這一核心問題指向的是泳池池底，也就是要先設計池底，池底一般是一個長方形。“美工”C同學快速在紙上繪制了池底的簡易設計圖，就是一個長方形;至于長和寬如何確定，他們選擇去咨詢數學老師，獲得了比例的概念。當“技術員”Z同學在Paracraft中操作時，卻無法實現，這時同學們感受到了二維平面與三維立體的區別，在三維空間，“長方形變成了梯形”。

通過上述過程，學生從一個核心問題已經細分成了三個問題，分別對應三個子任務，明確了池底的設計，習得了比例的概念，感知了二維和三維的區別。但是，生成的問題（二維空間的長方形，在三維空間真的變成梯形了嗎）還需要進一步解決。

3.（D）視向調整：基于全局，模型外顯

其實，池底就是一個長方形，呈現出梯形是跟我們的觀察方向有關，教師引導學生去做個實驗：利用手機掃描文件時，從不同的方向拍攝紙質教材，照片中的教材會呈現出不同的形狀，然而紙質教材并未改變，從而體會三維和二維的區別，以及找到對應的視向。

學生發現，當手機攝像頭和紙質教材平行時，可以更好地呈現出紙質教材的原始形狀。那么，在Paracraft中可以讓人物先飛到空中，再通過微調，然后俯視地面來實現。這樣需要調整視向的情況還會陸續出現，以“綠化泳池”為例。

【現場回顧】有學生選擇在泳池邊種上樹木，當把樹木的正面繪制完成后，樹木正面很茂盛，而背面卻是禿的。學生很想把手伸過去，把樹的背面也添上樹葉，可是從正面看，禿的那邊緊貼屏幕，好像得進入屏幕，走到對面去才能完成。于是，停留在此無法繼續。實際上，Paracraft是以場景中的人物為中心的，可以通過鍵盤上的方向定位鍵讓人物走到樹的側面、背面，輔以鼠標右鍵調整視向，分別添上樹葉，也就是控制人物繞樹一周，即可完善好樹木。

三維建模時，學生不能只關注眼前的事物，而要根據需要改變視線的方向，從全局考慮，讓生活中的事物更真實地呈現在虛擬世界中，最后再反饋到現實生活中。

4.（E）評價分享：基于同伴，審視自我

評價主要存在兩種形式，從對象來看，主要分為組內成員和組外成員;從時間來看，主要分為中期分享和終期推廣。

組內成員的評價主要借助“小組觀察清單”，根據小組成員的參與情況，逐項對比指標，在最符合的方框內打勾。如當啟動一個新任務的時候，小組成員是否達成一致、是否分擔責任、是否立即開始任務、是否彼此鼓勵，不潑冷水……是所有成員、大部分成員、一部分成員、少量成員還是無？當然小組觀察清單還有留白部分，由組內成員自行添加指標，突出小組亮點，凝聚力量。

組外成員的評價主要借助“結構化反饋（PDQ）表”，對其他組的作品進行觀察和詢問后，在表格中分別填寫“我喜歡（P）”“我建議（D）”“我想問（Q）”三部分內容，可以寫多條，也可以只寫一條，還可以和同伴共同寫，然后把這張表給被評價組，從而幫助他們從用戶的角度思考與改進。

“小組觀察清單”和“結構化反饋（PDQ）表”會反復應用在中期分享和終期推廣階段，但是在終期推廣階段，由于學生的身份從“設計師”轉變為了“銷售員”，評價指標會有所增加。除了前期共同制定的三維建模作品三級評價指標，如完整性、科學性、欣賞性、個人特性等，還要增加展示操作的熟練度、小組合作的完美度、疑難解答的準確度、后期規劃的前瞻度等方面兩級指標的評價。

5.（R）復盤檢視：基于目標，總結經驗

復盤是對計劃完成的情況做一個回顧與思考，從而在思考的過程中了解前期的優勢與劣勢，尤其是一些錯誤的操作，從而有助于我們避免重蹈覆轍，同時也能幫助我們更好地完成計劃，達到預期目標。如果復盤后，發現前期完成得還不錯，這無疑會產生鼓舞與激勵的作用。

復盤可以及時止損，緊緊圍繞目標開展，也可以隨時了解項目動態，不至于“揀了芝麻丟了西瓜”，還能適時地進行小結，形成學習報告。

總結與展望

再次調查發現，100%的學生認為，我是有能力建造泳池的，盡管現在還不夠完美。當談及問題支架中的試運行部分，86.3%的學生認為我們所制作的泳池用于游泳，在此功能定位上，繼續探究人物游泳的三維建模;13.7%的學生認為還可以結合學校的“海模”特色，將科技競賽與此結合，平時可以作為帆船模型訓練池，在此功能定位上，繼續探究帆船航行的三維建模。不管是人物游泳的三維建模，還是帆船航行的三維建模，R·A·D·E·R五步驟學習模式仍貫穿其中，迭代升華。

綜上，通過在Paracraft教學中的實踐，三維建模能力的培養主要體現在建模意義、建模技能、建模思維三方面。相對而言，三維建模能力的培養在小學階段的研究較少，筆者通過其在中學、職高等的實踐研究，如立體幾何、三維動畫建模、三維重建表情等，認為還可以進行三維建模對空間想象、創新表達、責任意識等方面培養的研究。

參考文獻

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