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我也是科技輔導(dǎo)員
廣州開發(fā)區(qū)外國語學(xué)校 彭振建
我是一名通用技術(shù)教師，技術(shù)創(chuàng)新類競賽的輔導(dǎo)是我一項重要的“副業(yè)”。
記得許多年前輔導(dǎo)高中學(xué)生改造創(chuàng)新一臺桶裝飲水機，利用初中的電磁繼電器知識結(jié)合利用其構(gòu)成的自鎖電路，將原有“加熱→保溫→加熱”的無限“循環(huán)”改裝為一次性加熱電路，以適應(yīng)家庭熱水用量不大的情況，從而避免人為遺忘關(guān)閉電源造成飲水機對電能的浪費。學(xué)生在過程中經(jīng)歷了問題的發(fā)現(xiàn)和分析，在衡量自身能力的基礎(chǔ)上尋找創(chuàng)新的解決方法，可以說既完成了競賽任務(wù)，也實現(xiàn)了《通用技術(shù)》課程的延伸，關(guān)鍵是學(xué)生得到了鍛煉。
在這個創(chuàng)新過程中老師的位置是什么？承擔(dān)怎樣的角色？其實在前面我已經(jīng)看到答案了。我是科技輔導(dǎo)員，“輔導(dǎo)”角色就需要拿捏準(zhǔn)確。
我們拿即將來到的21屆全國中小學(xué)電腦制作活動來講，實質(zhì)上與青少年創(chuàng)新大賽、創(chuàng)客、機器人等競賽都有類似的地方，那就是創(chuàng)新，只不過大家的側(cè)重點有些不同、組織和展現(xiàn)方式有區(qū)別。創(chuàng)新、創(chuàng)客、機器人競賽著重以實物呈現(xiàn)創(chuàng)新，但部分學(xué)生由于材料、工藝等限制，即使有好的點子也無法實現(xiàn)“心想事成”的設(shè)計。隨著時代和技術(shù)的進(jìn)步，特別是計算機輔助設(shè)計的發(fā)展，給予這些學(xué)生彌補了物化的短板。譬如3D One能實現(xiàn)3D設(shè)計、打印，暫時規(guī)避了繁復(fù)的制作工藝。下面就電腦制作活動談?wù)剛€人的想法。
在通用技術(shù)課程中，給予設(shè)計的定義是：指基于預(yù)定的設(shè)想和目標(biāo)，遵從相關(guān)的原則和規(guī)范進(jìn)行的構(gòu)思和規(guī)劃，最后用某種形式（模型、圖紙、圖表、文字文本等）表達(dá)出來的活動。我將其精簡為“心想事成”四個字，而設(shè)計過程最簡流程可以表述為：發(fā)現(xiàn)問題→分析問題→解決問題。
如何發(fā)現(xiàn)問題是許多大賽前擺在老師面前的難題。俗話說年紀(jì)越大膽子越小，那是老師豐富的閱歷和經(jīng)驗造就了過于理性的判斷，我也曾經(jīng)“扼殺”了不少學(xué)生的想法。后來我也改變了做法，把問題的發(fā)現(xiàn)交還給學(xué)生，但是依舊引導(dǎo)其結(jié)合生活或自己感興趣的案例發(fā)掘靈感。
記得有個軍迷學(xué)生非常膜拜我的3D作品，看了我的可散、不可散機槍彈鏈后上網(wǎng)了解后與我閑聊。
機槍彈鏈最早是馬克沁的帆布彈鏈，存在容易受潮變形的問題，采用金屬材質(zhì)制作彈鏈?zhǔn)墙鉀Q帆布受潮方法。為了節(jié)省資源的不可散彈鏈（http://m.sdwhjm.com/model/74504.html）能比較容易回收利用，但缺點是機槍射擊后會拖著一大串空彈鏈。為了擺脫射擊后過長的彈鏈設(shè)計了可散彈鏈（http://m.sdwhjm.com/model/74494.html），子彈抽出射擊后彈鏈自動分散跌落，缺點是彈鏈不容易回收造成資源浪費。
從機槍彈鏈的設(shè)計改變我們看到問題發(fā)現(xiàn)出自實踐應(yīng)用的第一線，大家可以設(shè)想彈鏈的變化過程中一定經(jīng)歷了不少慘痛的教訓(xùn)。所以問題的來源最好來自學(xué)生的生活，譬如下面這個衣架（http://m.sdwhjm.com/model/829432.html）的案例。
東南亞許多國家的酒店不提供晾曬衣物的衣架，如果自己攜帶又是一件比較麻煩的事情。這個學(xué)生問題差點被我“槍斃”了，衣架有什么好創(chuàng)新的，后來為了不打擊其積極性還是鼓勵他做下去，暫且不論競賽成績，學(xué)生研究過程還是學(xué)習(xí)到不少東西。
套用愛迪生的一句話“天才就是99%的汗水加1%的靈感，但沒有這1%的靈感那99%的汗水也是徒勞”，這1%的靈感有了，如何揮灑那99%的汗水呢？那就要分析問題。
我們可以歸納一下技術(shù)發(fā)明和革新的初衷，相當(dāng)一部分是為了解決了人類的“懶惰”問題，這些因“懶惰”產(chǎn)生的問題基本上都存在矛盾的對立面，如何找到一個折中點是一個很有趣的分析過程。
機槍彈鏈存在彈鏈射擊后脫落與方便回收的矛盾，普通衣架存在需要性和便攜的矛盾。折中的思想就為我們提供了方向，機槍最長彈鏈?zhǔn)遣豢缮⑿问?，最短彈鏈?zhǔn)强缮⒔Y(jié)構(gòu)，我們可以搞個“不長不短”的折中，將可散與不可散的形式組合起來形成半可散彈鏈（http://m.sdwhjm.com/model/1630801.html）。而旅游使用衣架也存在需要的長度和便攜的短小之間的矛盾，折中的方向是折疊或拼裝（http://m.sdwhjm.com/model/122254.html）。
