基于3D创意设计的小学创客教育校本课程开发与探索

成果介绍

   创客作为近十年来发展起来的活动，其目的是把创意转变为现实。3D创意设计具有规模小、灵活度高等优点，与创客活动的初衷相契合，是学生创造产品过程中的重要前提，成为创客教育实现与推广的重要桥梁。目前不少3D打印生产厂商采用以3D创新教育一体化解决方案来推广3D打印技术，其方案囊括了设备、课程、师资培训等内容，这使得学校无需配备相关的专业教师，除3D打印机以外的硬件设备可借用现有的学生机房，解决了以往学校开展创客教育实践中的难题，可以让3D 创意设计在学校中得到最大化的应用及普及。

   但是，还存在有一些较为突出的问题：

   第一，虽然3D打印机厂商提供有3D设计软件，但是不见得就十分适应小学生的学习使用，还有些厂商提供的是试用版软件或在线版软件（必须连接互联网才能使用）。

   第二，厂商提供的课程只是一个供用户学习的教程，并没有提供相应的教学方法，还需教师学习教程并熟练使用软件后自己确定教学方法。

   (一)软件的选择

   目前，诸如AutoCAD、3Dsmax、Maya、Zbrush 等3D创意设计软件是大众较为熟知的，但都专业性强、操作复杂，不适合小学生掌握，学习难度较大。随着3D创意设计软件的发展，以123D Design、3DOne、Sketchup、中望3D为代表的轻量化、易操作、功能健全的3D创意设计进入中小学课堂。笔者经过试用学习，123D Design软件最为突出，软件分为32位和64位，便于各种硬件设备安装使用，其特点是免费开源，全中文图形化操作界面，并为用户提供多种方式生成3D模型，直接拖拽3D模型到工作台即可做移动、旋转、改变尺寸等编辑，随意合并、相减和相交，进行创意设计，不需要复杂的专业知识，任何人都可以轻松使用该软件，非常适合小学生使用。为此笔者选择了123D Design作为3D创意设计的教学软件。

   (二)3D创意设计在创客教育中的应用实践

   3D创意设计教学使用的教材大都是厂商提供或购买现成的教材、网上下载的教材，虽然也有一定的体系，但大都只是从软件的使用入手，并不能按照创客教育的思路编排教材。针对此现象，笔者一直在探索如何把创客们的新创意、新技术经过科学的转化引入到小学生创客教育课堂中，使其神秘性、趣味性、创新性变得简易化。为此，笔者在对比多个版本的教材后，自主开发了适合小学生学习的123D Design创意设计校本课程，并对小学创客教育3D创意设计校本课程的开发实践工作展开探究，以期满足不同学习水平学生的实际需求，提高教学效果。

   1.对学生的影响性分析

   3D创意设计可以给学生的“学习方式”带来新的思考，让抽象的教学概念更加容易理解，可以激发学生对科学、数学尤其是工程和设计创意的兴趣，带来实践与理论、知识与思维、现实与未来三方面的相互结合。具体表现为：

   (1)通过3D创意设计，让学生的想象更容易变成现实，有利于培养学生的创新意识，鼓励学生创新实践。

   (2)小学生正处于思想和意识的萌芽时期,抓住这一黄金时期强化小学生的空间观念,有助于发散他们的思维和空间想象力。学生通过学习运用3D设计软件，非常有利于发展学生立体空间思维。

   (3)选择贴近生活的设计主题，有利于培养学生观察生活、解决生活实际问题的能力。

   2.开发校本课程

   笔者从事小学信息技术教学近20年，开展3D创新设计教学也有近四年的时间，有丰富的小学教学经验。从最初的编程到开源电子、机器人教学等等，虽然学生受益匪浅，但大都停留在老师教、学生学的层面上。2018年3月，在开展3D创意设计教学过程中，笔者和学生一起共同学习，共同探讨，真正体验到创客教育的快乐，与学生一起发现问题，解决问题，分享快乐，达成让学生在“玩中做，做中学，学中创”的目的。教育的终极目标不是传授内容，而是培养方法，经过两年的3D创意设计教学，笔者总结出了一套3D创意设计校本课程。

