创客校本课程3D建模“教、学、做、赛”的教学实践与研究

杨宇欢

【摘要】将STEM教育模式引入到校本课程《3D建模实践教学》，培养学生创客思维，引导学生以创作作品原型为目标，实现多学科知识整合运用，让学生运用3D建模技术体验作品创作过程。

【关键词】创客教育;3D建模;3DSMAX教学

3D打印，作为新一轮工业革命的代表技术之一，近几年来受到人们的追捧和支持。国内陆续有不少中小学校在第二课堂中也开展3D打印课程相关的教育活动。然而，3D打印的核心在于学会“建模”。 本课题项目从实际教学情况的需要出发，分析目前创客3D建模课程开设情况及教学现状，以中小学电脑制作活动竞赛参赛作品《便携式多功能蓝牙音箱》为例，见微知著，结合笔者教学的体验，探索一套运用3DSMAX软件建模课程行之有效的教学方法。

一、3D建模实践教学现状分析及教学方法的理论基础

（一）教学课程设置及授课不规范。学校的3D建模的教师资源少，一般仅限于美术专业或信息技术专业的教师，若其他专业的教师授课，教学的思维和内容会有很大差别。甚至有些学校直接聘请校外机构的专业教师授课，导致对教学内容和教学方式难以把握，从而影响教学效果。

（二）3D建模软件及硬件选择误区。目前流行的3D建模软件种类繁多，对计算机硬件配置要求甚高，而学校的设备往往几年才更换一批次。因此，容易导致绘图卡顿情况，从而影响教学。再者，对于选择何种3D建模软件的问题上，较难有统一的标准，例如国产的3D建模软件操作简单直观，做到了“所见即所得”，但对一些复杂的结构却做不出来，且收费高昂。

（三）教学目标不明确，导致教学内容的操作性不强。不少教师将所有的操作命令逐个讲解完，举的实例远离生活，学生在课后自学探索阶段或面对电脑制作竞赛时才发现学的东西都派不上用场，只能重新学习。

（四）教学方式缺乏创新。创客教育的发展日新月异，教学的形式也应该多种多样，但个别教师，依然按照自己一贯的模式教学，停留在讲授为主形的课堂模式，使学生的动手机会减少甚至没有，学生的积极性被打击。

二、对3D建模课程教学“边学边教”探索的建议

（一）建模软件选择。3D建模软件种类繁多，建议选择3DSMAX （2011版）作为常规教学软件，该软件具有建模功能强大、兼容性强等优点，硬件配置容易实现，能最大程度满足教学需求。

（二）灵活教学法。是指根据学生的认知水平和知识基础不断改善和更新的教学方式。由于学生个体的计算机水平差异性和意识的多元化。除了统一讲授外，一方面需要教师因材施教，采用学生更易接受的课堂教学方式，另一方面需要个别辅导，了解到学生的个性差异，随时改变策略，从而更有效地实现教学目标。

（三）趣味教学法。是将学生感兴趣的事物与3D建模技术联系起来，如面对课室内学生坐的凳子，便抛出问题让大家讨论凳子的结构，让学生在兴趣的引领下掌握操作命令的方法，同时形成良好的师生课堂互动效果，授予学习更多的知识。

（四）项目教学法。3DSMAX教学是课堂讲解、操作演示、与学生动手制作相结合的课堂形式，学习3DSMAX建模的目的是将3D操作技能应用于实际项目中，教师可根据某次电脑制作活动竞赛要求，在教学时引导学生进入设计的情境，激发学生的兴趣，完成实际项目，增加成就感。

（五）多手段教学法。利用3DSMAX学习建模是一门实践性和理论性很强的课程，在教学过程中，除了采用常规的讲授法、演示法、个体差异辅导等方法外，还需要积极探索和改进教学方法和手段。要科学、合理地运用现代媒介和科技手段，如电子教室、远程协助、钉钉网上教学，开设论坛或微信讨论组等，增加教学过程的互动性，从而达到更好的教学效果。教师备课时可以先制作微课视频或多媒体课件、准备素材库等教学资源，与学生共享，以帮助学生自主学习。

