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[摘要]近年来，3D打印在教育领域已经成为一个热门话题。我校开发了3D打印创意设计课程。为进一步提高3D创意设计的教学成效，本文在教学实践中，合理利用逆向思维这个支点，采用“反其道而行之”的思维方式，激发学生的创意灵感和学习热情，培养学生的创新实践能力，使学生更加喜欢3D创意设计课程。
[关键词]逆向思维,3D创意设计
逆向思维起源于布鲁姆的教育目标分类学，他认为真正的学习目标是能够分析、综合和评价事实。逆向思维是建立在常规的正向思维基础上的，从其反面推敲解题策略，当我们用常规的思维方式没有办法解决问题时，可以尝试转换角度，采用逆向思维的方式，也许可以化难为易，使问题得到解决。敢于“反其道而思之”，让思维向对立面的方向发展，从问题的相反面深入地进行探索，树立新思想，创立新形象。
3D打印是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印方式来构造物体的技术。而3D创意设计课程是将3D打印与创新设计相结合，通过教会学生使用3D设计软件，在计算机上将自己头脑中的想法通过计算机软件描绘出来，并使用3D打印机快速地制造成实物来培养和拓展学生的独立创新思维，发展他们的想象力和创造力，将学生的创意变成现实，同时培养孩子的空间想象能力，逻辑思维能力，对尺寸的概念，简单几何知识等。让学生通过接触3D打印技术，在学习设计的过程中，来促进他们空间思维、计算思维和创新思维的发展，以及审美能力的提升。真正实现“让思维可见，让创意有形”的创新科技教育的目标。
在3D创意设计中，合理利用“逆向思维”的教学方式，也就是说学生一开始不是首先接受简单知识的教学，而是先迎接一个从未见过的3D创意设计挑战，在完成设计挑战的过程中会用到课本中的知识和事实,学生会根据需要主动去学习,然后教师再针对学生提出的疑难点进行指导。在这个逆向学习过程中学生自然而然地学会知识，实现有意义的学习。正如阿基米德说的：给我一个支点，我可以撬起地球。逆向思维这一教学方式，恰好就是3D创意设计课程的支点。
一、现状分析：3D创意设计的支点在哪里
3D创意设计课程教学存在三个常见的误区。首先，将3D创意设计课等同于3D打印课。一线教师在教学过程中，往往注重于模型打印，把课程重心放在如何将模型打印而不是通过对3D创意设计的学习来培养和拓展学生的独立创新思维，发展他们的想象力和创造力。其次，将3D创意设计课程变为软件学习课程。课堂教学以学习建模软件为主，这是3D创意设计课程教学中普遍存在的问题。教师以教会学生熟练掌握软件的使用方法为目的，学生依葫芦画瓢，按照教师的演示步骤或范例提示完成作品建模。通过模仿学生能够掌握建模软件的操作方法，但是学生并没有深层地理解设计和造物的内涵，当更换建模软件后学生通常会变得无从下手。然后，就是学生创新的养成习惯只在课堂学习。孩子们的奇思妙想往往都是从日常生活中发现，老师在课堂引导学生的思路，但真正发挥作用则在课后。
教师在进行3D创意设计教学时思路一般是先通过实例进行软件命令教学，然后是作品示例及学生创作作品。然而学生在进行作品创作时的过程大致经过创意构思、分析设计模型、具体制作、评价优化四个环节，其中第三个环节可以是模型到工具命令，而第二环节是工具命令到模型，两个环节看似是相反，但这两个环节却相差很多：在设计制作流程上讲，分析设计模型的逆向思维是作品制作的前期准备，如果分析不到位，后期的制作过程中将会出现问题甚至不能完成，在模型的设计与制作的正向思维是逆向思维的延续；从思维上讲，逆向思维是正向思维的优化与提升，只有在对常规操作掌握熟练之后，才能进一步思考，拓展思路。而学生学习过程中往往缺乏“反其道而行之”思维这个支点的运用和训练。
