基于STEAM的初中3D模型创意设计课程实践研究

潘唯一

【摘要】创新实验以及STEAM教育在教育领域得到不断发展和研究，3D打印作为一项极具创造力的技术，在中小学教育中的意义重大。对中小学而言，管理者希望能够通过该技术来达到教育目的。因此，本文主要从课程的设计背景、课程目标及活动的开展和分析来初步探索基于3D模型创意设计的拓展课程的开发与研究。

【关键字】3D模型设计;STEAM;课程设计

一、背景与概况

在第三次工业革命新浪潮影响下，3D打印等数字桌面制造工具成为全球各领域关注的焦点[1]。作为未来创新产业的趋势，3D打印技术不断深入各个领域，并发挥着无限的作用。

初中生的逻辑思维已逐渐形成，对很多事物仍保持着好奇心理，因此实践阶段是培养创新型思维和发散思维、逻辑思维的关键时期。本文旨在研究初中学校对3D创意设计学习的需求，研究初中3D模型创意设计课程的开发和设计，着眼于培养学生的个性化设计理念，结合STEAM教育理念，将3D模型创意设计课程化。

二、3D模型创意设计课程目标

1.三维建模知识与技能目标

课程着眼设计理念的培养，为不同思维方式的学生提供课程需求，如基于“加法艺术”的3D建模软件、基于“减法艺术”的3D二次建模方法、基于“扫描技术”的三维扫描方式，都可以实现多种模式的建模，实现学生的设计思想。

2.三维模型创意设计目标

学习小组通过建立一定的主题，自主探究实践创新，利用不同的学科知识，基于STEAM理念完成主题中所需环节的建模和设计创作，主题分成指定主题和创意主题两部分。课程最终目标是开放融合，提升学生各方面的素养。

三、3D模型创意设计课程实施

1.课程第一阶段：认识3D打印技术，形成三维概念

3D创意课程的对象主要是七年级、八年级的学生，课程的初始阶段就要从三维立体几何的角度来讲解3D打印的原理，掌握和体会3D打印可以涉及的领域和用途，为之后开展活动打下基础。

2.课程第二階段：扫描建模，加深三维物件立体成型的思维

案例：主题活动“给我最爱的玩具换个装”——让学生带来自己最喜欢的玩具，扫描得到模型后观察模型的三视图，并且进行二次建模。

学生要体会不同的扫描方式，观察扫描过程中光照的现象，学习光的反射原理。同时可以将抽象的三维物件具象化，从而更好地了解和掌握三视图的概念，从上、前、左三个面上掌握立体几何的概念，降低建模的难度。

3.课程第三阶段：科技小发明小制作，STEAM课程初探

学生掌握了的简单建模以后，思考并发现生活中的问题，通过考察、测量后勾画思维草图，最后利用3D建模实现自己的创意作品。

案例：学生发现长辈喝茶叶的时候取茶不便，而通过调查发现市面上有兜取茶叶的茶则，但其太大也多用于功夫茶。现思考利用3D建模来制作一个取茶叶的物件。

（1）设计取茶器

（2）测量数据

茶叶罐有方有圆，方形直接用尺子量就可以了，但圆形的怎么量取半径呢？

（3）3D建模及打印

这项活动让同学们从生活中发现问题并进行探究、修改，虽有瑕疵，但在过程中很好地发挥了学生的自主探究能力。

教师在过程中要不断地引导学生发现问题，找到解决问题的方法，在适当的时候提出改进意见和建议。

4.课程第四阶段：结合STEAM教育，将技术与学科进行融合，对学生进行深层次的培养

案例1：科学拓展课程“桥的承重与其外形和结构的关系”，学生通过实地调查、拍摄图片、查找资料、咨询专家等，经过讨论计算，确定最佳配比的桥梁结构，最后3D打印并撞击测试验证效果。

案例2：科学拓展课程“机械能”，通过学习机械能转化成动能的科学知识，利用3D建模完成小船的模型，并利用橡筋动力，带动小船在水上的运行。

结合STEAM教育开展的3D创意设计课程实践，区别于传统学科教学对模型的建模活动，可以快速地建构数字化模型，并能将学生所学的知识与技术进行深度的融合，在这个不断讨论、修正、完善的过程中，学生的大脑高速运转，不断碰撞出全新的思维火花，科学精神和探究能力不断得到历练和提升。

四、创新与小结

3D打印技术是第三次工业革命重要的技术，是未来技术发展的重要趋势之一，教育应当与时俱进。学校3D智慧创意课程的开设是基于STEAM教育理念，“虚拟构建+实物构建+内心想象”不断深化的过程，它不仅能够培养学生的知识综合应用能力，也能够帮助学生理解抽象的知识，最终提高学生的技术与设计素养。

【参考文献】

[1]孙江山，吴永和，任友群.3D打印教育创新：创客空间、创新实验室和STEAM[J].现代远程教育研究，2015（4）：96-102.

[2]王美，王良辉，刘中晓，陈渊渊.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）：120-125.

[3]罗军.3D打印3.0时代[M].北京：东方出版社，2015.