   3.3D创意设计校本课程的定位

   第一，创新性。3D创意设计课程重在创新，注重培养学生在模仿中创新、思考中创新，在创新中成长；

   第二，课程融合。与其他科目相融合，比如数学中的交、并、集合、阵列等概念在课程中被广泛运用；

   第三，计算思维。本课程在解决问题的过程中与计算机科学领域联系紧密，应注重培养学生的计算思维，使学生养成以计算机处理问题的思维和方式来看待抽象问题，通过判断分析、草图绘制、数据计算、合理建模等一系列过程化繁为简，准确快速地解决相关问题。    

   第四，协作。突出以“实践、体验、探究”为基点的项目式学习方式，提高其创新精神和实践能力；课程中强调分组实验活动，培养学生的团队协作精神等。

   4. 3D创意设计校本课程的实际应用及成果

   通过3D创意设计校本课程2学年的学习，对3D创意设计社团成员的调查显示，20名学生中学习完前5节课后就基本掌握软件使用的学生有20名，并且学习兴趣日渐浓厚；课程全部学完20名学生都能基本掌握创意设计过程和制作过程。笔者有意识地弱化教师的讲述，转为以学生的自主探究和动手实践为主，每节课程只讲授一两个知识点，学生在观看教师的示范或自主探究学习微课后进行实操演练，遇到问题后先根据校本课程提示探究解决，再通过协作小组研究，最终向教师请教，这样逐步探究掌握校本课程的教学安排。运用这种教学方式开展3D创意设计教学，具有以下优点：第一，符合小学生的心理特点与学习状态——玩中做。第二，符合教学内容的需要——做中学。第三，有利于实施分层教学并激发学生的创作灵感——学中创。这样教学看似教师轻松了，实际操作中教师应掌握的知识量增加了很多倍，教师的应变能力也得到了锻炼。目前本课程已结束了两学年的社团学生实验，并与2020年3月开始在学校的信息技术课中推广使用。

推广应用情况

   1、3D创意设计校本课程的总体目标

   首先，发展学生的多学科融合的创新思维。学生使用3D创意设计软件——123D Design实现对物体的建模，通过缩放、相交、切割、布尔运算等操作观察物体的变化，培养学生动手操作能力和结合多个学科知识的融合，从而发展创新思维；其次，它极大地丰富学生的想象力。生活中的物体多为几何体，从3D创意设计的角度对其观察研究有助于养成科学的分析方法，在教师的实际案例引导下不断培养和增强学生的创新想象力。最后，课程的教学方式以学生自主探究学习、小组合作学习为主，突出基于项目式的创意学习方式，并加入分享创意设计环节。

   2、3D创意设计校本课程的推广

   目前该课程已在解放东路第一小学的信息技术课程中开展，每个年级5课时，由学校的三位信息技术教师共同推广此校本课程，由易到难，前5课时为软件的基本操作，第6至10课时为制作单体作品，第11至15课时为制作由多个单体作品拼合的复杂作品，从第16课时开始为基于项目式的创新作品，每个项目3课时。目前已开展两个学年的校本课程教学，学生学习的兴趣非常高涨。在2020年第二十一届全国中小学生电脑制作活动中，学生的3D创意设计作品上交6件，3件获得河南省三等奖，3件获得焦作市一等奖。在2021年第二十二届全国学生信息素养提升实践活动中，学生的3D创意设计作品上交10件，3件获得河南省二等奖，7件获得焦作市一等奖。2022年第二十三届全国学生信息素养提升实践活动中，由于受到疫情的影响，学生的3D创意设计作品上交6件，目前已全部进入焦作市的比赛中，希望取得好的的成绩。

学生作品：

获奖证书：