指向设计思维培养的 3D建模课程教学模式探究

    马洪博 朱彩兰

    

    

    

    随着3D打印技术在社会的逐步升温，与其息息相关的3D建模技术也悄然走入中小学信息技术课堂。3D建模技术不仅关注模型的构建，还强调模型的设计，因此该技术在学生的创造力培养方面有其独特的优势。一线教师们看到了这一优势，并从教学内容、教学方法等方面对其展开了一系列的探索，但由于缺乏成熟教学模式的引导，这方面的探索难以突破瓶颈，学生的课堂作品依然形式单一、缺乏创意。为解决这一问题，本文拟从设计思维培养的视角出发，探索3D建模课程的教学模式。培养设计思维的目的指向创造，而3D建模课程的落脚点也是创造，因此二者的结合具有天然的可行性。

    ● 设计思维模型梳理

    自1987年设计思维这一概念被首次提出以来[1]，多位学者围绕设计思维模型展开了探索。其中，斯坦福大学的D.school模型和Brown的設计思维三阶段最为经典，其余模型可视为是在这两个模型上的调整与延伸。

    斯坦福大学设计学院主张将设计的过程视为创新性问题解决的过程，并将D.school模型分为共情、定义、设想、原型和测试五个步骤。[2]Brown则将设计思维看作是一个有着重叠空间的系统，并将设计思维分为灵感、构思和实施三个阶段，他认为在形成满意的作品之前可能会不止一次地重复这三个阶段。[3]对比这两种模型可以发现，D.school模型比较具体，能够详细反映环节之间的过渡与关联，在使用过程中方便随时调整，可操作性强。Brown的设计思维三阶段则比较宏观，能从整体上把控设计的进度，并且强调针对实际情况进行环节间的迭代，从而对整个设计过程起到更好的调控作用。

    综上所述，在构建指向设计思维的3D建模教学模式时，可以综合考虑上述两种模型的优势，这样既能从宏观层面指导整个教学流程的进行，又能将每个教学环节落到实处，达到可操作、易迁移的目的。

    ● 教学模式初步设计

    借鉴上述模型的优势，同时结合3D建模课程的特点，形成三阶段六环节的教学模式，具体流程如图1所示。

    其中，定义问题阶段包括接收任务、分析任务两个环节，主要是帮助学习者明确需要解决的具体问题，让学习者在此过程中对所要解决的问题形成较为清晰的认知，避免错误理解。构思阶段包括头脑风暴和讨论完善两个环节，即学习者通过思维导图、头脑风暴等形式形成解决问题的初步方案，然后通过小组之间的合作交流，不断完善方案，最终形成最优解决方案。本次实验中，授课对象是五年级的学生，其计算机操作还不熟练，因此构思阶段让学生在纸上绘制创意，辅助学生进行设计。实施阶段包含模型构建、分享评价两个环节，即通过快速原型的制作，让学习者将设想实体化、可视化，通过对作品的展示交流与评价，对问题形成更清晰的认知。

    ● 设计思维教学模式在3D建模课程中的实施及调整

    本研究在南京市某小学五年级的3D建模课堂中做了应用研究，共进行了六课时。为结合教学情况及时修正模型，本实验以两课时为一个阶段，当一个阶段的教学结束后，根据发现的问题做出相应调整后应用于下一阶段的教学。此外，每个课时都设置一个特定的课题，学生围绕该课题展开设计与建模，具体教学阶段及教学内容安排如表1所示。

    1.第一阶段教学

    第一阶段的教学按照上页图1所示的教学模式展开，以第一课时“创意手机支架设计”为例，主要教学流程如表2所示。

    （1）实施情况。在第一阶段的教学中，师生都处于新教学模式的适应阶段。总体而言，学生上课时的投入度很高，在纸上绘制构思方案时都能积极思考。虽然学生在设计与建模过程中遇到了一些问题，但最终都能制作出独一无二的作品，达到了预期的教学效果。

    （2）问题反馈。由于师生对教学模式还不熟悉，第一阶段的教学中出现了如下问题。其一，学生初次在信息技术课中进行创意设计，容易出现眼高手低的情况。学生在纸上设计的作品过于理想化，没有考虑技术基础，导致在建模时遇到障碍。在第二节课的头脑风暴环节，教师强调学生应结合自己的实际水平进行设计，所以眼高手低的情况得到了明显改善。其二，讨论完善环节开展困难，学生之间缺乏针对设计的有效交流。分析原因，学生是以个人为单位进行作品设计，没有意识到通过讨论可以帮助自己完善设计方案，因而更愿意沉浸在自己的设计中。因此，为促进学生之间的有效交流，后续教学需要完善讨论机制。

    2.第二阶段教学

    总结上一阶段的经验，将构思阶段的“头脑风暴”环节和“讨论完善”环节合并成一个“构思交流”环节，应用于第二阶段的教学。在课堂上，教师让学生两人一组共同设计作品，以保证学生在构思阶段能与同伴进行有效的沟通交流。以第四节课“多功能笔筒设计”为例，主要教学流程如下页表3所示。

    （1）实施情况。教学结束后我们发现，通过环节合并和两人一组进行设计，学生之间的交流明显增加，多数学生能够向组员说出自己的想法和建议。在构思交流环节，组员之间围绕共同的设计作品进行不断的讨论和完善，使得这一环节具备了明显的迭代特征。此外，在建模过程中，组员之间遇到问题共同讨论，咨询老师的频率明显减少。

