实践分享:3D打印课程辅导思考

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  自2016年以来,我指导学生参加了第十八届、第十九届、第二十届全国中小学电脑制作活动高中组3D创意设计获得全国一等奖1次和全国三等奖5次;指导学生参加市级、省级3D创意设计大赛获得省级一等奖5次,省级二等奖7次,省级三等奖3次,市级一等奖8次。反观这三年的指导历程,总结了3D创意设计赛事指导策略和3D打印校本课程实践模式。

一、3D创意设计赛事指导策略


  (一)选题指导
  选题是指导学生参赛最重要的环节,选题的好坏直接影响作品的好坏,不仅要符合主题,还要兼顾现实合理性。
  1.化大为小,技术助力
  每年的3D打印赛事都会有一个大的主题,如2020年的全国中小学电脑制作大赛之3D创意设计的主题是“智慧生活”,主题范围很大,学生往往会无从下手,此时就需要教师引导,通过绘制思维导图的方式将范围逐渐缩小。将“智慧生活”划分成智能家居、智能出行、智能医疗、智能穿戴、智能办公、智能购物、智能社交等更小的领域,然后再进行划分,最终可以聚焦到智能灯具、智能马桶、智能手表等更小的作品主题。
  2.观察生活,技术意识
  很多作品的诞生都来源于观察日常生活,虽然每个人每天都在生活,但是认真观察生活的人很少,教师要有意识地引导学生选题从生活入手,观察家庭生活、学校生活和社会生活,选的题目才会更加考虑技術的实用性原则。如从学校生活的角度出发,可以考虑改进食堂进餐的拥堵情况,设计智能食堂;从家庭生活入手,可以考虑为爷爷奶奶设计一个智能健康药盒,定时提醒吃药,记录用药情况,关注老人健康。
融入乡土文化的3D打印校本课程“164”实践模式

  (二)构思设计
  选题确定后,教师就要从外观、结构和功能引导学生进行构思设计,外观和结构的构思要符合科学性和艺术性,如汽车的外观设计成流线型,不仅考虑到空气动力学,还从艺术欣赏角度出发尽量体现美感。无论是外观设计还是功能设计都可以采用仿生学,如国家体育馆建筑采用了鸟巢外观造型,雷达则是仿照了蝙蝠的回声定位功能,仿生学可以让作品更加独特,有创意。如2017年获得国赛一等奖的作品“超速磁悬浮智能车”外形参照了果蝇的外部特征,因为果蝇有难以置信的敏捷性,其设计目的是为了模仿果蝇的飞行特点,实现超速功能。如2018年获得国赛三等奖的作品“代步型外骨骼系统”,模仿了人的外骨骼系统进行设计,希望能够帮助人们实现代步功能。如2019年获得国赛三等奖的作品“庞蕈生态站”以蘑菇为原型设计了生态站,期望生态站的生命力如蘑菇般顽强,形成一个辐射点,连接众多的生态系统站构成一个区域生态系统。
  功能设计可以采用缺点列举法,它是对经常使用而又十分熟悉的物品采用吹毛求疵的态度,找出缺点和不合理性,对作品进行吐槽,并针对缺点进行改进。如雨伞是我们常用的物品,但是它的缺点很多,如雨伞颜色难看、形状单一、伞面不易干、容易丢失、手里拎重物打伞不便、晚上打伞视线不好等,针对这些缺点,我们可以设计一个智能雨伞,能够预测天气,防丢失,在大雨天和夜间伞面LED灯闪烁警示功能。
  学生构思好后,建议绘制草图将构思物化,草图的绘制过程中也要充分考虑到技术性,要考虑作品比例的合理性,装配的逻辑性。从草图教师可以看出学生作品的优点和不足之处,有针对性地进行指导。
  (三)模型制作
  草图定稿后,就要选取三维设计软件开始建模。从2020年起,国赛作品已经不限三维设计软件类型了,但目前中小学常用的软件是3Done系列,在模型制作中要考虑到3D打印实物化,所以国赛要求设计的作品模型尺寸不超过150mm*200mm*200mm,薄厚不小于2mm。评价作品时艺术性指标要求模型精细、美观,渲染效果图精美,所以颜色搭配,注重细节设计很重要,可以用3done系列软件和keyshot软件进行渲染,可请教美术老师进行专业指导,让作品锦上添花。

二、3D打印校本课程实践模式


  将乡土文化融入3D打印校本课程,经过不断实践,创建了3D打印校本课程“164”实践模式,如左上图所示,包括1核心理念,6助策略和4整合路径。
  (一)1核心理念
  1核心理念:文化土壤,科技生长。结合遵义乡土文化,开发特色校本课程资源,融合创客教育理念,实施3D打印校本课程,遵循“文化出发—探索科技—回归文化”的路径,实现学生的文化 技术“双素养”提升。
  (二)6助策略
  1.设计思维助力
  设计思维是一套用于支持设计创新、问题解决的方法论体系,比较著名的斯坦福设计研究院EDIPT模型,将设计思维分为五个阶段:同理心(Empathize),确定问题(Define),创意构思(Ideate),原型实现(Prototype),测试(Test)。在3D打印校本课程中,主要引入设计思维的方法构建教学模式,帮助同学们去实现自己的创意,有效引导学生进行创新设计,使3D打印作品更加实用和创新。
作者指导学生作品《超速磁悬浮智能车》获第十八届全国中小学电脑制作活动高中组3D创意设计(未来智造设计)三等奖
作者指导学生参加贵州省第二届“贵安杯”青少年3D打印创意设计大赛

  5.社团活动助趣
  依托我校的创客社开展3D打印校本课程,在社团同学们可以和同样对3D打印感兴趣的同学交流分享自己的创意,通过“私人订制”3D打印设计活动、“文化创意3D打印作品设计”竞赛活动、“未来视角”3D打印作品展等一系列活动,激发学生创新思维能力,提升实践操作能力和团队协作能力。
  6.科技赛事助效
  各级各类的科技赛事都有一定的评价标准,能够在一定程度上检测学生的创新能力、实践操作能力和语言表达能力等,学生在参赛的过程中也会更加严格要求自己,展现自己最好的实力。3D打印校本课程开设的四年时间里,涌现出了很多优秀的3D打印作品参加各类赛事,我校因此获得了国家级、省级、市级一、二、三等奖共58次的优异成绩,国赛获奖次数在贵州省稳居第一。
  (三)4整合路径
  1.科技与文化整合
  将科技与文化整合,以遵义丰富多样的文化为载体,结合3D打印技术呈现文化元素。形成从文化出发—探索科技—回归文化的学习模式,提升学生的技术意识和文化素养。
  2.线上与线下整合
  为提高学生的自主学习能力和创新设计能力,充分将线上与线下有机整合,主要体现在线上线下资源利用整合、线上线下学习方式整合、线上线下评价机制整合三个方面。
  3.教师与学生整合
  文化探索无边界,技术学习无止境。为提升师生的文化意识和技术素养,将教师与学生教与学有机整合,具体体现在文化探索、技术学习两个方面,注重学生导师的培养,强调教师引导学生学习和学生引导学生学习。
  4.课内与课外整合
  课内以教师为主导,引导学生学会3D建模设计,培养建模能力,同时教授创新方法,引导学生思考技术与文化融合设计作品。课外通过社团定期组织活动进行自主学习和小组协作学习。
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