管端梅   江苏省海安市信息技术教师，海安市教坛新秀，从事信息技术工作八年多，主持课题“3D打印技术对农村小学生创新能力培养的研究”，执教多节公开课，多篇课例、论文在市级比赛中获奖。

课例特色
 

STEM教育旨在培养未来卓越担当人才，依赖于情感和思维交互的创造力，兼容不同学科和领域知识，激发学生专业层次的筹划型实体思维。手机已成为日常生活必不可少的物品，而手机支架能够让手机使用更加方便。设计一个实用又好看的手机支架，是情感价值的体现。基于STEM课程设计的理念、PBL教学设计理论，结合笔者在海安市实验小学对STEM课程的实践情况，本课题以“设计手机支架”为小的切入点，以“调查—探索”循环、“设计—再设计”循环为理论支撑，提升了学生的学习兴趣，激发了学生的创造潜能。
 

教学目标
 

1.让学生在此过程中能够对设计流程和规范有初步体验。
 

2.引导学生关注手机支架使用者的用户体验，提升用户体验质量。
 

3.从二维到三维，使学生虚无的想法、创意变成看得见的实体。
 

4.使学生在想象与创造的空间里实现飞一般的成长。  
 

教学重点与难点
 

教学重点 创新设计手机支架造型，实现多想法多用途的融合。
 

教学难点 在Autodesk 123D Design中，使用相应指令完成建模设计。
 

教学过程

一、情境导入
 

1.提出问题
 

教师引导学生回忆现有手机支架的优缺点并进行对比，为接下来的作品设计埋下了一颗种子，然后通过一些外界因素来让这颗种子发芽。
 

2.师生角色扮演
 

教师当设计公司的老板，接到一个大额订单，让全班学生担任设计师来设计一个独一无二限量版的手机支架，从实用性、便携性、外观和使用材质考虑，采纳的设计师将获得丰厚的回报。学生容易接受这样的情境，积极动手设计。
 

3.教师课中及时介入
 

手机支架为什么能支撑手机？是怎样的原理？教师事先调查和查阅资料，向学生介绍设计的原理，对学生设计过程中发现的问题及时指导和分析，修补和改进学生原有知识结构，引导学生像设计师一样思考，完成设计的第一步。
 

二、想法成形
 

学生通过头脑风暴快速产生大量的点子，形成最终方案。学生的作品设计分为两种类型：颜值型和功能型。学生设计的侧重点不同，所呈现的手机支架的总体结构必然有所区别。颜值型的支架更注重外观的设计，在实现基本功能的基础上，外观上的设计更胜一筹，如图1。

功能型的设计者在手机支架上大做文章，在支架附属功能方面（如图2），让手机支架越来越智能化和绿色化：安上CIGS薄膜太阳能芯片的太阳能电池板，有阳光就能充电；加上手电筒，变成随身携带的照明灯；加上自拍杆；加上无线感应智能快充，一放即充，方便快捷；设计成带镜子的小型钱包，让手机支架更生活化；设计四个杆子，多处调节最终能够达成想要的倾斜度；等等。

三、思维进阶
 

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。如何在建模软件中做出一模一样的作品呢？需要在建模软件里先画出平面草图、基本框架，再进行三维拉伸或扭曲。
 

根据学生的前期图纸建模，我们发现很多学生的设计都是分段式的，这时候学生会自主地把整体分解为多个部分，分批建模，最后组装。这也考验了学生整体数据统计和分析能力，虽然是一个小的项目，却也从各个角度和细节考验着学生的核心素养。学生会用笔在纸上记录数据，确保每个部分最后组装时能够契合。
 

整个项目需要一些时间，先是设想，然后下笔、修改。教师只是一个旁观者和适时的介入者，学生为主体，手机支架为主题，画画为技能，创意为主导，电脑操作为手段，建模软件为工具，学生收获的不仅仅是项目本身的真实反馈，更是自己内心和心智的真实质变。
 

四、3D建模
 

学生是天生的创造者，3D打印的设计软件很多，我们选用的是Autodesk 123D Design，界面简洁无冗余，操作也比较简单，适合小学生接受新事物的心理过程，满足了学生基础操作的需求。学生使用该软件容易上手，也容易产生共鸣。
 

画草图、拉伸、倒圆角、镜像、阵列、偏移曲线、扫掠、合并组合……因为学生设计的作品样式不同，形状不同，所需要的操作指令不尽相同。具体的体系，具体的目标，学生有章可循，才能做出好的作品。所以，教师要引导学生建立作品的框架，粗加工、深加工，再精雕细琢，将技术思维贯穿其中，以匠人之心做好每一件事。
 

基础框架搭好后（如图3），我们该如何像草图设计的那样做出类似或更好的作品呢？教师可引导学生加入工程设计的元素（如图4）。如有的学生添加了装杯子的圆孔，既能通过杯子等增加手机支架的重量，也能防止手机后翻；还有的学生给手机设计躺椅式的手机支架、笔筒式的手机支架等多功能的手机支架。教师鼓励学生多搭建模型，通过生活中的原材料来丰富模型，把作品做得更细致完善。

教学反思
 

3D建模是作品呈现最重要的环节，尺寸是否匹配各种类型的手机，每个设计区域的尺寸是否贴合设计需要，能不能真正固定住手机，这些问题一直考验着学生的思维。设计得再好看、再精致，会不会华而不实？最终手机支架的作用能不能体现出来，会不会最终沦为装饰品，比如笔筒或玩具呢？
 

学生通过切片软件Cura，转换成3D打印机能够真正识别和执行的数据文件，更重要的是对自己作品进行最终的修饰。有些学生建模时没有考虑打印机能够打印的实际长宽高，所以需要在切片软件中进行相应的缩放和参数设置，这一部分显得尤其重要。但是在这个项目中，我更多地关注了学生作品的设计样式和新颖度，对作品尺寸关注得不多，导致学生最后不能成功地打印成品，要么太小，要么太大，需要进行二次修改和多次微调。
 

教学点评
 

盖教育云者，固授人以学识、技能而使之能生存于世界也。仅以讲求实用之知能者为限，亦犹实业教育也。PBL学习运用复杂、真实的生活项目，同时又与课程内容紧密相关，是促进和提供学习经验的一种教学方法。3D打印作为智慧教育时代推动教育改革的重要利器进入小学生的课堂，如何开展活动，如何让学生在项目化学习中得到能力培养和提升，开辟个性化学习空间，丰富课堂学习样态，拓展创新智造形式，是我们一线教师应该思考的问题。期待3D打印技术通过教育体现其作用，提升其价值，希望本研究能为今后的课程建设与研究提供一些小小的借鉴。（点评人：佘友军，江苏省南通市学科带头人，信息化教学领军人物）