指向設計思維培養的 3D建模課程教學模式探究

馬洪博 朱彩蘭

隨著3D打印技術在社會的逐步升溫，與其息息相關的3D建模技術也悄然走入中小學信息技術課堂。3D建模技術不僅關注模型的構建，還強調模型的設計，因此該技術在學生的創造力培養方面有其獨特的優勢。一線教師們看到了這一優勢，并從教學內容、教學方法等方面對其展開了一系列的探索，但由于缺乏成熟教學模式的引導，這方面的探索難以突破瓶頸，學生的課堂作品依然形式單一、缺乏創意。為解決這一問題，本文擬從設計思維培養的視角出發，探索3D建模課程的教學模式。培養設計思維的目的指向創造，而3D建模課程的落腳點也是創造，因此二者的結合具有天然的可行性。

● 設計思維模型梳理

自1987年設計思維這一概念被首次提出以來[1]，多位學者圍繞設計思維模型展開了探索。其中，斯坦福大學的D.school模型和Brown的設計思維三階段最為經典，其余模型可視為是在這兩個模型上的調整與延伸。

斯坦福大學設計學院主張將設計的過程視為創新性問題解決的過程，并將D.school模型分為共情、定義、設想、原型和測試五個步驟。[2]Brown則將設計思維看作是一個有著重疊空間的系統，并將設計思維分為靈感、構思和實施三個階段，他認為在形成滿意的作品之前可能會不止一次地重復這三個階段。[3]對比這兩種模型可以發現，D.school模型比較具體，能夠詳細反映環節之間的過渡與關聯，在使用過程中方便隨時調整，可操作性強。Brown的設計思維三階段則比較宏觀，能從整體上把控設計的進度，并且強調針對實際情況進行環節間的迭代，從而對整個設計過程起到更好的調控作用。

綜上所述，在構建指向設計思維的3D建模教學模式時，可以綜合考慮上述兩種模型的優勢，這樣既能從宏觀層面指導整個教學流程的進行，又能將每個教學環節落到實處，達到可操作、易遷移的目的。

● 教學模式初步設計

借鑒上述模型的優勢，同時結合3D建模課程的特點，形成三階段六環節的教學模式，具體流程如圖1所示。

其中，定義問題階段包括接收任務、分析任務兩個環節，主要是幫助學習者明確需要解決的具體問題，讓學習者在此過程中對所要解決的問題形成較為清晰的認知，避免錯誤理解。構思階段包括頭腦風暴和討論完善兩個環節，即學習者通過思維導圖、頭腦風暴等形式形成解決問題的初步方案，然后通過小組之間的合作交流，不斷完善方案，最終形成最優解決方案。本次實驗中，授課對象是五年級的學生，其計算機操作還不熟練，因此構思階段讓學生在紙上繪制創意，輔助學生進行設計。實施階段包含模型構建、分享評價兩個環節，即通過快速原型的制作，讓學習者將設想實體化、可視化，通過對作品的展示交流與評價，對問題形成更清晰的認知。

● 設計思維教學模式在3D建模課程中的實施及調整

本研究在南京市某小學五年級的3D建模課堂中做了應用研究，共進行了六課時。為結合教學情況及時修正模型，本實驗以兩課時為一個階段，當一個階段的教學結束后，根據發現的問題做出相應調整后應用于下一階段的教學。此外，每個課時都設置一個特定的課題，學生圍繞該課題展開設計與建模，具體教學階段及教學內容安排如表1所示。

1.第一階段教學

第一階段的教學按照上頁圖1所示的教學模式展開，以第一課時“創意手機支架設計”為例，主要教學流程如表2所示。

（1）實施情況。在第一階段的教學中，師生都處于新教學模式的適應階段。總體而言，學生上課時的投入度很高，在紙上繪制構思方案時都能積極思考。雖然學生在設計與建模過程中遇到了一些問題，但最終都能制作出獨一無二的作品，達到了預期的教學效果。

（2）問題反饋。由于師生對教學模式還不熟悉，第一階段的教學中出現了如下問題。其一，學生初次在信息技術課中進行創意設計，容易出現眼高手低的情況。學生在紙上設計的作品過于理想化，沒有考慮技術基礎，導致在建模時遇到障礙。在第二節課的頭腦風暴環節，教師強調學生應結合自己的實際水平進行設計，所以眼高手低的情況得到了明顯改善。其二，討論完善環節開展困難，學生之間缺乏針對設計的有效交流。分析原因，學生是以個人為單位進行作品設計，沒有意識到通過討論可以幫助自己完善設計方案，因而更愿意沉浸在自己的設計中。因此，為促進學生之間的有效交流，后續教學需要完善討論機制。

2.第二階段教學

總結上一階段的經驗，將構思階段的“頭腦風暴”環節和“討論完善”環節合并成一個“構思交流”環節，應用于第二階段的教學。在課堂上，教師讓學生兩人一組共同設計作品，以保證學生在構思階段能與同伴進行有效的溝通交流。以第四節課“多功能筆筒設計”為例，主要教學流程如下頁表3所示。

（1）實施情況。教學結束后我們發現，通過環節合并和兩人一組進行設計，學生之間的交流明顯增加，多數學生能夠向組員說出自己的想法和建議。在構思交流環節，組員之間圍繞共同的設計作品進行不斷的討論和完善，使得這一環節具備了明顯的迭代特征。此外，在建模過程中，組員之間遇到問題共同討論，咨詢老師的頻率明顯減少。

