逆向思維
——給3D創意設計課程教學一個支點

江蘇省無錫市錫山實驗小學 秦曉偉

逆向思維起源于布魯姆的教育目標分類學，他認為真正的學習目標是能夠分析、綜合和評價事實。逆向思維是建立在常規的正向思維基礎上的，從其反面推敲解題策略，當我們用常規的思維方式沒有辦法解決問題時，可以嘗試轉換角度，采用逆向思維的方式，也許可以化難為易，使問題得到解決。敢于“反其道而思之”，讓思維向對立面的方向發展，從問題的相反面深入地進行探索，樹立新思想，創立新形象。

3D 打印是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印方式來構造物體的技術。而3D 創意設計課程是將3D 打印與創新設計相結合，通過教會學生使用3D 設計軟件，在計算機上將自己頭腦中的想法通過計算機軟件描繪出來，并使用3D 打印機快速地制造成實物來培養和拓展學生的獨立創新思維，發展他們的想象力和創造力，將學生的創意變成現實，同時培養孩子的空間想象能力，邏輯思維能力，對尺寸的概念，簡單幾何知識等。讓學生通過接觸3D打印技術，在學習設計的過程中，來促進他們空間思維、計算思維和創新思維的發展，以及審美能力的提升。真正實現“讓思維可見，讓創意有形”的創新科技教育的目標。

在3D 創意設計中，合理利用“逆向思維”的教學方式，也就是說學生一開始不是首先接受簡單知識的教學，而是先迎接一個從未見過的3D 創意設計挑戰，在完成設計挑戰的過程中會用到課本中的知識和事實,學生會根據需要主動去學習,然后教師再針對學生提出的疑難點進行指導。在這個逆向學習過程中學生自然而然地學會知識，實現有意義的學習。正如阿基米德說的：給我一個支點，我可以撬起地球。逆向思維這一教學方式，恰好就是3D 創意設計課程的支點。

一、現狀分析：3D 創意設計的支點在哪里

3D 創意設計課程教學存在三個常見的誤區。首先，將3D 創意設計課等同于3D 打印課。一線教師在教學過程中，往往注重于模型打印，把課程重心放在如何將模型打印而不是通過對3D 創意設計的學習來培養和拓展學生的獨立創新思維，發展他們的想象力和創造力。其次，將3D 創意設計課程變為軟件學習課程。課堂教學以學習建模軟件為主，這是3D 創意設計課程教學中普遍存在的問題。教師以教會學生熟練掌握軟件的使用方法為目的，學生依葫蘆畫瓢，按照教師的演示步驟或范例提示完成作品建模。通過模仿學生能夠掌握建模軟件的操作方法，但是學生并沒有深層地理解設計和造物的內涵，當更換建模軟件后學生通常會變得無從下手。然后，就是學生創新的養成習慣只在課堂學習。孩子們的奇思妙想往往都是從日常生活中發現，老師在課堂引導學生的思路，但真正發揮作用則在課后。

教師在進行3D 創意設計教學時思路一般是先通過實例進行軟件命令教學，然后是作品示例及學生創作作品。然而學生在進行作品創作時的過程大致經過創意構思、分析設計模型、具體制作、評價優化四個環節，其中第三個環節可以是模型到工具命令，而第二環節是工具命令到模型，兩個環節看似是相反，但這兩個環節卻相差很多：在設計制作流程上講，分析設計模型的逆向思維是作品制作的前期準備，如果分析不到位，后期的制作過程中將會出現問題甚至不能完成，在模型的設計與制作的正向思維是逆向思維的延續；從思維上講，逆向思維是正向思維的優化與提升，只有在對常規操作掌握熟練之后，才能進一步思考，拓展思路。而學生學習過程中往往缺乏“反其道而行之”思維這個支點的運用和訓練。

工具命令到模型是常規教學，為了學工具使用而學工具，學生在學習過程中不僅缺乏創新，學習熱情不高，而且作品同質化嚴重。逆向思維設計教學活動，就是由原來的工具命令到模型到工具命令，也就是給出模型，然后思考可以用什么方法來完成，選用合適的工具命令來制作模型。在這一思考過程中，不同的學生會找到不同的角度和方法，既能拓展學生的思維空間，又可活躍課堂氣氛，從而運用逆向思維這個支點撬動起學生的學習熱情和創造力。

