基于設(shè)計思維的初中3D打印教學(xué)模式初探
——以“制作抗疫小幫手”為例

周麗麗 南京航空航天大學(xué)附屬初級中學(xué)

21世紀(jì)的教育使命是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的新型人才，推動社會發(fā)展和進步。3D打印能給學(xué)生提供大量動手設(shè)計制作的機會，虛實轉(zhuǎn)化能為學(xué)生帶來極強的成就感和直觀體驗感，在學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面具有天然的優(yōu)勢。筆者所在學(xué)校于2017年開展3D打印教學(xué)，在教學(xué)中筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生習(xí)慣于模仿教師的作品進行制作，而真正具有創(chuàng)新和新穎性的作品較少。那么，怎樣進行3D打印教學(xué)設(shè)計，開展3D打印教學(xué)活動，才能更好地發(fā)揮3D打印本身的優(yōu)勢，有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力呢？為解決這一問題，筆者開始了對設(shè)計思維融入3D打印教學(xué)的研究。

● 面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的設(shè)計思維基本內(nèi)涵

設(shè)計思維源于英文單詞Design Thinking，也可稱為設(shè)計思考，字面意思指的是像設(shè)計師一樣思考。目前，國內(nèi)外對設(shè)計思維的理解主要集中在三個方面：①設(shè)計思維是一套方法論，可以支持學(xué)習(xí)者進行創(chuàng)新設(shè)計與問題解決。②設(shè)計思維是一種思維方式，可以幫助解決問題或形成一種策略模式。③設(shè)計思維是一種創(chuàng)新過程，描述的是問題的創(chuàng)新解決過程。三種理解一致認(rèn)為：設(shè)計思維是運用一系列創(chuàng)新方法去解決問題的過程。在學(xué)習(xí)者制作作品的過程中，它可以為學(xué)習(xí)者提供一套支持設(shè)計創(chuàng)新的方法，指導(dǎo)學(xué)習(xí)者從識別問題入手，充分利用現(xiàn)有資源，逐漸掌握一系列創(chuàng)新方法和技巧，最終提供高效且有創(chuàng)造性的解決方案，幫助培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新能力。

● 基于D.school模型的3D打印教學(xué)模式構(gòu)建

自從設(shè)計思維這一概念被提出以來，就有多位學(xué)者圍繞設(shè)計思維模型展開了探索，其中，斯坦福大學(xué)的D.school模型最為經(jīng)典。斯坦福設(shè)計學(xué)院將D.school設(shè)計思維模型分為同理心、定義問題、構(gòu)想、原型和測試五個步驟，如圖1所示。

圖1

同理心就是我感受你的感受，設(shè)計者需要站在用戶的角度去思考問題，通過觀察、訪談等方式體會用戶的需求。定義問題階段需要在收集大量信息的基礎(chǔ)上，明確用戶的需求到底是什么，使需求具有可操作性，并且為用戶尋找可行的解決方案。構(gòu)想階段需要在明確了用戶的具體需求后找出解決用戶具體需求的辦法，并將解決方案物化為設(shè)計草圖。原型階段需要選擇合適的材料和工具制作出模型或者原型。測試階段需要設(shè)計者給用戶展示設(shè)計的模型或原型，讓用戶在使用的過程中提出反饋意見，并不斷修改。

基于D.school模型，結(jié)合3D打印課程的特點，筆者構(gòu)建了3D打印教學(xué)模式，如圖2所示。

圖2

● 基于設(shè)計思維教學(xué)模式的教學(xué)實踐

下面，筆者以“制作抗疫小幫手（2課時）”為例，對教學(xué)活動流程進行簡要說明。

教學(xué)環(huán)節(jié)一：情境引入

教師活動：播放抗疫視頻，由于醫(yī)療防疫物資短缺，3D打印體現(xiàn)強大優(yōu)勢，世界各地3D打印愛好者和研發(fā)公司打印了醫(yī)療物資，如防護面罩、護耳夾、隔離眼罩等助力抗疫。

學(xué)生活動：觀看抗疫視頻、3D打印醫(yī)療物資的照片及視頻。

設(shè)計意圖：激發(fā)學(xué)生參與抗疫的熱情。

教學(xué)環(huán)節(jié)二：發(fā)現(xiàn)問題

教師活動：要求學(xué)生利用3D打印技術(shù)，設(shè)計制作抗疫小幫手，并提問：在目前的抗疫過程中你發(fā)現(xiàn)了什么不足？有哪些需要改進和完善的地方？針對這些不足，你想怎么解決？

學(xué)生活動：明確設(shè)計主題，思考發(fā)言。（教師引導(dǎo)學(xué)生從自己的生活、學(xué)習(xí)出發(fā)尋找問題）

設(shè)計意圖：讓學(xué)生結(jié)合生活，思考問題。

教學(xué)環(huán)節(jié)三：定義問題

教師活動：分發(fā)小組討論任務(wù)單，要求學(xué)生以4人小組為單位，討論在抗疫過程中有待改善的地方有哪些，繪制思維導(dǎo)圖。

學(xué)生活動：在討論中激發(fā)思維，集思廣益，繪制思維導(dǎo)圖。

設(shè)計意圖：小組合作，頭腦風(fēng)暴，激發(fā)思維，進一步討論。

教學(xué)環(huán)節(jié)四：構(gòu)思方案

教師活動：提問：在抗擊疫情的過程中，要怎么做才能有效防止疫情發(fā)生？展示實例，如圖3、圖4所示。要求學(xué)生以小組為單位，針對小組討論得出的不足，繼續(xù)討論如何解決，繪制思維導(dǎo)圖。

