让思维可见，让创意有形

朱芦卫

摘要：本文作者根据初中学生的思维特征，通过“3D打印技术”的实践探究，建立了“想象—虚拟—实体”三者之间的教学联结，并分享了如何在3D打印課程中，培养学生的创造思维和解决生活实际问题的能力。

关键词：3D打印；创意；实践探究

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2017）24-0083-03

3D打印（3D Printing）是一种快速成型技术，它以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。笔者所在学校作为杭州市科技特色学校，早在2014年就添置了3D打印机，开设了3D打印技术课程，旨在通过选择贴近生活的建模主题，让学生亲身体验从无到有的设计过程，让想象变成现实，发展学生立体空间思维。经过几年的摸索与实践，笔者挖掘了利用3D打印技术培养学生创意设计能力及多元发展能力的教学经验。

● 3D打印，让思维立起来

3D打印是蕴含了“思维”的个性化创造工具，它以拥有视觉、触觉的学习方式打造虚实结合的教育平台，从而提升学生立体思维能力。

1.三维建模，培养学生空间感

对于学生而言，发展空间思维最常用的方式就是让他们进行直观化操作。而3D打印技术就可将学生的构思转变为真实，并开辟了生动的“可视化立体操作”。

三维建模软件有Top（顶视）、Left（左视）、Front（前视）等多种视图模式，可以沿X、Y、Z轴全方位移动物体。教师如果在学生运用3D建模软件进行设计时适当引导，训练学生的立体思维能力，就能够有效培养学生的创新思维。

案例1：初识123D Design。

3D打印需要先用三维制图软件建模。在初识123D Design三维建模软件时，教师先让学生以动手摆一摆的形式来亲身感受三维建模软件所蕴含的空间感。

师：同学们，大家一起来观察一下，这些小物体是不是真的站在一条直线上（如图1）？

生：不一定。电脑屏幕是平面的（二维），只能说我们看到的这个角度是站在一条直线上，换个角度就不一定了。

师：对啦，我们可以一起通过不同的视角看一看。

学生通过自己动手摆一摆，亲身体验感受三维建模的“立体”感。

从用3D建模软件模仿设计开始，到利用3D打印机实践操作打印模型，再到最后打印出作品，这都是基于创造的个性化学习体验与实践。三维建模软件的界面设计有着独到之处，学生可通过平面的计算机屏幕感知传递立体感。

2.打印感知，提升学生思维力

3D打印技术最大的好处是直观地呈现立体图形的模式，鼓励学生大胆地去想象，去创造。而从想象到产品的个性化打印，“想象—虚拟—实体”三者之间的鸿沟的跨越，则需要教师运用科学的方法进行指导，使学生设计行之有效。

案例2：杯子的设计。

在教授《杯子的设计》这一内容时，其实教材中已经很明确地告知倒角、抽壳等操作时的参数值，学生只要按照要求操作就可以了。但为什么设置这个数值，如果数值大一点会怎么样，却没有告知学生（如图2）。

因此，在讲解杯子的抽壳、倒圆角操作的数值设置影响壁厚、圆润性这一知识点时，可以巧妙地让学生进行个性化的设置，并在实物打印后进行最直观化的论证（如图3）。

3D打印技术将这些理论上的技术特性，通过实物打印展示来进行更加直观化的诠释，在激发学生探索热情的同时，立体化学生的思维。同时，我们也看到工程思维的发展过程，在3D打印技术出现之前，思维都是局限在图纸或设计师的脑海中。将3D打印技术与课堂教学相结合，某些难以理解的空间概念因被引入到“现实”世界中而变得更加具体、直观，进而启发学生的空间思维力。

● 3D打印，让创意亮出来

21世纪是创感的时代，要想在3D打印课堂教学中有效地培养学生的创造力，就需要教师转变教学模式，帮助学生破除思维定势，培养学生对事物的解构和重构能力。

1.基于模仿借鉴的创意

魔方被匈牙利工程师鲁比克发明之后，立即风靡世界，各地工厂竞相仿制，大量生产，以致滞销。而日本和德国的企业，在原有六面体三阶魔方的基础上，创造出了各种不同形状和玩法的魔方产品，增加了趣味性。因此，要有意识地提高学生的创新能力，教师可引导学生先从模仿开始。

案例3：台灯的设计（如图4）。

在学生创作好台灯后，教师可以先让学生欣赏一些添加了个性元素的台灯作品，然后再引导学生。

师：同学们，你们发现了什么不一样？

生1：这个台灯有我喜欢的豌豆侠。

生2：这个台灯还可以养植物。

师：同学们，当设计理念融入生活，作品是不是会更有意思呀？

学生七嘴八舌地议论，一个个跃跃欲试。

学生在模仿与借鉴的基础上，从生活实际出发，逐步实现创新与超越。笔者通过教学实践发现，一旦学生的创造欲被激发，教学效果就会十分明显。例如，在关键词为“桌椅”的作品设计中，学生们创意四射（如下页图5），设计的作品有“学习生活中的课桌椅”“添加PAD放置功能的床上电脑桌”“体验舒适度，迎合人体曲线设计，并自带电扇功能的客厅四件套”等。

2.基于问题解决的创新

创新要求学生跳出传统思维的框架，建立新的思维方法。例如，我们很难想到如何将饼干放置在杯子里，在喝咖啡的同时能够方便地享用饼干。这种杯子的设计，借鉴了抽屉的构造，并巧妙地将杯子与抽屉结合起来（如下页图6右图）。因此，教师可以在蕴含“思维”的3D打印技术课程中使用以下设计思路：提出探究问题（从真实的生活体验出发）→分析问题（设计蓝图，构建新颖的独创性想法）→解决问题（经验、技术整合形成创意，创造出有社会价值的作品）。

（1）创设现实情境

教师要善于把问题带入到学生的生活情境中，激起他们探究问题的欲望，引导他们从生活背景出发探究问题。例如，下雨天，我们会有一手拿书，一手拿饮料和雨伞，手忙脚乱的经历；生活中，洗完的高脚杯总会留有少量的水在杯底；过生日时，总是会发现寿星一会儿切蛋糕，一会儿夹蛋糕，忙乱不堪；等等。

（2）探索解决方案

激发起学生的求知欲、好奇心后，教师可启发、诱导学生从不同的角度用不同的方法主动探索问题解决的方案。例如，教师可以展现设计有饮料托的雨伞，并利用星巴克“新奇杯”（如图6），讲解功能叠加法，帮助学生实现认知迁移，引导学生找到问题解决的有效方法。

（3）设计创意产品

在教学中，教师还应将创新与生活结合，在解决问题过程中培养学生的创新思维。例如，笔者所设计的“我是小创客”环节，不仅能够帮助学生学会三维建模软件的使用，还能基于问题解决，设计出3D作品模型（如图7），并通过3D作品的创作，对现有事物进行重新诠释与突破。

● 结语

3D教学不仅能够教会学生使用技术工具，还能为学生开辟创新思维的新领域。学生从设计、制作、展示、参与等环节融入到学习过程，并在新资源、新工具、新环境、新平台中提高动手及参与能力。

参考文献：

[1]盛群力.学与教的新方式[M].杭州：浙江教育出版社，2015，6.

[2]（美）胡迪·利普森，梅尔芭·库曼.3D打印：从想象到现实[M].北京：中信出版社，2013.

[3]郑燕林.美国高校实施创客教育的路径分析[J].开放教育研究，2015（3）.

[4]王美，王良辉，刘中晓，等.基于3D打印技术的特色课程研究——以“3D打印创意工作室”课程为例[J].现代教育技术，2015（8）.endprint