二、策略分析：逆向思維在3D 創意設計教學中的探索實踐

（一）以逆向思維為抓手——營造3D 創意設計的互動氛圍

首先教師應提前完成由知識傳授型教師向創新型教師的轉變。創新型教師必須具備逆向思維等發散思維的主動意識和能力，這是培養學生逆向思維的前提。一個循規蹈矩、思維僵化、沒有一點創新意識的教師很難說能培養出創新意識很強的學生。所以教師應該積極提高自身素質，用最短的時間從知識傳授型教師向創新型教師轉變。

以3Done 軟件為例，課題“1 的旋轉舞蹈”，在進行“旋轉”工具命令教學時，在進行完軟件命令教學之后，學生知道草圖（平面圖形）通過旋轉可以得到立體模型，同一個草圖如果旋轉軸在不同的位置可以形成不同的立體模型（如圖1 所示），同樣如果對旋轉角度進行改變，還會得到更多的模型。

圖1

如果，先將模型出示給學生（如圖2 所示），讓學生分析思考，這是由什么草圖圖形旋轉而來的、旋轉軸在什么地方？進而同學之間可以進行互動探討，各自行設計一個或幾個模型然后讓同學找出對應的草圖和旋轉軸，課堂研究學習氣氛必然活躍。

圖2

在日常教學過程中，教師這樣有意引導學生進行逆向思維的思考，相信學生學習的積極性會大增，同時其逆向思維能力也會逐漸提升。教師要鼓勵學生打破常規思維，從獨特的角度思考問題。打破學生被動接受知識的狀況，鼓勵逆向思考問題，當然也可以輔以其他激勵措施加以引導。

（二）以逆向思維為路徑，尋找3D 創意設計的最優思路

在3D 創意設計課程學習中，一個模型的完成有多種思路和方法，而對不同方法的探討、擇優的過程，就是一種思維優化的訓練過程。如在制作立體五角星模型時，首先分析立體五角星的外形，逆向思考制作方法與思路，然后每一種方法都試一試，找到其中的優缺點，探討最佳制作方法，如下面表格所示。

再如上面提到的畫正五角星，常規思維是跟手繪五角星一樣直接畫直線組合成五角星，這樣畫很難畫出一個正五角星。那么我們換個思路，分析得到五角星的五個角的頂點是圍繞中心平均分布的，引導孩子還有什么圖形也是這樣的，答案是正五邊形，先畫正五邊形確定五角星的五個角的頂點，然后把每個頂點兩兩相連。這樣更容易畫出標準的正五角星（如圖3 所示）。除了正5 角星，其他星星還有花瓣形狀是不是也可以這樣處理呢？又給學生引出一系列探討思考問題。

五角星模型制作步驟

（三）以逆向思維為驅動，物化3D 創意設計的創新能力

在文學創作中我們經常聽到這樣一句話“文學來源生活又高于生活”，我們的3D 創意設計也離不開生活，通過觀察生活中與主題相關的事物，能激發學生的設計靈感還能讓學生體驗到在我們的生活中設計的元素無處不在，讓孩子們有機會去設計、去創造、去表達自己。運用逆向思維去探索實踐更像是播下了一粒粒神奇的種子，呈現出精彩紛呈的世界。3D 創意設計課程，深受孩子們的歡迎，同學們通過腦洞大開的創意想法，設計了很多有意思的作品。因此，3D 創意設計設計不僅僅是電腦編程，更是關乎于成為一名有創造性思維的人，對未來社會更加有價值的人。對于中小學生來說，通過3D 創意設計培養創新型思維，在教師的帶動作用就像在土壤中撒下神奇的種子，這些種子按照自己的想法生長出來。每一個學生，每一分鐘每一秒鐘都誕生著不同的思路角度，催生不同的創意靈感。

