基于STEAM的初中3D模型創意設計課程實踐研究

潘唯一

【摘要】創新實驗以及STEAM教育在教育領域得到不斷發展和研究，3D打印作為一項極具創造力的技術，在中小學教育中的意義重大。對中小學而言，管理者希望能夠通過該技術來達到教育目的。因此，本文主要從課程的設計背景、課程目標及活動的開展和分析來初步探索基于3D模型創意設計的拓展課程的開發與研究。

【關鍵字】3D模型設計;STEAM;課程設計

一、背景與概況

在第三次工業革命新浪潮影響下，3D打印等數字桌面制造工具成為全球各領域關注的焦點[1]。作為未來創新產業的趨勢，3D打印技術不斷深入各個領域，并發揮著無限的作用。

初中生的邏輯思維已逐漸形成，對很多事物仍保持著好奇心理，因此實踐階段是培養創新型思維和發散思維、邏輯思維的關鍵時期。本文旨在研究初中學校對3D創意設計學習的需求，研究初中3D模型創意設計課程的開發和設計，著眼于培養學生的個性化設計理念，結合STEAM教育理念，將3D模型創意設計課程化。

二、3D模型創意設計課程目標

1.三維建模知識與技能目標

課程著眼設計理念的培養，為不同思維方式的學生提供課程需求，如基于“加法藝術”的3D建模軟件、基于“減法藝術”的3D二次建模方法、基于“掃描技術”的三維掃描方式，都可以實現多種模式的建模，實現學生的設計思想。

2.三維模型創意設計目標

學習小組通過建立一定的主題，自主探究實踐創新，利用不同的學科知識，基于STEAM理念完成主題中所需環節的建模和設計創作，主題分成指定主題和創意主題兩部分。課程最終目標是開放融合，提升學生各方面的素養。

三、3D模型創意設計課程實施

1.課程第一階段：認識3D打印技術，形成三維概念

3D創意課程的對象主要是七年級、八年級的學生，課程的初始階段就要從三維立體幾何的角度來講解3D打印的原理，掌握和體會3D打印可以涉及的領域和用途，為之后開展活動打下基礎。

2.課程第二階段：掃描建模，加深三維物件立體成型的思維

案例：主題活動“給我最愛的玩具換個裝”——讓學生帶來自己最喜歡的玩具，掃描得到模型后觀察模型的三視圖，并且進行二次建模。

學生要體會不同的掃描方式，觀察掃描過程中光照的現象，學習光的反射原理。同時可以將抽象的三維物件具象化，從而更好地了解和掌握三視圖的概念，從上、前、左三個面上掌握立體幾何的概念，降低建模的難度。

3.課程第三階段：科技小發明小制作，STEAM課程初探

學生掌握了的簡單建模以后，思考并發現生活中的問題，通過考察、測量后勾畫思維草圖，最后利用3D建模實現自己的創意作品。

案例：學生發現長輩喝茶葉的時候取茶不便，而通過調查發現市面上有兜取茶葉的茶則，但其太大也多用于功夫茶。現思考利用3D建模來制作一個取茶葉的物件。

（1）設計取茶器

（2）測量數據

茶葉罐有方有圓，方形直接用尺子量就可以了，但圓形的怎么量取半徑呢？

（3）3D建模及打印

這項活動讓同學們從生活中發現問題并進行探究、修改，雖有瑕疵，但在過程中很好地發揮了學生的自主探究能力。

教師在過程中要不斷地引導學生發現問題，找到解決問題的方法，在適當的時候提出改進意見和建議。

4.課程第四階段：結合STEAM教育，將技術與學科進行融合，對學生進行深層次的培養

案例1：科學拓展課程“橋的承重與其外形和結構的關系”，學生通過實地調查、拍攝圖片、查找資料、咨詢專家等，經過討論計算，確定最佳配比的橋梁結構，最后3D打印并撞擊測試驗證效果。

案例2：科學拓展課程“機械能”，通過學習機械能轉化成動能的科學知識，利用3D建模完成小船的模型，并利用橡筋動力，帶動小船在水上的運行。

結合STEAM教育開展的3D創意設計課程實踐，區別于傳統學科教學對模型的建模活動，可以快速地建構數字化模型，并能將學生所學的知識與技術進行深度的融合，在這個不斷討論、修正、完善的過程中，學生的大腦高速運轉，不斷碰撞出全新的思維火花，科學精神和探究能力不斷得到歷練和提升。

四、創新與小結

3D打印技術是第三次工業革命重要的技術，是未來技術發展的重要趨勢之一，教育應當與時俱進。學校3D智慧創意課程的開設是基于STEAM教育理念，“虛擬構建+實物構建+內心想象”不斷深化的過程，它不僅能夠培養學生的知識綜合應用能力，也能夠幫助學生理解抽象的知識，最終提高學生的技術與設計素養。

【參考文獻】

[1]孫江山，吳永和，任友群.3D打印教育創新：創客空間、創新實驗室和STEAM[J].現代遠程教育研究，2015（4）：96-102.

[2]王美，王良輝，劉中曉，陳淵淵.基于3D 打印技術的特色課程研究——以“3D 打印創意工作室”課程為例[J].現代教育技術，2015（8）：120-125.

[3]羅軍.3D打印3.0時代[M].北京：東方出版社，2015.