周丽丽 南京航空航天大学附属初级中学

21世纪的教育使命是培养具有创新精神和创新能力的新型人才，推动社会发展和进步。3D打印能给学生提供大量动手设计制作的机会，虚实转化能为学生带来极强的成就感和直观体验感，在学生创新能力培养方面具有天然的优势。笔者所在学校于2017年开展3D打印教学，在教学中笔者发现，学生习惯于模仿教师的作品进行制作，而真正具有创新和新颖性的作品较少。那么，怎样进行3D打印教学设计，开展3D打印教学活动，才能更好地发挥3D打印本身的优势，有效地培养学生的创新能力呢？为解决这一问题，笔者开始了对设计思维融入3D打印教学的研究。

● 面向创新能力培养的设计思维基本内涵

设计思维源于英文单词Design Thinking，也可称为设计思考，字面意思指的是像设计师一样思考。目前，国内外对设计思维的理解主要集中在三个方面：①设计思维是一套方法论，可以支持学习者进行创新设计与问题解决。②设计思维是一种思维方式，可以帮助解决问题或形成一种策略模式。③设计思维是一种创新过程，描述的是问题的创新解决过程。三种理解一致认为：设计思维是运用一系列创新方法去解决问题的过程。在学习者制作作品的过程中，它可以为学习者提供一套支持设计创新的方法，指导学习者从识别问题入手，充分利用现有资源，逐渐掌握一系列创新方法和技巧，最终提供高效且有创造性的解决方案，帮助培养学习者的创新能力。

● 基于D.school模型的3D打印教学模式构建

自从设计思维这一概念被提出以来，就有多位学者围绕设计思维模型展开了探索，其中，斯坦福大学的D.school模型最为经典。斯坦福设计学院将D.school设计思维模型分为同理心、定义问题、构想、原型和测试五个步骤，如图1所示。

图1

同理心就是我感受你的感受，设计者需要站在用户的角度去思考问题，通过观察、访谈等方式体会用户的需求。定义问题阶段需要在收集大量信息的基础上，明确用户的需求到底是什么，使需求具有可操作性，并且为用户寻找可行的解决方案。构想阶段需要在明确了用户的具体需求后找出解决用户具体需求的办法，并将解决方案物化为设计草图。原型阶段需要选择合适的材料和工具制作出模型或者原型。测试阶段需要设计者给用户展示设计的模型或原型，让用户在使用的过程中提出反馈意见，并不断修改。

基于D.school模型，结合3D打印课程的特点，笔者构建了3D打印教学模式，如图2所示。

图2

● 基于设计思维教学模式的教学实践

下面，笔者以“制作抗疫小帮手（2课时）”为例，对教学活动流程进行简要说明。

教学环节一：情境引入

教师活动：播放抗疫视频，由于医疗防疫物资短缺，3D打印体现强大优势，世界各地3D打印爱好者和研发公司打印了医疗物资，如防护面罩、护耳夹、隔离眼罩等助力抗疫。

学生活动：观看抗疫视频、3D打印医疗物资的照片及视频。

设计意图：激发学生参与抗疫的热情。

教学环节二：发现问题

教师活动：要求学生利用3D打印技术，设计制作抗疫小帮手，并提问：在目前的抗疫过程中你发现了什么不足？有哪些需要改进和完善的地方？针对这些不足，你想怎么解决？

学生活动：明确设计主题，思考发言。（教师引导学生从自己的生活、学习出发寻找问题）

设计意图：让学生结合生活，思考问题。

教学环节三：定义问题

教师活动：分发小组讨论任务单，要求学生以4人小组为单位，讨论在抗疫过程中有待改善的地方有哪些，绘制思维导图。

学生活动：在讨论中激发思维，集思广益，绘制思维导图。

设计意图：小组合作，头脑风暴，激发思维，进一步讨论。

教学环节四：构思方案

教师活动：提问：在抗击疫情的过程中，要怎么做才能有效防止疫情发生？展示实例，如图3、图4所示。要求学生以小组为单位，针对小组讨论得出的不足，继续讨论如何解决，绘制思维导图。

图3 口罩辅戴器

学生活动：在讨论中激发思维，集思广益，绘制思维导图。

设计意图：通过样例展示，引导学生从戴口罩、少接触、勤洗手这几个方面去思考解决方案。

教学环节五：设计模型

教师活动：请学生分享找到的问题及解决方案。分发个人学习任务单，请学生填写我的作品说明并绘制草图，设计模型。

学生活动：根据自己的构想并绘制抗疫小帮手的草图，绘制完成后组内讨论完善，利用3D One软件进行设计建模。

设计意图：通过绘制草图将想法可视化，并且在纸上进行修改比较方便。

教学环节六：评价测试

教师活动：学生作品展示，师生共同评价。

学生活动：展示作品，根据师生的意见继续修改完善自己的作品。

设计意图：通过评价，让学生进一步优化改进自己的作品。

● 基于设计思维的教学模式教学反思

1.基于设计思维的教学模式能促使学生自主思考

设计思维把学生当成一个“问题解决者”，学习过程具有很强的自主性。例如，在本课教学中，教师给学生创设了很多主动探索的机会。从思考发现抗疫过程中存在的问题到思考解决的方法，从绘制设计草图到制作作品模型，学生有动脑思考、动手操作、动笔尝试、动口表达以及提出问题和解决问题的时间和空间，促使学生以更积极的姿态自主参与学习活动，自主思考，而这样的自主思考给创意火花的产生打下了良好的基础。

2.基于设计思维的教学模式能增强学生间的交流与合作

在学习中，交流很重要。因此，笔者在本课定义问题、构思方案环节都让学生以4人小组为单位开展小组讨论，每个小组都有一位小组长负责组织讨论和记录，而每一位小组成员都要参与讨论，发表想法。通过讨论，既增强了学生间的交流和合作，也带动了小组同学共同提高、共同进步。

3.基于设计思维的教学模式能激发创意，拓宽学生的设计思路

基于设计思维的教学模式，笔者增加了定义问题、构思方案环节，通过自主思考、团队合作、思维碰撞，能够激发创意，拓宽学生的设计思路，并且改善了常规课堂中学生作品单一的局面。例如，在讨论抗疫过程中的不足及解决方案过程中，就涌现了很多的想法：有的小组发现口罩袋没有自带密封条时间长了会有灰尘和细菌，想设计一个口罩袋密封夹；发现戴口罩喝水不方便，想在口罩上装一条拉链；发现戴近视眼镜再戴护目镜很麻烦，想设计一个可放近视镜片的护目镜。有的小组发现，电梯按钮被多次使用，但不能每次消毒，讨论后得出很多解决方案，如戴一次性手套或用棉签按按钮、设计一个专属的按按钮的设备，甚至设计一个声控电梯等。在讨论结束后，笔者要求学生根据自己的构想绘制能利用3D打印技术实现的抗疫小帮手的草图，将想法可视化，最终提交的作业各具特色。

● 结语

基于设计思维的3D打印教学模式的研究还处于起步阶段，在目前的教学实践过程中，该模式的应用虽然有了一些收获，但是也存在不少问题。例如，小组的讨论如何更有效，能让每位学生都参与其中？学生在草图的设计上利用已学的技术实现不了的情况怎么解决？……这些问题笔者将作为今后研究的重点在教学中继续进行实践，让自己的研究有更进一步的进展。