工具命令到模型是常规教学，为了学工具使用而学工具，学生在学习过程中不仅缺乏创新，学习热情不高，而且作品同质化严重。逆向思维设计教学活动，就是由原来的工具命令到模型到工具命令，也就是给出模型，然后思考可以用什么方法来完成，选用合适的工具命令来制作模型。在这一思考过程中，不同的学生会找到不同的角度和方法，既能拓展学生的思维空间，又可活跃课堂气氛，从而运用逆向思维这个支点撬动起学生的学习热情和创造力。
二、策略分析：逆向思维在3D创意设计教学中的探索实践
(一)以逆向思维为抓手——营造3D创意设计的互动氛围
首先教师应提前完成由知识传授型教师向创新型教师的转变。创新型教师必须具备逆向思维等发散思维的主动意识和能力，这是培养学生逆向思维的前提。一个循规蹈矩、思维僵化、没有一点创新意识的教师很难说能培养出创新意识很强的学生。所以教师应该积极提高自身素质，用最短的时间从知识传授型教师向创新型教师转变。
以3Done软件为例，课题“1的旋转舞蹈”，在进行“旋转”工具命令教学时，在进行完软件命令教学之后，学生知道草图(平面图形)通过旋转可以得到立体模型，同一个草图如果旋转轴在不同的位置可以形成不同的立体模型(如图1所示)，同样如果对旋转角度进行改变，还会得到更多的模型。
如果，先将模型出示给学生(如图2所示)，让学生分析思考，这是由什么草图图形旋转而来的、旋转轴在什么地方？进而同学之间可以进行互动探讨，各自行设计一个或几个模型然后让同学找出对应的草图和旋转轴，课堂研究学习气氛必然活跃。
在日常教学过程中，教师这样有意引导学生进行逆向思维的思考，相信学生学习的积极性会大增，同时其逆向思维能力也会逐渐提升。教师要鼓励学生打破常规思维，从独特的角度思考问题。打破学生被动接受知识的状况，鼓励逆向思考问题，当然也可以辅以其他激励措施加以引导。
(二)以逆向思维为路径，寻找3D创意设计的最优思路
在3D创意设计课程学习中，一个模型的完成有多种思路和方法，而对不同方法的探讨、择优的过程，就是一种思维优化的训练过程。如在制作立体五角星模型时，首先分析立体五角星的外形，逆向思考制作方法与思路，然后每一种方法都试一试，找到其中的优缺点，探讨最佳制作方法，如下面表格所示。
再如上面提到的画正五角星，常规思维是跟手绘五角星一样直接画直线组合成五角星，这样画很难画出一个正五角星。那么我们换个思路，分析得到五角星的五个角的顶点是围绕中心平均分布的，引导孩子还有什么图形也是这样的，答案是正五边形，先画正五边形确定五角星的五个角的顶点，然后把每个顶点两两相连。这样更容易画出标准的正五角星(如图3所示)。除了正5角星，其他星星还有花瓣形状是不是也可以这样处理呢？又给学生引出一系列探讨思考问题。
(三)以逆向思维为驱动，物化3D创意设计的创新能力
在文学创作中我们经常听到这样一句话“文学来源生活又高于生活”，我们的3D创意设计也离不开生活，通过观察生活中与主题相关的事物，能激发学生的设计灵感还能让学生体验到在我们的生活中设计的元素无处不在，让孩子们有机会去设计、去创造、去表达自己。运用逆向思维去探索实践更像是播下了一粒粒神奇的种子，呈现出精彩纷呈的世界。3D创意设计课程，深受孩子们的欢迎，同学们通过脑洞大开的创意想法，设计了很多有意思的作品。因此，3D创意设计设计不仅仅是电脑编程，更是关乎于成为一名有创造性思维的人，对未来社会更加有价值的人。对于中小学生来说，通过3D创意设计培养创新型思维，在教师的带动作用就像在土壤中撒下神奇的种子，这些种子按照自己的想法生长出来。每一个学生，每一分钟每一秒钟都诞生着不同的思路角度，催生不同的创意灵感。