圖3 口罩輔戴器

學(xué)生活動：在討論中激發(fā)思維，集思廣益，繪制思維導(dǎo)圖。

設(shè)計意圖：通過樣例展示，引導(dǎo)學(xué)生從戴口罩、少接觸、勤洗手這幾個方面去思考解決方案。

教學(xué)環(huán)節(jié)五：設(shè)計模型

教師活動：請學(xué)生分享找到的問題及解決方案。分發(fā)個人學(xué)習(xí)任務(wù)單，請學(xué)生填寫我的作品說明并繪制草圖，設(shè)計模型。

學(xué)生活動：根據(jù)自己的構(gòu)想并繪制抗疫小幫手的草圖，繪制完成后組內(nèi)討論完善，利用3D One軟件進行設(shè)計建模。

設(shè)計意圖：通過繪制草圖將想法可視化，并且在紙上進行修改比較方便。

教學(xué)環(huán)節(jié)六：評價測試

教師活動：學(xué)生作品展示，師生共同評價。

學(xué)生活動：展示作品，根據(jù)師生的意見繼續(xù)修改完善自己的作品。

設(shè)計意圖：通過評價，讓學(xué)生進一步優(yōu)化改進自己的作品。

● 基于設(shè)計思維的教學(xué)模式教學(xué)反思

1.基于設(shè)計思維的教學(xué)模式能促使學(xué)生自主思考

設(shè)計思維把學(xué)生當(dāng)成一個“問題解決者”，學(xué)習(xí)過程具有很強的自主性。例如，在本課教學(xué)中，教師給學(xué)生創(chuàng)設(shè)了很多主動探索的機會。從思考發(fā)現(xiàn)抗疫過程中存在的問題到思考解決的方法，從繪制設(shè)計草圖到制作作品模型，學(xué)生有動腦思考、動手操作、動筆嘗試、動口表達以及提出問題和解決問題的時間和空間，促使學(xué)生以更積極的姿態(tài)自主參與學(xué)習(xí)活動，自主思考，而這樣的自主思考給創(chuàng)意火花的產(chǎn)生打下了良好的基礎(chǔ)。

2.基于設(shè)計思維的教學(xué)模式能增強學(xué)生間的交流與合作

在學(xué)習(xí)中，交流很重要。因此，筆者在本課定義問題、構(gòu)思方案環(huán)節(jié)都讓學(xué)生以4人小組為單位開展小組討論，每個小組都有一位小組長負責(zé)組織討論和記錄，而每一位小組成員都要參與討論，發(fā)表想法。通過討論，既增強了學(xué)生間的交流和合作，也帶動了小組同學(xué)共同提高、共同進步。

3.基于設(shè)計思維的教學(xué)模式能激發(fā)創(chuàng)意，拓寬學(xué)生的設(shè)計思路

基于設(shè)計思維的教學(xué)模式，筆者增加了定義問題、構(gòu)思方案環(huán)節(jié)，通過自主思考、團隊合作、思維碰撞，能夠激發(fā)創(chuàng)意，拓寬學(xué)生的設(shè)計思路，并且改善了常規(guī)課堂中學(xué)生作品單一的局面。例如，在討論抗疫過程中的不足及解決方案過程中，就涌現(xiàn)了很多的想法：有的小組發(fā)現(xiàn)口罩袋沒有自帶密封條時間長了會有灰塵和細菌，想設(shè)計一個口罩袋密封夾；發(fā)現(xiàn)戴口罩喝水不方便，想在口罩上裝一條拉鏈；發(fā)現(xiàn)戴近視眼鏡再戴護目鏡很麻煩，想設(shè)計一個可放近視鏡片的護目鏡。有的小組發(fā)現(xiàn)，電梯按鈕被多次使用，但不能每次消毒，討論后得出很多解決方案，如戴一次性手套或用棉簽按按鈕、設(shè)計一個專屬的按按鈕的設(shè)備，甚至設(shè)計一個聲控電梯等。在討論結(jié)束后，筆者要求學(xué)生根據(jù)自己的構(gòu)想繪制能利用3D打印技術(shù)實現(xiàn)的抗疫小幫手的草圖，將想法可視化，最終提交的作業(yè)各具特色。

● 結(jié)語

基于設(shè)計思維的3D打印教學(xué)模式的研究還處于起步階段，在目前的教學(xué)實踐過程中，該模式的應(yīng)用雖然有了一些收獲，但是也存在不少問題。例如，小組的討論如何更有效，能讓每位學(xué)生都參與其中？學(xué)生在草圖的設(shè)計上利用已學(xué)的技術(shù)實現(xiàn)不了的情況怎么解決？……這些問題筆者將作為今后研究的重點在教學(xué)中繼續(xù)進行實踐，讓自己的研究有更進一步的進展。