（2）問題反饋。第二階段仍然發現了一些問題，概括如下。其一，構思交流環節看似簡單，實則包含了“初步設計、交流討論、完善方案”三個子步驟。由于這三個子步驟在同一個環節中進行，中間沒有停頓與過渡，需要學生自己把控進度，這就導致了部分學生把握不準時間，無法在規定的時間內形成最優方案，并且小組之間的進度存在差異，教師難以將課堂向下推進。因此，在后續教學中，應將構思交流環節拆解為幾個方便執行的小環節，以便在教師的組織下有序展開。其二，分享評價環節缺乏有效的評價量規。在前兩個階段的教學中，由于沒有可供參考的評價指標，多數學生在評價作品時不知如何進行評價。這樣一來，通過評價帶給學生的知識就得不到應有的體現。因此，后續教學中需要有相應的作品評價表，讓學生以此為依據進行評價。

3.第三階段教學

根據第二階段教學中發現的問題，將構思階段的構思交流環節拆分為設計、交流、完善三個環節的迭代。授課過程中，環節之間的推進在教師的帶領下完成，并按照實際情況控制迭代次數。修改后的教學模式如圖2所示。

此外，為幫助學習者更好地掌握所學知識，教師在第三階段教學開始前，從評價內容和評價方式兩方面出發設計課堂作品評價表，具體內容如表4所示。

在本次實驗中，先在課前向學生發放作品評價表。在分享評價環節，先讓學生針對自己的作品進行評價，然后教師結合上一環節記錄的學生建模情況，選取3個優秀作品進行廣播展示，并讓學生對展示作品進行評價。如果展示的作品是本人作品，則只需進行自我評價。

第三階段的教學按照修改后的教學模式進行設計，以第六節課“創意3D賀卡設計”為例，主要教學流程如下頁表5所示。

（1）實施情況。經過前兩階段的摸索，師生對這一教學模式逐漸熟悉。修改后的教學模式在使用中更加流暢，環節之間的切換更加自然。作品評價表的使用既能幫助學生檢驗知識點的掌握情況，又能幫助學生在他人的設計中收獲靈感。

（2）問題反饋。在教學任務的選擇上，學生的設計結果受任務的影響比較大。在“創意印章設計”一課中，由于學生在生活中接觸的印章并不多，所以學生在發揮創造力時會有局限，無法結合印章的使用來展開設計。因此，在設計教學任務時，應該注意結合學生的生活實際。

● 研究結論

1.指向設計思維培養的教學模式能改善學生課堂作品單一的局面

指向設計思維培養的教學模式在常規講練式教學的基礎上，增加了創意構思環節，學生能夠針對特定主題展開設計。在這種教學模式下，學生的創造力得到了有效鍛煉，并且改善了常規課堂中學生作品單一的局面。以第六課時“創意3D賀卡設計”為例，在課堂上，教師要求學生以父親節為主題設計并制作出個性化的3D賀卡，賀卡中必須包含裝飾花元素，其余元素可自行設計。根據任務要求，學生在賀卡的形狀、文字、裝飾物等方面展開創造，最終提交的作品各具特色。與常規教學模式相比，指向設計思維培養的教學模式在作品多樣性方面有較大突破。

2.生活問題為導向的任務更能激發學生的設計熱情

在本次實驗過程中，“手機支架”“燈罩”“鐘表”“多功能筆筒”和“3D賀卡”這五節課的教學效果及學生最終創造的作品在個性化、多樣性等方面都明顯好于“印章”一課。分析原因，印章在學生的生活中并不常見，而手機支架、鐘表等卻是學生常常能接觸到的。因此，當設計任務與學生的生活實際息息相關時，更能激發學生的設計熱情。

3.半開放性的任務有利于新知識的學習與掌握

在布置設計任務時，雖然任務的開放程度越高，學生的設計結果越多樣，但是過于追求多樣化的設計結果并不利于學生知識技能的習得。開放程度過高的任務會使學生將關注的焦點放在作品設計上，忽視所學的知識點。因此，為了保證學生掌握技能，應以半開放性的任務為主，規定最終設計的作品中必須包含的元素或者必須要使用的操作步驟，然后再讓學生在其他方面展開想象。

4.構思階段根據學生的年齡特征靈活選擇輔助設計方式

構思階段是指向設計思維培養的教學模式的重要一環，是設計思維內涵在教學中的直接體現。構思階段的順利展開，需要教師結合學生的年齡及認知發展特征提供輔助設計的手段。在本研究中，授課對象是小學五年級的學生，其計算機相關操作還不靈活，因此選擇在紙上繪制創意的方式輔助設計。如果教學對象能靈活使用信息技術設備及軟件，則可以借助思維導圖、畫圖軟件等方式輔助設計。

參考文獻：

[1]王佑鎂，郭靜，宛平，等.設計思維：促進STEM教育與創客教育的深度融合[J].電化教育研究，2019，40（03）：34-41.

[2]Carroll， M.， Goldman， S.， Britos， L. et al. Destination， Imagination and the Fires Within： Design Thinking in a Middle School Classroom [J].International Journal of Art & Design Education， 2010，29（01）：37-53.

[3]Brown， T. Design Thinking [J].Harvard Business Review， 2008，33（06）：84-92.

本文是江蘇省教育信息化研究課題2018年度重點課題“基于電子教材的信息技術教學研究”（課題編號：20180001）的研究成果。