例如：完美的茶壶，它的要求应该是多方面的，但以茶壶本身的立场来说，应首重其实用性，所以操作方便、外形美观且实用是茶壶最基本的条件。一把壶是否具有良好的实用性，可从是不是好握、重心是否能掌握得住、握把的大小是否适中、嘴流的出水是否顺畅、壶内会不会有残水的余留及茶壶是否有破裂或瑕疵等方面来加评判，让学生知道原来茶壶有这么多内涵和文化。就本次项目内容而言，由于茶壶是学生生活场景里最为常见的器具，教师就以此作为出发点，尝试引导学生观察自己使用的茶壶有几个部分组成，有什么特点，它的主要功能是什么，你见过什么样的茶壶，你喜欢什么样的茶壶(如图4所示)？通过生活化情境的设计，逆向思维训练，最大限度激发学生的创作欲望，促使学生积极主动参与到创作中。
教师组织学生借助头脑风暴等形式进行思维碰撞，引导学生围绕茶壶这个项目进行思考，并构思自己的作品，最终培养学生的创新能力。在这次教学中，就给学生准备了现有的茶壶样式，引导学生可以借助网络载体，对茶壶相关的文化、功能等进行挖掘和学习，并借助网购平台，对茶壶的风格、造型进行感知，进一步引导学生对生活中各种各样的茶壶进行仔细地观察。比如在材质上，茶壶还可以分为紫砂、陶瓷、玻璃、木头等；在外形上，常见的椭圆形、方形、仿物性外，还有植物、文字、装饰花纹等形态各异的造型样式等。接下来教师可以组织学生开始头脑风暴等形式的引导，通过学生自主的观察思考，构思明确项目作品造型样式，启发学生在茶壶最基本的实用功能的基础上，对茶壶的造型进行创新设计：有的学生造型上下功夫，创意十足，彰显独特的个性；有的学生在功能上进行创新，显示温度或提醒喝水等功能；还有的学生设计各种茶杯，跟茶壶配合相得益彰，拓宽了自己的眼界(如图5所示)。通过这样鼓励创新，可以提高学生学习的主动性，进而实现学生素养和能力的提升。
三、目标指向：放飞3D小创客的梦想
学校开设了以3D创意设计为主的多个创客项目，实践出真知，在项目式实践过程中大胆尝试逆向思维思考问题。在师生交流过程中教师将所有的内容设计为若干个活动项目，学生在一个个小项目活动中通过逆向思维形成新颖的创作思路，完成的模型设计已经不再局限于具体的模型制作，也不再是教师上课示例的简单重复，很多情况下能做出有创意、新颖、与众不同的作品。如学生设计指尖陀螺测距器(如图6)。
学生创意：平时观察，很多同学在玩指尖陀螺，但有一定的危险性，于是我就想能不能设计一个又好玩又可以用到学习中的东西。指尖陀螺测距器这个灵感就诞生了。既可以玩又可以测量距离，且不危险。测量距离的物体不一定是平面的，弯的、不规则的都可以，而且小巧随时可以拿出来玩和使用。
设计过程：在老师的指导下第一步先完成作品的模型设计。运用逆向思维考虑模型尺寸的大小、刻度的大小，以及手持是否方便。其中刻度主要运用了软件中“圆形阵列”，在制作另一面是运用了“镜像”。在制作中间手持黏合部分的时候为了能够更加牢固和易于拼接，在老师的建议下运用了榫卯结构，一个凸一个凹。
教师作用：提供技术指导和设备保障。通过在3D创意设计中逆向思维的培养，激发了学生的创意灵感和学习热情，使其更加喜欢3D创意设计课程。学生除了掌握基本工具使用方法和设计模型的方法外，无形中更锻炼了观察力、数字感知力和空间感，学生的整体创新意识、创新能力大大提升，创客教育的核心思想得到了充分体现。
基于逆向思维的3D创意设计课程教学，在融洽和谐的氛围中，鼓励学生积极思考、大胆交流、互相合作，在思维碰撞中解决问题，设计出多样化的作品。学生将充分体验到将想象，创意变为现实的过程，享受到一个特别的作品从无到有的过程，获得巨大的满足感和成就感。
参考文献：
[1]徐钦.基于逆向思维设计模型的3D打印教学研究[J].中国信息技术教育,2019(2):43-45.
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