融计算思维 展 3D打印创意

融计算思维 展 3D打印创意

黄玲丽

浙江台州温岭市方城小学

【摘要】伴随信息化的快速发展,计算思维已成为信息时代每个人的必备素养，以此为目标在中小信息技术开设的3D打印课堂教学研究，已是重中之重。本文提出“创设情景，建立模型，形成思维；分解问题，项目学习，理清思维；创意物化，建立模型，巩固思维；纠错归纳，评价展示，沉淀思维”四条策略，旨在让学生完成探索、思考和操作实现的完整过程，为学生学习开辟一种全新的思维通道。

【关键词】3D打印；计算思维；

计算思维作为四大核心素养之一首次被列入信息技术学科教学的范畴，这标志这计算思维的培养将在中小学教学日程中占据重要地位。笔者结合学校开展的3D打印课程的教学工作，尝试让学生通过制作实例来融入计算思维，引导学生完成探索、思考和操作实现的完整过程，从而掌握计算机解决问题的方法。

【明道】厘清概念，确定方向

计算思维指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。具备计算思维的学生，在信息活动中能够采用计算机可以处理的方式界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织数据。这样的学生能够进行能力迁移，分解问题，探索找到解决问题的突破口，化抽象为具体，操作实现从而一步步解决实际问题。

计算思维是概念化的抽象思维，而非程序思维；计算思维是人的思维，而非机器的思维；计算思维是思想，而非人造品；计算思维与数学和工程思维互补和融合；计算思维面向所有的人，所有的领域；如同“读、写、算”一样，计算思维是一种基本技能。这样的基本技能能利用海量的数据来加快计算。这样的技能是选择合适的方式去陈述一个问题，或者是选择合适的方式对一个问题的相关方面建模 使其易于处理。它就是在不确定情况下的规划、学习和调度。这样的技能能有效解决生活中的各类事情。

有鉴于此，笔者结以《花瓶的设计与制作》为例，以3Done软件作为教学软件开展3D打印课堂教学，尝试在课例教学的研究中推动计算思维融入课堂。

【实践】项目推进，培养思维

一、形成思维：创设情景，建立主题

本节课的目标是学生运用已掌握的命令，设计制作花瓶。根据这一目标，笔者模拟妇女节妈妈收到一束花需要一个花瓶为情景，请大家设计一个花瓶来送给妈妈。选择这一学习主题原因有：1、花瓶的构造简单，便于学生从具体的物品抽象出物体的轮廓，便于多维度多角度抽象建模；2、简单的花瓶构造可以让学生有更大的想象空间，在老师的引导下后可以设计出比较有自己个性的花瓶，形成思维，从而掌握3D打印课程的切入口。

二、理清思维：分解问题，项目学习

计算思维可以将问题分解成我们知道怎样去解决的问题。经过分解后，这些问题才能够被解决，从而降低设计难度。

花瓶是一个立体的物品，第一步老师可以引导学生拆分花瓶：有的瓶子只有瓶体，有的瓶子有瓶体和瓶耳。第二步学生要运用自己的计算思维对自己的主题设计进行分解.瓶体和瓶耳是怎么用3D软件做出来，花瓶的特殊装饰是怎么实现的，这些都要想明白。第三步，学生依据自己原有的知识水平，操作技能，想一想有哪些方面是无法实现的，这些问题可以小组讨论，求助老师，可以进行头脑风暴再设计再调整。

三、巩固思维：创意物化，建立模型

计算思维促使创意形成后，学生要做的就是要用3D打印软件将创意物化，可视化，建立3D模型。这一环节不但是“做中学，学中做”这一理念的体现，也是学生计算思维初步形成，更是“steam”理念融合的关键。

首先瓶体的设计可以是多方法多维度完成的。这里瓶子可以通过四五个大小不一的圆上下摆放，通过“放样”形成。放样命令掌握熟练的学生就可以使用这个方法完成。同样的在这一个过程当中，学生的计算思维更能体现在对所画同心圆位置高低上，不同的高低，不同的大小都会造成成形作品的不一样。课堂上的学生有用到尺子来进行同心圆测量的，这样的操作使得模型的建立更加的符合实物的尺寸。

瓶体的设计也可以使用草图设计，绘制好截面的一半从而旋转而成。这个过程中大家要考虑瓶底的稳定性、瓶口直径、瓶子高度和他们之间的相互关系。学生可能设计好了草图，然而在下一步的操作中，发现瓶子的稳定性不可以，成型后的造型瓶底是尖头的，那么就需

要再设计、再计算，物化的过程在一次次头脑风暴和一次次调整、探索中逐步成立。

其次，有些学生设计的花瓶是有瓶耳的，对于瓶耳的设计会设计到圆环的使用，布尔运算等操作，还要考虑瓶耳的高度、粗细等。

最后，学生的设计是个性化的，也许瓶身上还有花纹，镂空等等(如右图)，这样就可能还需要用到浮雕、阵列等，这些设计与实施的过程都会伴随这信息的输入与输出，方案的不断调整与完善。让学生在讨论和不断摆弄的过程中，通过对比，学生会非常容易理解，并能合理利用找到自己的薄弱点。模型的建立过程中，抓住学习的重点，拓展思路，发展巩固计算思维，这才是学生学习的目的。