例如：完美的茶壺，它的要求應該是多方面的，但以茶壺本身的立場來說，應首重其實用性，所以操作方便、外形美觀且實用是茶壺最基本的條件。一把壺是否具有良好的實用性，可從是不是好握、重心是否能掌握得住、握把的大小是否適中、嘴流的出水是否順暢、壺內會不會有殘水的余留及茶壺是否有破裂或瑕疵等方面來加評判，讓學生知道原來茶壺有這么多內涵和文化。就本次項目內容而言，由于茶壺是學生生活場景里最為常見的器具，教師就以此作為出發點，嘗試引導學生觀察自己使用的茶壺有幾個部分組成，有什么特點，它的主要功能是什么，你見過什么樣的茶壺，你喜歡什么樣的茶壺（如圖4 所示）？通過生活化情境的設計，逆向思維訓練，最大限度激發學生的創作欲望，促使學生積極主動參與到創作中。

圖3

圖4

教師組織學生借助頭腦風暴等形式進行思維碰撞，引導學生圍繞茶壺這個項目進行思考，并構思自己的作品，最終培養學生的創新能力。在這次教學中，就給學生準備了現有的茶壺樣式，引導學生可以借助網絡載體，對茶壺相關的文化、功能等進行挖掘和學習，并借助網購平臺，對茶壺的風格、造型進行感知，進一步引導學生對生活中各種各樣的茶壺進行仔細地觀察。比如在材質上，茶壺還可以分為紫砂、陶瓷、玻璃、木頭等；在外形上，常見的橢圓形、方形、仿物性外，還有植物、文字、裝飾花紋等形態各異的造型樣式等。接下來教師可以組織學生開始頭腦風暴等形式的引導，通過學生自主的觀察思考，構思明確項目作品造型樣式，啟發學生在茶壺最基本的實用功能的基礎上，對茶壺的造型進行創新設計：有的學生造型上下功夫，創意十足，彰顯獨特的個性；有的學生在功能上進行創新，顯示溫度或提醒喝水等功能；還有的學生設計各種茶杯，跟茶壺配合相得益彰，拓寬了自己的眼界（如圖5 所示）。通過這樣鼓勵創新，可以提高學生學習的主動性，進而實現學生素養和能力的提升。

圖5

三、目標指向：放飛 3D 小創客的夢想

學校開設了以3D 創意設計為主的多個創客項目，實踐出真知，在項目式實踐過程中大膽嘗試逆向思維思考問題。在師生交流過程中教師將所有的內容設計為若干個活動項目，學生在一個個小項目活動中通過逆向思維形成新穎的創作思路，完成的模型設計已經不再局限于具體的模型制作，也不再是教師上課示例的簡單重復，很多情況下能做出有創意、新穎、與眾不同的作品。如學生設計指尖陀螺測距器（如圖6）。

圖6

學生創意：平時觀察，很多同學在玩指尖陀螺，但有一定的危險性，于是我就想能不能設計一個又好玩又可以用到學習中的東西。指尖陀螺測距器這個靈感就誕生了。既可以玩又可以測量距離，且不危險。測量距離的物體不一定是平面的，彎的、不規則的都可以，而且小巧隨時可以拿出來玩和使用。

設計過程：在老師的指導下第一步先完成作品的模型設計。運用逆向思維考慮模型尺寸的大小、刻度的大小，以及手持是否方便。其中刻度主要運用了軟件中“圓形陣列”，在制作另一面是運用了“鏡像”。在制作中間手持黏合部分的時候為了能夠更加牢固和易于拼接，在老師的建議下運用了榫卯結構，一個凸一個凹。

教師作用：提供技術指導和設備保障。通過在3D 創意設計中逆向思維的培養，激發了學生的創意靈感和學習熱情，使其更加喜歡 3D 創意設計課程。學生除了掌握基本工具使用方法和設計模型的方法外，無形中更鍛煉了觀察力、數字感知力和空間感，學生的整體創新意識、創新能力大大提升，創客教育的核心思想得到了充分體現。

基于逆向思維的3D 創意設計課程教學，在融洽和諧的氛圍中，鼓勵學生積極思考、大膽交流、互相合作，在思維碰撞中解決問題，設計出多樣化的作品。學生將充分體驗到將想象，創意變為現實的過程，享受到一個特別的作品從無到有的過程，獲得巨大的滿足感和成就感。