实体设计课程中培养学生创新能力的思考与实践 - 内容 - 徐汇教师网

实体设计课程中培养学生创新能力的思考与实践

作者(来源):上海市徐汇区青少年活动中心 胡晟    发布时间:2018-10-11

[摘要]当前学生的实体设计存在诸多问题,如校内教育时间短、师资团队力量匮乏;校外机构多为单一课程或者短期课程,提供单个项目的教学,只注重于操作。针对这些问题,笔者试图通过教学设计与课程建设探索,使实体设计成为“创新能力”培养的载体,并提出思考与改进措施

[关键词]实体设计 校外教育 三维建模 创新能力

 

一、背景与现状

    1、实体设计的重要性日益凸显

实体设计通俗地说即是我们常说的三维建模2006年开始,高中的劳动技术新课标中包含了CAXA实体设计的内容自此,实体设计正式进入中劳技课程。正是意识到现代工业的设计方式,已从手工绘制图纸逐渐转换为三维建模和电子图纸,教育部将实体设计排入到必学课程中。从2006年至今已经整整12年了,数字化的飞速发展使大量的数控机床、数控铣床等数字加工设备遍布工业制作的角角落落,掌握实体设计技术的重要性比12年前更甚

2、实体设计课程内容的校本化实施存在困难

在课程实施中,以前建议第三章课时为8课时,运用的设计环境是CAXA2007。时至今天,上海市要求使用Inventor2014版以上实际课时根据各校情况不同在8课时上下又略有浮动。在校内劳技课短短的8课时内是无法使学生完成从基本操作到自如运用的过程的。同时,校内的劳动技术课程通常由单一教师进行授课,师资力量薄弱,每年仅有几次市级劳动技术教研的机会能够与别的同行老师进行探讨交流,要基于本校实际情况校本化实施课程通常是心有余而力不足,要学生通过实体设计的方式来表现其创新的构想更是难上加难。

3、校外机构实体设计学习缺乏系统性

在校内实体设计课程不断改进优化的同时,社会力量办学也乐忠于发展实体设计课程由于3D打印技术的发展,打印成本大大下降,实体设计的作品现在不仅仅用于二维效果图的制作,更可以通过3D打印制作实体模型这种课程与技术结合的方式给学生带来更好的感官体验。但是在实施的过程中,基于高成本高投入的原因,考虑到快速回收成本,社会机构会采用短时快频的上课周期,以较短的课时,甚至一节课完成教学-3D打印全过程的方法进行教学学生知其然而不知其所以然,缺乏系统性学习是社会机构教学的一大重要问题。

二、思考与行动

    1、设计生活化的教学内容,激发学生主动思考

为了培养学生的创新能力,在教学设计上不仅要完成课标,还要与社会现状相结合,给与学生愿意学习的内容。实体设计是一门可以结合STEM教育方式的学科,有别于校内的主学科教育相对枯燥乏味,作为一门贴近生活和科技的课程,通过合理的选择教学素材、贴近学生的生活,将科技与生活相结合,这样才能激发学生的思维,脱离僵化的完成任务模式,而进入到思维活跃模式。学生通过自己分析、总结、对比,最终做出合理的判断,采取正确的方式完成任务。在我的课程中,有一节非常重要的课程,教授的知识点叫“拉伸”,即绘制一个二维平面形状,通过垂直重叠的方式,无数个这样的二维平面叠加生成一个三维形状例如矩形叠加生成长方体,圆形叠加生成圆柱体。一开始我使用的练习素材是金工制作中的一个常用零件,合理的选择截面后,绘制出截面的轮廓 ,然后使用“拉伸”工具就能完成建模但是学生并没有见过这个“常用”的金工零件,对他们来说是如此陌生,学生们只能机械呆板的看着图纸,根据尺寸绘制。后来我将练习素材改为了巴黎标志性建筑——凯旋门,即使没有去过巴黎,大家也都能认出这个著名建筑,作为全欧洲最大的凯旋门,它的形象牢牢印刻在学生们的心中,在对其进行建模的时候,同学们想的不仅是图纸上的尺寸,同时还会提出很多疑问,例如外侧的轮廓形状不该是直线,有棱角正面的浮雕该怎么处理侧面的门洞如何挖除等等。在这一过程中,他们通过自己的对比、思考和分析。他们依然做的是一节课程中简单的建模,但是他们的思维已经和原来不同,他们在思考“拉伸”这个功能到底是什么,这个功能该如何运用到实际建筑建模中,又在后续如何与别的功能结合等等问题。

2、提供开放性的自主设计命题,激活学生的想象力

对于实践性课程,实体设计在学生开放性命题的时候也需要一些技巧,我们需要给学生的命题提供足够的发挥空间,同时有给定一定的方向和基础,使学生更好更快地进入“创造”的角色中去。一般在一学期的课程结束后我们都会有一个“自主设计”板块,这个项目是希望通过2-4个课时的时间让学生融会贯通所学的所有知识,并且设计一个属于自己的产品或者物件。其实这个行为对于高中生来说要求并不是很高,但是我们得到的最终作品往往是男生们的手枪、坦克、飞机等等武器装备,或者是女生们的温馨小家、梳妆台、娃娃等。而他们在建模的过程中更多注重的是和生活中的物件相似性和真实,却忽略了“创新”的想法。无命题的开放式设计不是给了学生最大的自由度么?为什么与我们所想的结果相去甚远呢?可能是因为学生在多年应试教育模式下缺乏自主选择和创新的能力于是我们将命题改为“请设计下一代的手机”。结果出乎意料,几乎所有的同学设计出的手机都不相同,思维方式天马行空有的与腕表结合,有的与眼镜结合,有的给出了新一代的全息眼罩,两者结为一体更有的同学给出了新型手机的内部结构设计,通过简单的对手机模块的理解,给出了他所认为下一代科技发展后手机内部结构的合理调整。显然,同学们并不缺乏最新的科技信息与知识,也不缺乏想象力,并且他们有着很强的学习能力和理解能力,选择一个适合的命题去发挥他们的想象力正是我们教师在设计课程时需要深思熟虑的问题。

3、实体设计与3D打印结合,提升学生设计和产品研制应用的初步意识和能力

3D打印是当前最火热的技术之一,实体设计如果不和3D打印结合,那就浪费了他当前最重要也最有乐趣的属性之一。最初我们只拥有一台工业级的uPrint3D打印机,它的优势非常明显,高精度、可镂空等特性都是他称为工业级的特性。但与此同时,繁琐、缓慢的打印过程,一旦移动必须要厂商进行水平校准的问题,最后高昂的打印成本使他注定无法成为课程中可以使用的常规设备为此我们在实验室中采购了6台消费级3D打印机,快速、经济是它们的特性,我们可以在课程中穿插3D打印的内容,给优秀的作品提供机会,这会给同学们带来更多的动力。并且学生们也会从思考建模转变到思考建模是否真的适合打印,是否合理,从设计到生产的过程就像是实验室结论到市场化应用的过程,看似一步之遥,实则需要经过思考和推敲,这种思考也是培养学生能力的重要组成部分。

三、后续展望

“创造”这个词应该与“未来”这个词相结合,如果我们只是着眼于眼下,必不能创造未来,虚拟现实技术已经不是停留在实验室内的成果了,而VR产品中最重要的部分就是实体设计,如何结合Inventor与Unity3D的建模内容,使学生自己尝试创建一个VR场景是我们现在需要思考的重要课题,而这一小小的进步,又将是促进学生创新思维茁壮成长肥沃土壤。