小学生三维建模能力培养的思考与实践

周娇蓉

【摘 要】建模能力作为信息技术课程中的一项重要内容，值得我们重视。三维建模是比较直观的一种建模方式，容易被小学生所接受。Paracraft三维动画和编程创作软件因其亲切度、丰富度、友好度，颇受学生喜爱。但从日常教学的反馈来看，学生的三维建模能力还有待提高。基于此，笔者以设计思维为理论依据，在了解学情的基础上，创设R·A·D·E·R五步骤学习模式，在正式建模阶段辅以问题支架，以此探究小学高段学生三维建模能力的培养。

【关键词】三维建模;设计思维;R·A·D·E·R模式;Paracraft

【中图分类号】G434  【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2022）02、03-111-04

随着创客教育、STEM教育等走入小学教育，3D打印也逐步深入到小学课堂中，作为拓展性课程或者项目化学习的辅助等多种形式存在。然而在长期的实践和学习中，笔者认为不管是从教学目标出发，还是从教学难点考虑，3D打印中最为核心的是三维建模。我们在教学中，要让学生明白三维建模的意义，以及能够从建模的角度出发完善作品，并通过该方法表达与交流。

探索三维建模教学新模式

通过文献整理与学习，关于3D打印在教学中的实践案例有很多，涉及的三维设计软件有SolidWorks、3ds Max、AutoCAD、Maya、Rhino、Autodesk 123D Design、Paracraft等。通过团队探究与学情分析，最终笔者在小学教学中，选用了Rhino作为三维设计竞赛练习软件，选用了Autodesk 123D Design、Paracraft作为拓展性课程练习软件。

1.Paracraft（帕拉卡）教学的优势

在教学中，Paracraft因其亲切度、丰富度、友好度，颇受学生喜爱。Paracraft采用方块来表达事物，对于学生而言，因其类似“我的世界”或乐高拼搭，因此亲切感油然而生。使用Paracraft中的3D方块可以创建各种三维模型，如飞机、机器人、过山车等，可以将学生的想象力充分展现，具有很强的丰富感。同时，它还是一款3D动画与编程创造软件，可以从三维模型友好过渡到程序设计，为后续的拓展性课程做好铺垫与衔接。因此，本文以Paracraft（帕拉卡）教学为例，探究小学高段学生三维建模能力的培养。

2.Paracraft（帕拉卡）教学的思考

尽管Paracraft教学存在诸多优势，但是从日常教学的反馈来看，学生的三维建模能力还有待提高。经过分析，主要是惯性因素导致：教师习惯于任务驱动，缺乏情境的创设，与生活的链接不足;学生习惯于“走一步算一步”，导致一遍遍地从头开始，消耗耐心，建模前缺乏全面的考虑;建模时“生活惯性”使然，难以转变为虚拟空间建模。

对此，笔者进行了整改，将R·A·D·E·R五步骤模式应用到Paracraft教学中，基于社会需求，在真实情境中辨析，从三维空间视向设计，再加之评价与复盘，形成一个完整的学习模式，培养其三维建模高阶能力。

建立三维建模教学新支架

设计思维是“以人为中心设计”的理解、观察、定义、构思、原型和测试的迭代过程。笔者以设计思维为理论依据，抓住设计思维教育的三大核心素养：系统思想、设计表现力、创新技巧，在学情的基础上，创设R·A·D·E·R五步骤学习模式。

1.R·A·D·E·R学习模式的内涵

真实（Real），指基于社会活动，搭建真实情境，解决实际问题。这个阶段贯穿始终，在情境创设、作品设计、评价总结等环节中如影随形，产生共情。

分析（Analysis），指基于科学思维，重新定义问题，探寻多条解决问题的方法，以保证合理性。这个阶段运行在定义、构思、实践等过程中，打破惯性。

视向（Direction），指基于系统思想，根据实际情况适时改变观察方向，从而在三维空间外显心智模型。

评价（Evaluate），指基于设计的表现力，激发视觉语言，强化表达与分享、理解与反思、联想与提高。

复盘（Replay），指基于目标监控，正视过程中的问题，为结果负责，同时也能更好地获得成长和总结方法论。

2.R·A·D·E·R学习模型和支架

我们鼓励学生在真实情境中，体验信息技术行业实践者真实的工作模式和思考方式。教师先营造真实的情境——建造泳池，然后以学生为主导，经历R·A·D·E·R五步骤学习过程，在正式建模阶段，辅以问题支架，帮助学生理解并逐渐深入（如图1所示）。