從上面的兩個案例大家可能會感覺到發(fā)現(xiàn)與分析問題其實都不困難，那么，解決問題呢？
先拿機槍彈鏈來講，綜合可散與不可散彈鏈的優(yōu)缺點設(shè)計的半可散彈鏈，就是將兩條一定長度的不可散彈鏈用一節(jié)可散彈鏈連接即可。話說得很簡單，但是對于材料和工藝都不太熟練的中小學(xué)生這個是一條不可逾越的鴻溝。有條件的家長可以請工廠代為加工，沒條件的只好放棄這唾手可得的成果。但是有了3D建模軟件，可以根據(jù)自己的想法構(gòu)建虛擬模型向評委展現(xiàn)自己的創(chuàng)意。
同樣便攜旅行衣架的解決可以直接用3D打印出實物。問題的解決過程中依舊會出現(xiàn)這樣那樣的問題。3D打印很難將水瓶口螺紋實現(xiàn)，而且存在強度問題，這時可以考慮找通用水瓶蓋直接黏貼簡化3D模型的設(shè)計難度。還可以采取鏤空的手段進(jìn)一步減輕重量和減少體積。
上述“發(fā)現(xiàn)→分析→解決”過程就是我校的“心想事成”。
21屆全國中小學(xué)電腦制作活動數(shù)字創(chuàng)作類中小學(xué)3D創(chuàng)意設(shè)計，它的主題為“智慧生活”，對于“智慧”二字各人有各人的理解，只要你的“文章”做得好總會觸動某個評委的內(nèi)心。但是我認(rèn)為此處“智慧”的理解并非是指智能，智能需要輸入、處理、輸出的電子系統(tǒng)，它更多偏向于對現(xiàn)有事物在結(jié)構(gòu)上的改造以實現(xiàn)功能上的適應(yīng)和提升，譬如上面提到的衣架。給大家做一個判斷題，下圖為3D設(shè)計的一個風(fēng)扇電機的外殼，用于方便安裝，這個電機外殼能稱之為“智慧”？
答案顯然是否定的，頂多叫配件。結(jié)構(gòu)如何“智慧”？不能不提的是中國古代的連弩、指南車、榫卯等，在結(jié)構(gòu)、功能、傳動等都具備非凡的智慧。這應(yīng)該是我們的方向，可以到宜家家私采風(fēng)獲取一些靈感，這也是這些年宜家在打城市紅比較火熱的原因，因為大家的居住面積越來越小，房價貴，而我們又對物質(zhì)生活需求不斷提高，造成存儲空間的矛盾。如何收納和多功能的集成是宜家的重點。限于篇幅我僅提醒各位小朋友，3D結(jié)構(gòu)的虛擬設(shè)計中需要考慮力學(xué)、現(xiàn)實材料等問題，這些需要老師干預(yù)、引導(dǎo)和自身的學(xué)習(xí)。千萬別臆想出類似“小馬拉大車”這些違背科學(xué)的結(jié)構(gòu)作品。
21屆全國中小學(xué)電腦制作活動創(chuàng)客項目類的主題為“創(chuàng)意智造”，該項目有別于上面的“3D創(chuàng)意設(shè)計”，“3D創(chuàng)意設(shè)計”僅要求三維模型的設(shè)計來展現(xiàn)生活中的智慧，“創(chuàng)意智造”更強調(diào)實物作品，當(dāng)然過程中需要利用3D One或3D One Cut建模及實物的呈現(xiàn)。
“創(chuàng)意智造”要求有結(jié)構(gòu)件和電子電路，簡單來講上面的電機+外殼基本符合這個要求，能勉強達(dá)到創(chuàng)客要求。
如何界定結(jié)構(gòu)件和電子電路之間的主次關(guān)系呢？
剛才電機為主，外殼為輔體現(xiàn)的是它們之間的主輔關(guān)系。即設(shè)計過程中先有電機的需求，以電機為主設(shè)計其安裝所需要的結(jié)構(gòu)件。
再有就是以結(jié)構(gòu)件為主、電子元件為輔的關(guān)系。這種作品多體現(xiàn)3D建模的繁復(fù)手段，電子元件作為錦上添花的陪襯。譬如利用3D軟件設(shè)計并打印出一個廣州塔，內(nèi)部輔以聲光電子效果，這是典型的結(jié)構(gòu)為主形式，“創(chuàng)意智造”體現(xiàn)在3D上。
還有一種就是結(jié)構(gòu)與電子電路相互融合，互不分離的形式。這種“創(chuàng)意智造”中的結(jié)構(gòu)件與電子電路分離后就無法實現(xiàn)其應(yīng)有的功能。舉個常見又普通的例子，大家家里的冰箱冷藏柜里都有一個照明的開關(guān)，只有在開門時燈亮，這是一個最簡單的燈泡控制電路，利用開關(guān)控制點燈電路的通斷，而這個開關(guān)的動作關(guān)聯(lián)著冰箱門的結(jié)構(gòu)件。如何利用開關(guān)門的動作觸發(fā)微動開關(guān)，一定需要設(shè)計一個3D結(jié)構(gòu)件延伸開關(guān)，而這個開關(guān)位置巧妙需要更多的試驗。這種融合設(shè)計能更好地詮釋“創(chuàng)意智造”。
我是一個通用技術(shù)老師，我也是科技輔導(dǎo)員，大家一起共勉。
本文內(nèi)容僅代表作者本人觀點，與i3DOne社區(qū)無關(guān)。
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更新時間：2020-02-07
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