EDIPT設計思維在小學3D打印教學中的實踐探索

陳大楠 安徽省阜陽市潁州區鼓樓中心校

目前的中小學3D打印課程普遍存在以下幾個問題：3D課程基本是以“3D打印概述”“3D軟件的基本操作”“對模型范例進行模仿制作的學習”等內容構成，教師普遍重視3D建模軟件技術性知識的教學，與開展3D課程的核心目標“培養學生創新意識和創造能力，批判性思維和解決現實問題的能力”有一定差距。因此，本研究著重對一線教師開展3D打印課程創新教學方式進行探索，并基于EDIPT設計思維教學模式對學生創新意識和創造能力的培養進行探索。

● EDIPT模型及3D打印教學方式分析

1.EDIPT模型

EDIPT模型是由斯坦福設計學院（D.School）提出的設計思維模型（如圖1），主要包括同理心、定義、構想、原型和測試五個階段。同理心階段要求設計者站在使用者的角度考慮需求；定義階段是對搜集到的信息進行加工篩選，定義出具體可操作的問題；構想階段根據定義的問題提出多角度的解決方法，通過討論，對問題進行比較、修正，形成最佳方案；原型階段根據解決方案制作簡單的具有相關功能的原型作品；測試階段對原型進行測試和優化（或對作品進行實際應用設想討論），經過多輪迭代最終形成更科學、完善的作品方案。

圖1

2.基于設計思維的3D打印教學模型

圍繞EDIPT模型的五個階段，筆者設計了學習流程圖，如下頁圖2所示。學生通過體驗設計師行為過程，慢慢理解和形成設計思維，提高創新設計的能力。

圖2

● 項目案例

1.項目選題

教師引導學生圍繞主題選取題材（以《分體式訂書機》作品為研究案例），并完成創意設計單（如下頁圖3）。

圖3

2.收集資料

學生在接到主題任務后，往往無從下手或思路很窄，選取的方案往往脫離實際應用。因此，教師要引導學生先根據主題內容對生活和學習場景進行觀察，確定生活中有待改善的地方，通過觀察、傾聽、訪談、網上搜索、請教專家、同學討論等方式收集信息，并對其可行性進行分析和思考，然后通過召開團隊項目討論會（基礎水平好、語言表達能力強的學生對團隊確定的生活需改善的應用場景進行描述），其他學生根據自己收集的信息進行互動討論，經過幾輪的項目研討，初步確定對日常使用的訂書機進行優化改進。

3.設計構思

（1）定義問題。學生發現，無論是正常尺寸的訂書機，還是學生使用的小型訂書機，在資料的邊角和側面都能正常裝訂，可是在遇到紙張比較大，需從中間進行裝訂時往往無法完成，因此，教師引導學生帶著尋找一種更方便、更有效的訂書機的想法，通過網絡或請教專家等方式多途徑收集解決方案。經調查，市場上大部分日常訂書機都不能解決這類問題，個別訂書機采用壓釘部件旋轉的方式來進行解決，但對于學生來說機身尺寸偏大，不易攜帶，而且裝訂方向單一。因此，教師引導學生站在應用者角度，提煉出作品方案要滿足的功能：①可以在紙張中間裝訂。②在尺寸、配色、攜帶等方面滿足學生的日常使用需求。

（2）創想構思。學生根據定義的問題，設計出方案一的草圖（如圖4）。學生對該方案進行再次討論后發現，方案一雖然縮小了尺寸，滿足裝訂紙張中間的要求，但并不能完美解決此類問題。于是，學生提出磁吸概念，對方案一進行修正，最終形成方案二的設計草圖（如圖5）。

圖4

圖5

4.原型實現

學生根據方案草圖，運用3Done三維設計軟件繪圖、拉伸、抽殼、圓角等技術進行模型設計。在利用三維設計軟件制作出模型后，引導學生進行產品渲染以及3D打印實物，最終設計出分體式訂書原型機（如圖6）。作品采用上下分體磁吸結構，適合各種紙張裝訂；訂書機整體小巧方便攜帶；外觀整體方形，邊角圓角處理遵循“天圓地方”的理念；“上綠下黃”配色方案，體現大地與自然的和諧。

圖6

5.優化與評價

測試優化階段可以由兩種方式呈現：①通過應用場景測試對作品進行迭代優化。②通過產品發布會的方式進行模型演講介紹，邀請相關專家、教師及學生進行項目式研討，對作品進行優化和評價。例如，方案二的作品通過項目研討會的方式展開，會上專家提出：“作品的功能演示視頻初具廣告級的水平，但在裝訂功能演示上，上方部件是傾斜式下壓，不符合結構原理。”根據這個問題，學生經過幾天的探究，根據部件工程結構原理，最終修改成平行下壓結構組件。不僅如此，筆者還鼓勵學生根據設想動手制作出作品的升級版。

6.研究成果（略）

● 實踐效果分析

通過對EDIPT教學模式和設計思維的實踐研究，學生的3D設計能力有了顯著提升，而且表現出更多的自主設計的激情和行動。

1.提升學生創新思維能力

筆者認為，所有的創新性、開放性想法基礎都來源于收集到足夠多的信息，因此需重點培養學生收集和處理信息的能力。在接到任務后，學生通過對信息的處理而產生的各種創意想法，不同于之前的“四目相對，鴉雀無聲”。筆者對學生創新思維能力提升的訓練取得了一定的效果。

2.鼓勵獨特性思維，樹立學生自信心

發散思維的最高目標是具有思維獨特性，其對于相關作品的設計以及問題的解決，都具有非常重要的價值。筆者在學生收集到足夠多的信息資料后，引導小組成員提出解決方案，同時，鼓勵其他學生大膽質疑，發表個人意見。筆者在作品思路、方案優化等環節對學生的獨特性想法進行鼓勵，為不同層次的學生創造獲得成功的機會，學生的自信心顯著提升。

3.完善作品原型，培養思維縝密性

在設計方案描述時，教師應關注學生的設計思維是否周密，鼓勵學生揣摩設計細節，特別是針對作品的外形方案設計。例如，在確定作品外形方案時，筆者鼓勵一位學生大膽說出自己的想法：“方形的外觀設計過于生硬，我建議進行圓邊角設計，體現‘天圓地方’的中國傳統文化理念。”在接下來的作品討論會上，這位學生積極參與到小組互動中。在這種氛圍下，每位學生都取長補短，思維全面性、細致性得到了提升。

4.推進學生主動反思，提高自身效能感

筆者把設計思維貫穿于每個環節中，鼓勵學生大膽提出自己的設計想法，并引導學生主動對自己的方案進行反思，學生在學習成果不斷形成和完善的過程中提高了自身效能感。