图1  R·A·D·E·R学习模型和问题支架

培养三维建模能力新高度

经过初期调查发现，61.7%的学生认为，建造泳池这项工作是难以完成的，因为建造泳池需要一群工人，他们拿着铁锹、水泥等各种工具与材料，热火朝天地干活，我们似乎时间、力气都不够;28.1%的学生提出系列问题，如建在学校里吗，面积多大呢，我们要增设体育课内容吗……10.2%的学生则暂时没有想法，认为不可能让自己去参与这项工作。

1.（R）真实情境：基于用户，迭代发生

现在我们将学生带入一个真实的情境中，试图激发10.2%的学生参与思考，同时纠正61.7%的学生的固有思维，更为重要的是让大家深入探究，让学习真实发生。

【泳池设计师】随着“双减”政策的实行，教育部鼓励学生们全面发展，尤其是加强体育锻炼。因此，学校预建造一个室外游泳池，现征集设计师，在三维空间先呈现效果图，为施工方指明方向。

通過分析以上的情境，学生会发现我们有一个任务——建造游泳池，但是存在两个用户——校方和施工方。鉴于有两个用户，除安全性这种统一标准外，至少还需要从实用性和易操作性两方面进行考虑，如泳池装饰物的复杂程度、向下挖掘的深度等。后续的分析、设计、评价等都会基于这个真实的情境，迭代发生，而非虚拟世界中的随意发挥、个性张扬。

2.（A）分析讨论：基于支架，细化探究

学生对游泳池并不陌生，但都仅限于使用，并未从设计建造的角度深度思考。因此，教师提供了一个简易的问题支架，帮助学生围绕主线探究，并逐步过渡到能够独立搭建问题支架。

首先学生根据支架中的核心问题进行讨论，如以我们目前的积累，能解决哪几个问题;对于未能解决的问题，需要提供怎样的帮助;除了这些问题，是否还有补充等，根据讨论结果，来制定设计方案，包括人员分工、已解决问题及解决方法、暂无法解决的问题及需要的帮助、生成的问题、拟实施步骤、设计图、各部分预计完成时间等。

【现场回顾】以“如何设定面积”这一核心问题为例，学生结合第二个核心问题“如何挖空凹陷”，分析得出目前这一核心问题指向的是泳池池底，也就是要先设计池底，池底一般是一个长方形。“美工”C同学快速在纸上绘制了池底的简易设计图，就是一个长方形;至于长和宽如何确定，他们选择去咨询数学老师，获得了比例的概念。当“技术员”Z同学在Paracraft中操作时，却无法实现，这时同学们感受到了二维平面与三维立体的区别，在三维空间，“长方形变成了梯形”。

通过上述过程，学生从一个核心问题已经细分成了三个问题，分别对应三个子任务，明确了池底的设计，习得了比例的概念，感知了二维和三维的区别。但是，生成的问题（二维空间的长方形，在三维空间真的变成梯形了吗）还需要进一步解决。

3.（D）视向调整：基于全局，模型外显

其实，池底就是一个长方形，呈现出梯形是跟我们的观察方向有关，教师引导学生去做个实验：利用手机扫描文件时，从不同的方向拍摄纸质教材，照片中的教材会呈现出不同的形状，然而纸质教材并未改变，从而体会三维和二维的区别，以及找到对应的视向。