    （2）问题反馈。第二阶段仍然发现了一些问题，概括如下。其一，构思交流环节看似简单，实则包含了“初步设计、交流讨论、完善方案”三个子步骤。由于这三个子步骤在同一个环节中进行，中间没有停顿与过渡，需要学生自己把控进度，这就导致了部分学生把握不准时间，无法在规定的时间内形成最优方案，并且小组之间的进度存在差异，教师难以将课堂向下推进。因此，在后续教学中，应将构思交流环节拆解为几个方便执行的小环节，以便在教师的组织下有序展开。其二，分享评价环节缺乏有效的评价量规。在前两个阶段的教学中，由于没有可供参考的评价指标，多数学生在评价作品时不知如何进行评价。这样一来，通过评价带给学生的知识就得不到应有的体现。因此，后续教学中需要有相应的作品评价表，让学生以此为依据进行评价。

    3.第三阶段教学

    根据第二阶段教学中发现的问题，将构思阶段的构思交流环节拆分为设计、交流、完善三个环节的迭代。授课过程中，环节之间的推进在教师的带领下完成，并按照实际情况控制迭代次数。修改后的教学模式如图2所示。

    此外，为帮助学习者更好地掌握所学知识，教师在第三阶段教学开始前，从评价内容和评价方式两方面出发设计课堂作品评价表，具体内容如表4所示。

    在本次实验中，先在课前向学生发放作品评价表。在分享评价环节，先让学生针对自己的作品进行评价，然后教师结合上一环节记录的学生建模情况，选取3个优秀作品进行广播展示，并让学生对展示作品进行评价。如果展示的作品是本人作品，则只需进行自我评价。

    第三阶段的教学按照修改后的教学模式进行设计，以第六节课“创意3D贺卡设计”为例，主要教学流程如下页表5所示。

    （1）实施情况。经过前两阶段的摸索，师生对这一教学模式逐渐熟悉。修改后的教学模式在使用中更加流畅，环节之间的切换更加自然。作品评价表的使用既能帮助学生检验知识点的掌握情况，又能帮助学生在他人的设计中收获灵感。

    （2）问题反馈。在教学任务的选择上，学生的设计结果受任务的影响比较大。在“创意印章设计”一课中，由于学生在生活中接触的印章并不多，所以学生在发挥创造力时会有局限，无法结合印章的使用来展开设计。因此，在设计教学任务时，应该注意结合学生的生活实际。

    ● 研究结论

    1.指向设计思维培养的教学模式能改善学生课堂作品单一的局面

    指向设计思维培养的教学模式在常规讲练式教学的基础上，增加了创意构思环节，学生能够针对特定主题展开设计。在这种教学模式下，学生的创造力得到了有效锻炼，并且改善了常规课堂中学生作品单一的局面。以第六课时“创意3D贺卡设计”为例，在课堂上，教师要求学生以父亲节为主题设计并制作出个性化的3D贺卡，贺卡中必须包含装饰花元素，其余元素可自行设计。根据任务要求，学生在贺卡的形状、文字、装饰物等方面展开创造，最终提交的作品各具特色。与常规教学模式相比，指向设计思维培养的教学模式在作品多样性方面有较大突破。

    2.生活问题为导向的任务更能激发学生的设计热情

    在本次实验过程中，“手机支架”“灯罩”“钟表”“多功能笔筒”和“3D贺卡”这五节课的教学效果及学生最终创造的作品在个性化、多样性等方面都明显好于“印章”一课。分析原因，印章在学生的生活中并不常见，而手机支架、钟表等却是学生常常能接触到的。因此，当设计任务与学生的生活实际息息相关时，更能激发学生的设计热情。

    3.半开放性的任务有利于新知识的学习与掌握

    在布置设计任务时，虽然任务的开放程度越高，学生的设计结果越多样，但是过于追求多样化的设计结果并不利于学生知识技能的习得。开放程度过高的任务会使学生将关注的焦点放在作品设计上，忽视所学的知识点。因此，为了保证学生掌握技能，应以半开放性的任务为主，规定最终设计的作品中必须包含的元素或者必须要使用的操作步骤，然后再让学生在其他方面展开想象。

    4.构思阶段根据学生的年龄特征灵活选择辅助设计方式

    构思阶段是指向设计思维培养的教学模式的重要一环，是设计思维内涵在教学中的直接体现。构思阶段的顺利展开，需要教师结合学生的年龄及认知发展特征提供辅助设计的手段。在本研究中，授课对象是小学五年级的学生，其计算机相关操作还不灵活，因此选择在纸上绘制创意的方式辅助设计。如果教学对象能灵活使用信息技术设备及软件，则可以借助思维导图、画图软件等方式辅助设计。

    参考文献：

    [1]王佑镁，郭静，宛平，等.设计思維：促进STEM教育与创客教育的深度融合[J].电化教育研究，2019，40（03）：34-41.

    [2]Carroll， M.， Goldman， S.， Britos， L. et al. Destination， Imagination and the Fires Within： Design Thinking in a Middle School Classroom [J].International Journal of Art & Design Education， 2010，29（01）：37-53.

    [3]Brown， T. Design Thinking [J].Harvard Business Review， 2008，33（06）：84-92.

    本文是江苏省教育信息化研究课题2018年度重点课题“基于电子教材的信息技术教学研究”（课题编号：20180001）的研究成果。