四、沉淀思维：纠错归纳，展示评价

创意物化后，学生计算思维能力已经初步形成了，却并不成熟和稳定，需要在教师的引导和任务支配下才能完成，这个时候可以借助纠错归纳、展示评价，巩固并沉淀思维。

花瓶制作中，有些学生再操作草图设计截面的时候，会碰到草图旋转出现问题，原因可能是绘制草图当中并没有使草图成一封闭平面，进而无法拉伸或者旋转。这个时候成型的设计就会是空心实体。可以通过展示学生作品，从而对比引导，进行归纳和纠错，不仅锻炼了自己的计算思维能力，而且进一步落实巩固知识。在运用放样的命令的时候，学生可能在建模过程中，发现成品出来是扭曲的，这个过程可能是选择放样面的方面发生了错误，那么就会让成品出现扭曲的状态了。我们计算思维就是在一次次不确定情况下的规划中、再学习和再调度中一步步得到了沉淀。

作品展示是对学生学习的一种肯定，既可以让学生在介绍过程中，重新梳理自己的知识，更可以在语言表达的过程中沉淀思维。这一环节是一堂课学习内容的升华总结，更是思维沉淀、知识巩固的关键。例如：在花瓶的设计与制作中，有位学生展示了自己的作品“是花瓶和手机支架的结合体”。这个作品结合了花盆和手机，它既可以插花，也可以作为手机支架。花瓶放在桌上欣赏的同时也提醒“手机一族”应注意科学用眼，多亲近大自然，看看绿色植物，因此设计了这个创意花瓶。

通过同学互评，教师评价，学生自评等多种评价方式，发现作品中的亮点和不足，在评价的过程中，思维再一次经历梳理，对照成功的案例，可以让学生进行纠错归纳，学生的思路就会更加开阔，创新意识得到再次刺激，也许会再次碰撞出新的火花，对学生的计算思维也会有更大的要求。

【感悟】以生为本，追求提升

3D 打印课程是信息技术课程的拓展，在不断的探索尝试中，3D打印课程不但给了学生不一样的体验，同时也让笔者看出了在教学环节种也有设计不当的地方，下面从以下几点谈谈教学的反思。

一、主题选择，贴近生活

主题的选择，情景的创设要贴近学生的生活。接触3D打印教学课程已经有3年左右时间了，发现创设符合学生生活的情景更能激发学生的学习兴趣，更能培养学生的计算思维。所以在明确了教学目标，老师定下的主题必须要和学生生活紧密相连，最好来源于实际生活，不是纯粹的为了技术而学，而是因为需要，我们才去研究、尝试、探索，更能驱动学生用计算思维来解决问题。

二、培养思维，由点带面

计算机解决问题的过程和人类解决问题的过程最大的区别在于，人类有大量的包含个人禁言在内的隐形知识，而计算机解决问题时，要求有清晰的问题定义和描述，通过对问题的层层抽象，将学生的隐形知识显性化，思维过程可视化，不断对计算机思维能力进行强化和训练，思维能力才能得到提升。

在3D打印课程教学中，笔者认为对学生的指导可以侧重在思维方法层面的指导。对于模型的建立，可以通过老师的引导从“抽象到具体，从创意到物化”，以计算思维为支撑，由点带面，从而完成探索、思考和操作实现的完整过程。

三、思维指导，方法先行

在对学生的指导上要侧重在思维方法的层面。分析与综合、推理(归纳与演绎)、和想象以及从抽象上升到具体等思维方法。这些思维方法的指导在学生实际演练中是非常重要的，也是计算思维养成的必要基础。在3D打印课堂中，笔者认为对学生的指导可以有意识的放在思维方法上，这样对培养学生解决问题的能力会有很大的帮助。

四、思维评价，因势利导

笔者认为对于计算思维教育的评价，主要体现在对学生学习过程的分析，这是一个动态的过程，并不是静态的，所以评价的形式要多样化，评价还要注重科学性、灵活性。更需要多种评价工具进行计算思维的系统性评价，这也是笔者在实际教学工作中的困惑与不足。

五、思维发展，以赛促学

计算思维在慢慢的渗入我们的生活，这更是一项任重而道远的工作，其中特别要关注学生养成解决问题能力的培养。在近几年的工作中，笔者本着发展计算思维的心，以赛促学，积极带领学生参加地区、市的各项科技比赛，包括3D 作品创新设计大赛、3D 打印创新设计、创客TED等等，分别取得了不错的成绩。在一次次的比赛中，学生接到比赛任务到比赛完成就是一次完整的探索、思考和操作实现的思维过程。以赛促学，计算思维得以发展，计算思维也正慢慢地成为我们学生的一项基本技能。

计算思维正在受到教育界的广泛关注和研究，我们设想将计算思维作为学科思维，并将其引入信息技术课教学实践当中，采用科学方法，建立数据模型，设计合理算法，构建思维模式，将计算思维渗透到教学过程中，有意识的培养学生用科学的方法解决身边问题的能力，这是一个探索的过程，也许会有很多细枝末节的不足之处，我们将在实践的过程中不断完善，总结出一套符合信息技术课特征，体现出学科价值的新思路。为促进信息技术学科良性发展做出努力。

参考文献：

[1]赵辉.让“计算思维”在 Scratch 实例教学中落地生根［J］.中国信息技术教育，2016（10）.

[2]周莹.3D 打印技术提升计算机建模教学的探究［J］.当代教育实践与教学研究，2017（5）.

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