搭建一座从虚拟到现实的桥梁

张婷婷

2018年山东省初中信息技术教材（泰山版）修订，参照了高中信息技术课程标准的核心素养，即信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任。我撰写了初三上册第三单元《3D创意设计与呈现》的内容，在反复修正的过程中，对课程标准中所指出的核心素养有了更进一步的认识，现将课程编写过程中关于核心素养落实的一些思考在此分享与交流。

信息意识——培养3D设计的思维习惯

核心素养中的信息意识，是指个体对信息的敏感度和对信息价值的判断力。将信息意识落实到3D设计学习中，就是要让学生在生活中处处留心，养成一种3D设计的思维和习惯，让学生带着设计的意识重新审视周围这个熟悉又陌生的世界，并把这种意识、思维和习惯带入到今后的学习和工作中去。

信息意识的培养放在实际生活、生产中才更有意义。我在與学生学习设计“花瓶”案例时，为体验3D打印这种快速成型技术，进行了如下课程设计：课前，先给学生提供了一张传统工艺制作的陶瓷花瓶照片，请学生调查做这个花瓶的工序、时间、成本。学生通过调查了解到，传统陶瓷注浆工艺需要经过配料、加水、坯泥、注浆成型、干燥、烧制等一系列复杂过程，且建模时间长，建模成本高。学生回到课堂汇报交流后，我再和学生探讨使用3D设计软件打造花瓶模型的方法，学生通过学习，知晓软件建模的步骤只有两步：第一步，使用草图绘制的方法绘出平面草图；第二步，使用旋转成体的方法形成花瓶实体模型。课堂实施过程中，通过小组合作学习、分享交流，部分小组还拓展了特殊造型功能，制作出了形态各异、各有特色的花瓶模型。随后，我又借助Moodle平台，使用投票的方法，与学生一起评选出优胜作品。课后，我与优胜小组的学生一起，使用陶泥3D打印机将作品打印成型，并赠予该组学生作为奖励。

学生通过亲历一次数字化创造花瓶的过程，切身感受到了基于信息时代下的3D建模的优势：过程简化、成本小、时间短，且模型的设计更具个性化。学生领略到了3D快速成型技术的魅力，从小培养和造就了观察能力和3D设计意识等非常优秀的品质和习惯，也使得教育真正实现了“为孩子未来而教”的育人功能。

计算思维——用算法构建实体

计算思维是计算机科学领域的思想方法，是学科本质的体现，是形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。要培养学生的计算思维，需要学生有利用学科思想方法解决问题的经历。Scratch 3D利用面向青少年编程工具Scratch的交互方式来设计3D模型，以Scratch图形化积木编程方式，结合数学运算、直角坐标系与极坐标系、函数与方程等数学知识，融入逻辑控制、循环控制、变量和模块定义等主要编程思想，建立起数学知识、编程思想与3D设计之间的桥梁。

在实际教学中，当学生学会了使用一般3D设计软件制作“花瓶”模型后，教师可以借助Scratch 3D软件，让学生分析花瓶模型设计的内部成型原理，让学生理解“花瓶”模型的整个表面实际由两部分组成：花瓶的侧表面和花瓶的底面。花瓶实体其实是由处于不同维度的“面”围绕而成的“体”。花瓶的侧表面是由在xy平面内的三角函数y=3+sin（0.5x）（x取值范围0～4π），围绕x轴旋转而形成；花瓶的底面是由xy平面内一定大小的矩形，围绕x轴旋转而形成。

通过从算法、数学归纳的角度体会建模过程，让学生“知其然”并“知其所以然”，从而培养了学生的计算思维、编程能力以及空间设计能力。

数字化学习与创新——软件工具的选择使用

数字化学习与创新，是指个体通过评估并选用常见的数字化资源与工具，有效地管理学习过程与学习资源，创造性地解决问题，从而完成学习任务、形成创新作品的能力。如何做到让3D设计课程成为大班普适教学，让没有3D打印机的学校能开课，让3D设计零基础的教师边学边教，让所有的学生都能经历从无到有的数字化创造过程，并在此过程中提高互助、分享和创新意识，是3D设计课程在核心素养“数字化学习与创新”中的落脚点。因此，3D设计软件的选择使用，应包含以下三点：

