逆向設計法在通用技術3D建模設計與制作中的應用

新質生產力最顯著的特點是創新。在高中通用技術教學中，教師如何根據時代的要求，結合新產業、新模式、新動能，以前沿引領技術、現代工程技術、顛覆性技術創新為突破口，創新教學方式？

逆向設計即反求設計，是一種基于功能出發的創新設計方法，主要通過對現有樣件或原型生成圖樣，按照預想的功能和效果進行改進，最終超越現有產品或系統的設計。近年來，我將信息技術融入通用技術課堂教學，嘗試運用逆向設計法在通用技術課堂上開展“創意四旋翼無人機的設計與制作”項目式教學，培養學生的創新思維。

一、由易到難，進行3D建模訓練

我將“鏤空正方體的設計與制作”作為學生學習3D建模軟件、逆向設計法應用訓練小項目，即用方木條設計每條棱的形狀、大小一致的鏤空正方體。

結合通用技術的框架結構設計，按照正向設計法，一般是先將方木條按45角切割后粘連。然而，這種方法只能訓練學生的木工加工技術，難以培養其創新能力和3D建模能力。一旦將任務稍作改變，比如讓學生用方木條設計、制作鏤空正四面體等，學生就難以完成。如果學生掌握了逆向設計法就能舉一反三，由鏤空正方體的設計制作延伸到鏤空正四面體、正八面體、正十二面體、足球、玲瓏球等的設計制作。

在建模過程中，學生可利用邏輯運算、陣列及物理中的鏡像、旋轉等進行操作。在這一過程中，他們對學科知識也會有更深的理解。比如，在逆向設計過程中運用幾何方法精準畫線以消除設計中的誤差，他們能感受數學在建模中的重要性。

為方便實施分層教學，我鼓勵學生根據自身知識儲備確定練習項目。一般情況下，學生能設計出鏤空正四面體，就代表其基本掌握了逆向設計法，這也為設計無人機的機械手打好了基礎。

二、由表及里，設計制作創意紙質無人機

學生觀察四旋翼積木式無人機的結構后再將其拆分，分析無人機的工作原理和控制原理，之后通過設計、制作紙杯（或紙碗）無人機，認識到做無人機并非難事，從而突破無人機制作材料通常為合金的思維局限。

三、由簡到繁，設計具有特定功能的創意無人機

引入真實情境，激活學生的創意思維，讓其設計不同功能的無人機。如為學校科技節開幕式設計用于飛行表演的無人機，為觀鳥攝影愛好者設計可在水上漂浮和航行的觀鳥無人機，為救援隊設計可快速投送瓶裝礦泉水的救援無人機，為消防員設計高空滅火無人機，等等。

將2～4個學生組成一個學習小組，鼓勵動手能力、創新能力較強的小組重新設計或改裝無人機結構。如設計的觀鳥無人機在離開水面的瞬間需克服水面的強大張力，為保證無人機能順利從水面起飛，指導學生借鑒、學習、研究四旋翼無人機的飛行和控制原理，嘗試將四旋翼結構改為六旋翼或八旋翼結構，運用創造性思維進行設計。

設計和制作無人機機械手時，指導學生用手工、3D打印、激光雕刻等物化方法制作。

逆向設計法最大的特點就是可以快速獲得先進的技術、設計思路和成功經驗，收獲更好的設計結果，是近年來在工業設計領域中興起的一種方法。利用逆向設計法能快速地將學生的創意表達出來。

在我校的通用技術課堂無人機項目教學中，我引導學生盡可能地應用3D打印機、激光切割機、數控機床等現代加工機器物化創意設計，讓每一個學生都積極參與技術活動。在這個過程中，學生的創新思維能力、新技術學習與應用能力等，都能得到快速提升。

未來，針對如何利用3D建模軟件、物聯網、無線電空間定位技術、人工智能等，如何結合數學、物理等學科知識，充分發揮學生的創新能力，我將做更多嘗試。如為學生提供AI學習資源和學習平臺，引導學生根據真實情境，運用逆向設計法開展自主探究和創意設計。