学生發现，当手机摄像头和纸质教材平行时，可以更好地呈现出纸质教材的原始形状。那么，在Paracraft中可以让人物先飞到空中，再通过微调，然后俯视地面来实现。这样需要调整视向的情况还会陆续出现，以“绿化泳池”为例。

【现场回顾】有学生选择在泳池边种上树木，当把树木的正面绘制完成后，树木正面很茂盛，而背面却是秃的。学生很想把手伸过去，把树的背面也添上树叶，可是从正面看，秃的那边紧贴屏幕，好像得进入屏幕，走到对面去才能完成。于是，停留在此无法继续。实际上，Paracraft是以场景中的人物为中心的，可以通过键盘上的方向定位键让人物走到树的侧面、背面，辅以鼠标右键调整视向，分别添上树叶，也就是控制人物绕树一周，即可完善好树木。

三维建模时，学生不能只关注眼前的事物，而要根据需要改变视线的方向，从全局考虑，让生活中的事物更真实地呈现在虚拟世界中，最后再反馈到现实生活中。

4.（E）评价分享：基于同伴，审视自我

评价主要存在两种形式，从对象来看，主要分为组内成员和组外成员;从时间来看，主要分为中期分享和终期推广。

组内成员的评价主要借助“小组观察清单”，根据小组成员的参与情况，逐项对比指标，在最符合的方框内打勾。如当启动一个新任务的时候，小组成员是否达成一致、是否分担责任、是否立即开始任务、是否彼此鼓励，不泼冷水……是所有成员、大部分成员、一部分成员、少量成员还是无？当然小组观察清单还有留白部分，由组内成员自行添加指标，突出小组亮点，凝聚力量。

组外成员的评价主要借助“结构化反馈（PDQ）表”，对其他组的作品进行观察和询问后，在表格中分别填写“我喜欢（P）”“我建议（D）”“我想问（Q）”三部分内容，可以写多条，也可以只写一条，还可以和同伴共同写，然后把这张表给被评价组，从而帮助他们从用户的角度思考与改进。

“小组观察清单”和“结构化反馈（PDQ）表”会反复应用在中期分享和终期推广阶段，但是在终期推广阶段，由于学生的身份从“设计师”转变为了“销售员”，评价指标会有所增加。除了前期共同制定的三维建模作品三级评价指标，如完整性、科学性、欣赏性、个人特性等，还要增加展示操作的熟练度、小组合作的完美度、疑难解答的准确度、后期规划的前瞻度等方面两级指标的评价。

5.（R）复盘检视：基于目标，总结经验

复盘是对计划完成的情况做一个回顾与思考，从而在思考的过程中了解前期的优势与劣势，尤其是一些错误的操作，从而有助于我们避免重蹈覆辙，同时也能帮助我们更好地完成计划，达到预期目标。如果复盘后，发现前期完成得还不错，这无疑会产生鼓舞与激励的作用。

复盘可以及时止损，紧紧围绕目标开展，也可以随时了解项目动态，不至于“拣了芝麻丢了西瓜”，还能适时地进行小结，形成学习报告。

总结与展望

再次调查发现，100%的学生认为，我是有能力建造泳池的，尽管现在还不够完美。当谈及问题支架中的试运行部分，86.3%的学生认为我们所制作的泳池用于游泳，在此功能定位上，继续探究人物游泳的三维建模;13.7%的学生认为还可以结合学校的“海模”特色，将科技竞赛与此结合，平时可以作为帆船模型训练池，在此功能定位上，继续探究帆船航行的三维建模。不管是人物游泳的三维建模，还是帆船航行的三维建模，R·A·D·E·R五步骤学习模式仍贯穿其中，迭代升华。

综上，通过在Paracraft教学中的实践，三维建模能力的培养主要体现在建模意义、建模技能、建模思维三方面。相对而言，三维建模能力的培养在小学阶段的研究较少，笔者通过其在中学、职高等的实践研究，如立体几何、三维动画建模、三维重建表情等，认为还可以进行三维建模对空间想象、创新表达、责任意识等方面培养的研究。

参考文献

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