第一，课程的架构必须建立在核心知识之上。3D建模软件种类繁多，开设3D课程的教师往往不知道选用哪个软件教学，使得教师对3D设计课程产生畏难情绪，课程资源少且得不到交流分享。解决课程的瓶颈问题，应归纳3D设计技术操作的共性，降低3D设计的技术门槛。3D设计的核心知识包含三点：一是基本实体的构造与搭建，二是基本实体分割与组合演算，三是草图的绘制与草图成型方式。让学生通过掌握这三个基本概念和规律，体会建模的通用操作，学习一般设计建模问题的方法，解决实际问题。

第二，模型的呈现方式多样化。3D设计不能拘泥于某款设计软件，同样，模型的呈现方式也不能拘泥于3D打印机打印这一种成体方法。我们提出了3D作品的另外两种呈现方式：一是利用软件将模型进行拆分，再通过激光切割机在板材上切割，最后拼插成型；二是利用软件将3D模型进行平面展开，再用普通纸张打印机打印到纸上，最后通过裁剪、折叠等手工操作，成为一件现实物品。多种作品呈现方式，使学生可以自主选择合适的设备呈现自己的3D创意作品，亲历二维和三维之间的灵活转换，真正体会“从无到有”的数字化“创造”过程。

第三，体现与多学科融合的STEM教育特点。当学生已掌握了3D设计的核心知识后，教师可以从拓宽设计思路入手，从学生的个性和兴趣引领，因材施教，融合数学、人文、艺术等多学科知识，激发更多的创新设计。例如，“打造一个虚拟3D的自己”所要达成的目标是，通过使用“六角大王”的3D人体建模方法，创建一个虚拟3D的自己，增强对3D设计的兴趣和向往，激发学生的学习热情。

信息社会责任——3D作品下载与分享的版权意识

判断一个人的信息社会责任，要看他在现实空间和虚拟空间的一系列信息活动中，是否遵守公共规范，是否能够有效维护个人和他人的合法权益等。

学习3D设计过程中，需要借鉴或引用他人作品时，教师应提醒学生尊重他人的设计成果，培养学生的知识产权意识。CC协议（Creative Commons，知识共享协议）也是一种知识产权保护方式，从教育的角度来说，应该多鼓励学生使用CC协议。例如，小李同学设计了一个3D风车笔筒，将其发布在3D模型网站自己的主页下，并按照CC协议的标准形式，引用了CC协议的“署名”协议。小王同学在网站上搜索模型时，发现了这个作品，想下载后打印出来，用于丰富自己的3D主题公园项目，那么小王同学在看见这一协议标示后，便可以放心下载使用小李同学的模型，并且无须专门与小李同学取得联系。而他也恪守约定，在模型的角落将小李同学的名字标出，并注明通过CC BY 4.0协议授权。假如当初小李同学签署的是付费协议，那么小王同学就应该遵从作者意愿，支付一定费用后才能下载使用。

总之，指向核心素养的3D教学，就是要避免单纯的知识传授和软件操作，而要将知识的产生和发展嵌入教学过程之中，帮助学生经历一个观察、发现、思考、绘制、建模、呈现、展示、分享的完整3D“造物”过程，使学生亲历一件作品“从无到有”的创作体验，在学生的思维中，搭建起一座从虚拟到现实的桥梁。

苍山点题

核心素养是继信息素养之后又一个具有旗帜意义的目标，是一种理想方向，也是一种实践指引，如何做到在时时处处培养学生的核心素养是每一个学科的共同教育责任。单就信息技术学科来讲，学科核心素养的培育也是需要在各领域进行落实的。

第一篇文章，从一线教研的角度审视核心素养的重要性，并结合了中国智慧去解读时代的变化与要求。其实，不论是新生代还是老传统，教育都是需要不断反思、总结和发展的，人才也是需要具备综合素养的。本文提出有大局观、真学问、好习惯是作为教研员面对新技术、新理念应具有的良好的教研素养，这对一线教师的研究又何尝不是一种金玉良言？

第二篇文章，从教材设计与教学实施的角度，从3D设计内容的总体设计、教学过程等角度对核心素养的落实进行详细地解读，虽然相应的学科核心素养目标并非都很完备，但是针对一个领域的学科核心素养的思考却一目了然，给我们很多在学科核心素养的实践上有困惑的教师一种启迪。

从这两篇文章中，我们还能够体会到一种精神，那就是要胸怀教育的未来，立足教学行动实践。希望一线教育工作者能够涌现更多的思考与行动，激励我们不断前行。