創客校本課程3D建模“教、學、做、賽”的教學實踐與研究

楊宇歡

【摘要】將STEM教育模式引入到校本課程《3D建模實踐教學》，培養學生創客思維，引導學生以創作作品原型為目標，實現多學科知識整合運用，讓學生運用3D建模技術體驗作品創作過程。

【關鍵詞】創客教育;3D建模;3DSMAX教學

3D打印，作為新一輪工業革命的代表技術之一，近幾年來受到人們的追捧和支持。國內陸續有不少中小學校在第二課堂中也開展3D打印課程相關的教育活動。然而，3D打印的核心在于學會“建模”。 本課題項目從實際教學情況的需要出發，分析目前創客3D建模課程開設情況及教學現狀，以中小學電腦制作活動競賽參賽作品《便攜式多功能藍牙音箱》為例，見微知著，結合筆者教學的體驗，探索一套運用3DSMAX軟件建模課程行之有效的教學方法。

一、3D建模實踐教學現狀分析及教學方法的理論基礎

（一）教學課程設置及授課不規范。學校的3D建模的教師資源少，一般僅限于美術專業或信息技術專業的教師，若其他專業的教師授課，教學的思維和內容會有很大差別。甚至有些學校直接聘請校外機構的專業教師授課，導致對教學內容和教學方式難以把握，從而影響教學效果。

（二）3D建模軟件及硬件選擇誤區。目前流行的3D建模軟件種類繁多，對計算機硬件配置要求甚高，而學校的設備往往幾年才更換一批次。因此，容易導致繪圖卡頓情況，從而影響教學。再者，對于選擇何種3D建模軟件的問題上，較難有統一的標準，例如國產的3D建模軟件操作簡單直觀，做到了“所見即所得”，但對一些復雜的結構卻做不出來，且收費高昂。

（三）教學目標不明確，導致教學內容的操作性不強。不少教師將所有的操作命令逐個講解完，舉的實例遠離生活，學生在課后自學探索階段或面對電腦制作競賽時才發現學的東西都派不上用場，只能重新學習。

（四）教學方式缺乏創新。創客教育的發展日新月異，教學的形式也應該多種多樣，但個別教師，依然按照自己一貫的模式教學，停留在講授為主形的課堂模式，使學生的動手機會減少甚至沒有，學生的積極性被打擊。

二、對3D建模課程教學“邊學邊教”探索的建議

（一）建模軟件選擇。3D建模軟件種類繁多，建議選擇3DSMAX （2011版）作為常規教學軟件，該軟件具有建模功能強大、兼容性強等優點，硬件配置容易實現，能最大程度滿足教學需求。

（二）靈活教學法。是指根據學生的認知水平和知識基礎不斷改善和更新的教學方式。由于學生個體的計算機水平差異性和意識的多元化。除了統一講授外，一方面需要教師因材施教，采用學生更易接受的課堂教學方式，另一方面需要個別輔導，了解到學生的個性差異，隨時改變策略，從而更有效地實現教學目標。

（三）趣味教學法。是將學生感興趣的事物與3D建模技術聯系起來，如面對課室內學生坐的凳子，便拋出問題讓大家討論凳子的結構，讓學生在興趣的引領下掌握操作命令的方法，同時形成良好的師生課堂互動效果，授予學習更多的知識。

（四）項目教學法。3DSMAX教學是課堂講解、操作演示、與學生動手制作相結合的課堂形式，學習3DSMAX建模的目的是將3D操作技能應用于實際項目中，教師可根據某次電腦制作活動競賽要求，在教學時引導學生進入設計的情境，激發學生的興趣，完成實際項目，增加成就感。

（五）多手段教學法。利用3DSMAX學習建模是一門實踐性和理論性很強的課程，在教學過程中，除了采用常規的講授法、演示法、個體差異輔導等方法外，還需要積極探索和改進教學方法和手段。要科學、合理地運用現代媒介和科技手段，如電子教室、遠程協助、釘釘網上教學，開設論壇或微信討論組等，增加教學過程的互動性，從而達到更好的教學效果。教師備課時可以先制作微課視頻或多媒體課件、準備素材庫等教學資源，與學生共享，以幫助學生自主學習。

