EDIPT设计思维在小学3D打印教学中的实践探索

陈大楠 安徽省阜阳市颍州区鼓楼中心校

目前的中小学3D打印课程普遍存在以下几个问题：3D课程基本是以“3D打印概述”“3D软件的基本操作”“对模型范例进行模仿制作的学习”等内容构成，教师普遍重视3D建模软件技术性知识的教学，与开展3D课程的核心目标“培养学生创新意识和创造能力，批判性思维和解决现实问题的能力”有一定差距。因此，本研究着重对一线教师开展3D打印课程创新教学方式进行探索，并基于EDIPT设计思维教学模式对学生创新意识和创造能力的培养进行探索。

● EDIPT模型及3D打印教学方式分析

1.EDIPT模型

EDIPT模型是由斯坦福设计学院（D.School）提出的设计思维模型（如图1），主要包括同理心、定义、构想、原型和测试五个阶段。同理心阶段要求设计者站在使用者的角度考虑需求；定义阶段是对搜集到的信息进行加工筛选，定义出具体可操作的问题；构想阶段根据定义的问题提出多角度的解决方法，通过讨论，对问题进行比较、修正，形成最佳方案；原型阶段根据解决方案制作简单的具有相关功能的原型作品；测试阶段对原型进行测试和优化（或对作品进行实际应用设想讨论），经过多轮迭代最终形成更科学、完善的作品方案。

图1

2.基于设计思维的3D打印教学模型

围绕EDIPT模型的五个阶段，笔者设计了学习流程图，如下页图2所示。学生通过体验设计师行为过程，慢慢理解和形成设计思维，提高创新设计的能力。

图2

● 项目案例

1.项目选题

教师引导学生围绕主题选取题材（以《分体式订书机》作品为研究案例），并完成创意设计单（如下页图3）。

图3

2.收集资料

学生在接到主题任务后，往往无从下手或思路很窄，选取的方案往往脱离实际应用。因此，教师要引导学生先根据主题内容对生活和学习场景进行观察，确定生活中有待改善的地方，通过观察、倾听、访谈、网上搜索、请教专家、同学讨论等方式收集信息，并对其可行性进行分析和思考，然后通过召开团队项目讨论会（基础水平好、语言表达能力强的学生对团队确定的生活需改善的应用场景进行描述），其他学生根据自己收集的信息进行互动讨论，经过几轮的项目研讨，初步确定对日常使用的订书机进行优化改进。

3.设计构思

（1）定义问题。学生发现，无论是正常尺寸的订书机，还是学生使用的小型订书机，在资料的边角和侧面都能正常装订，可是在遇到纸张比较大，需从中间进行装订时往往无法完成，因此，教师引导学生带着寻找一种更方便、更有效的订书机的想法，通过网络或请教专家等方式多途径收集解决方案。经调查，市场上大部分日常订书机都不能解决这类问题，个别订书机采用压钉部件旋转的方式来进行解决，但对于学生来说机身尺寸偏大，不易携带，而且装订方向单一。因此，教师引导学生站在应用者角度，提炼出作品方案要满足的功能：①可以在纸张中间装订。②在尺寸、配色、携带等方面满足学生的日常使用需求。

（2）创想构思。学生根据定义的问题，设计出方案一的草图（如图4）。学生对该方案进行再次讨论后发现，方案一虽然缩小了尺寸，满足装订纸张中间的要求，但并不能完美解决此类问题。于是，学生提出磁吸概念，对方案一进行修正，最终形成方案二的设计草图（如图5）。

图4

图5

4.原型实现

学生根据方案草图，运用3Done三维设计软件绘图、拉伸、抽壳、圆角等技术进行模型设计。在利用三维设计软件制作出模型后，引导学生进行产品渲染以及3D打印实物，最终设计出分体式订书原型机（如图6）。作品采用上下分体磁吸结构，适合各种纸张装订；订书机整体小巧方便携带；外观整体方形，边角圆角处理遵循“天圆地方”的理念；“上绿下黄”配色方案，体现大地与自然的和谐。

图6

5.优化与评价

测试优化阶段可以由两种方式呈现：①通过应用场景测试对作品进行迭代优化。②通过产品发布会的方式进行模型演讲介绍，邀请相关专家、教师及学生进行项目式研讨，对作品进行优化和评价。例如，方案二的作品通过项目研讨会的方式展开，会上专家提出：“作品的功能演示视频初具广告级的水平，但在装订功能演示上，上方部件是倾斜式下压，不符合结构原理。”根据这个问题，学生经过几天的探究，根据部件工程结构原理，最终修改成平行下压结构组件。不仅如此，笔者还鼓励学生根据设想动手制作出作品的升级版。

6.研究成果（略）

● 实践效果分析

通过对EDIPT教学模式和设计思维的实践研究，学生的3D设计能力有了显著提升，而且表现出更多的自主设计的激情和行动。

1.提升学生创新思维能力

笔者认为，所有的创新性、开放性想法基础都来源于收集到足够多的信息，因此需重点培养学生收集和处理信息的能力。在接到任务后，学生通过对信息的处理而产生的各种创意想法，不同于之前的“四目相对，鸦雀无声”。笔者对学生创新思维能力提升的训练取得了一定的效果。

2.鼓励独特性思维，树立学生自信心

发散思维的最高目标是具有思维独特性，其对于相关作品的设计以及问题的解决，都具有非常重要的价值。笔者在学生收集到足够多的信息资料后，引导小组成员提出解决方案，同时，鼓励其他学生大胆质疑，发表个人意见。笔者在作品思路、方案优化等环节对学生的独特性想法进行鼓励，为不同层次的学生创造获得成功的机会，学生的自信心显著提升。

3.完善作品原型，培养思维缜密性

在设计方案描述时，教师应关注学生的设计思维是否周密，鼓励学生揣摩设计细节，特别是针对作品的外形方案设计。例如，在确定作品外形方案时，笔者鼓励一位学生大胆说出自己的想法：“方形的外观设计过于生硬，我建议进行圆边角设计，体现‘天圆地方’的中国传统文化理念。”在接下来的作品讨论会上，这位学生积极参与到小组互动中。在这种氛围下，每位学生都取长补短，思维全面性、细致性得到了提升。

4.推进学生主动反思，提高自身效能感

笔者把设计思维贯穿于每个环节中，鼓励学生大胆提出自己的设计想法，并引导学生主动对自己的方案进行反思，学生在学习成果不断形成和完善的过程中提高了自身效能感。