三、“以赛促学”分步导练应用实例

對于利用3DSMAX建模技能的学习，课堂评价是不可或缺的，课堂评价反过来能够促进学习的有效进行。根据认知心理学，我们知道学习就是将外在事物的关系化为学习者本身的认知结构的过程。因此，在创客教学中开展多元评价模式，将更有效发挥评价的激励作用，同时提升“教与学”的层次。比如，教师将竞赛引入课堂环节，既可以提高学生参与活动的积极性，又能及时评价学生的创意思维和学生建模的技术水平，教育学生在竞赛过程中要守纪律、守规则、培养创客信息素养及良好的精神品质。（参见 图1）

（一）作品立项。对于学生创客而言，提出合理的作品设计，是作品最终顺利制作的前提和保证。笔者认为，作品选题需具有开放性和灵活性，一般应从学生日常生活、学习用品或简易工业产品中选取，发挥想象力，发明或对原有的产品进行改良或创新设计。设计时应充分考虑产品的设计难度、制作周期、应用性等，创客课堂应给予3D建模的设计环境、设备及耗材方面的支持。本文以“设计并制作一款便携式多功能蓝牙音箱”为题加以论述。（参见 图2）

（二）作品设计调研。在设计之前，引导学生通过问卷调查进行作品应用分析，通过分析，找出同类产品的共同特性，然后吸取优点，摒弃缺点，掌握大众对该产品创新点的需求。结合本文案例，蓝牙音箱是生活中经常见到的电子产品，可以连接智能设备，对声音进行外放，产品形式也已非常成熟，设计应围绕使用对象的特点展开。创新点突出“多功能”及“便携式”。另外，作品也力求创新，兼顾安全性和便捷性，包括：电池续航能力、多模式调节、操作方式简单等，解决无法固定手机，声音质量欠佳等问题。

（三）作品设计分析。在作品设计阶段，围绕作品的使用方式和使用环境，引导学生进行需求功能分析、功能和环境要求设计关系分析等，并结合前期调研结果，一款颜色酷炫、拥有蓝牙功能和高保真音质，支持红外远程遥控、方便携带，可以固定手机和平板电脑，电池续航时间长，兼具充电防反接功能的“便携式蓝牙音箱”产品创意确定了下来。

（四）作品3D建模及打印制作。作品3D建模前，将需要的配件准备充分（即：电池12V/7500mAh;3寸8欧喇叭;M2.5，M3螺丝螺母;顶盖螺丝遮羞帽;孔径8mm复位开关;蓝牙主板;DC直流电源充电座;LED自锁开关）。建模中，先利用数码卡尺将实物尺寸多次测量以保精确;再利用3D打印机对3D建模作品进行打印;制作时，围绕作品各零部件的结构特点，结合精度要求、表面质量要求、考虑支撑材料后处理复杂度等，指导学生进行3D工艺选型，设置合理的打印参数，如调整物体位置、填充密度、分层厚度、打印速度等。（参见 图 3）

四、结语

本文提出的“边做边学、边学边教、以赛促学”的教学方法，将STEM教育模式及创客教育理念引入到3D打印建模课堂教学中，首先培育学生的创客创新精神，使学生在学习过程中敢于提出问题，发散思维，有效培养和提升信息的运用能力及创新精神，进一步激发“造物”的愿望;其次，在教学过程中融入作品的设计学、机械设计基础、基本电路知识、3D打印等相关知识，让学生在创作产品的过程中，体验多学科知识交叉应用，有助于提高学生的综合实践能力;再者，通过竞赛平台，让学生利用3D打印技术体验作品创作的完整过程，从而引导学生建立编程的思维，帮助学生由“创客”到“设计师”的角色转变。

【本文系东莞市教育科研"十三五"规划2019年度课题“初中人工智能创客教育校本课的建设与实施试行方案”成果（课题编号：2019GH119）】

【参考文献】

[1]王琦.《3dsMax9大风暴》.北京：人民邮电出版社2007.8  P278-P300

[2]宋闯.《3D打印建模·打印·上色实现与技巧—3ds Max篇 第二2版》.北京：机械工业出版社2019.11 P56-P60

[3]钟平福.《3D打印入门及案例详解》.北京：化学工业出版社.2019.4 P28-P40

[4]曹茂鹏.《3dsMax2012效果图制作完全自学手册》.北京：北京希望电子出版社.2011.3 P33-P50