三、“以賽促學”分步導練應用實例

對于利用3DSMAX建模技能的學習，課堂評價是不可或缺的，課堂評價反過來能夠促進學習的有效進行。根據認知心理學，我們知道學習就是將外在事物的關系化為學習者本身的認知結構的過程。因此，在創客教學中開展多元評價模式，將更有效發揮評價的激勵作用，同時提升“教與學”的層次。比如，教師將競賽引入課堂環節，既可以提高學生參與活動的積極性，又能及時評價學生的創意思維和學生建模的技術水平，教育學生在競賽過程中要守紀律、守規則、培養創客信息素養及良好的精神品質。（參見 圖1）

（一）作品立項。對于學生創客而言，提出合理的作品設計，是作品最終順利制作的前提和保證。筆者認為，作品選題需具有開放性和靈活性，一般應從學生日常生活、學習用品或簡易工業產品中選取，發揮想象力，發明或對原有的產品進行改良或創新設計。設計時應充分考慮產品的設計難度、制作周期、應用性等，創客課堂應給予3D建模的設計環境、設備及耗材方面的支持。本文以“設計并制作一款便攜式多功能藍牙音箱”為題加以論述。（參見 圖2）

（二）作品設計調研。在設計之前，引導學生通過問卷調查進行作品應用分析，通過分析，找出同類產品的共同特性，然后吸取優點，摒棄缺點，掌握大眾對該產品創新點的需求。結合本文案例，藍牙音箱是生活中經常見到的電子產品，可以連接智能設備，對聲音進行外放，產品形式也已非常成熟，設計應圍繞使用對象的特點展開。創新點突出“多功能”及“便攜式”。另外，作品也力求創新，兼顧安全性和便捷性，包括：電池續航能力、多模式調節、操作方式簡單等，解決無法固定手機，聲音質量欠佳等問題。

（三）作品設計分析。在作品設計階段，圍繞作品的使用方式和使用環境，引導學生進行需求功能分析、功能和環境要求設計關系分析等，并結合前期調研結果，一款顏色酷炫、擁有藍牙功能和高保真音質，支持紅外遠程遙控、方便攜帶，可以固定手機和平板電腦，電池續航時間長，兼具充電防反接功能的“便攜式藍牙音箱”產品創意確定了下來。

（四）作品3D建模及打印制作。作品3D建模前，將需要的配件準備充分（即：電池12V/7500mAh;3寸8歐喇叭;M2.5，M3螺絲螺母;頂蓋螺絲遮羞帽;孔徑8mm復位開關;藍牙主板;DC直流電源充電座;LED自鎖開關）。建模中，先利用數碼卡尺將實物尺寸多次測量以保精確;再利用3D打印機對3D建模作品進行打印;制作時，圍繞作品各零部件的結構特點，結合精度要求、表面質量要求、考慮支撐材料后處理復雜度等，指導學生進行3D工藝選型，設置合理的打印參數，如調整物體位置、填充密度、分層厚度、打印速度等。（參見 圖 3）

四、結語

本文提出的“邊做邊學、邊學邊教、以賽促學”的教學方法，將STEM教育模式及創客教育理念引入到3D打印建模課堂教學中，首先培育學生的創客創新精神，使學生在學習過程中敢于提出問題，發散思維，有效培養和提升信息的運用能力及創新精神，進一步激發“造物”的愿望;其次，在教學過程中融入作品的設計學、機械設計基礎、基本電路知識、3D打印等相關知識，讓學生在創作產品的過程中，體驗多學科知識交叉應用，有助于提高學生的綜合實踐能力;再者，通過競賽平臺，讓學生利用3D打印技術體驗作品創作的完整過程，從而引導學生建立編程的思維，幫助學生由“創客”到“設計師”的角色轉變。

【本文系東莞市教育科研"十三五"規劃2019年度課題“初中人工智能創客教育校本課的建設與實施試行方案”成果（課題編號：2019GH119）】

【參考文獻】

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