“数字设计化工具”课程的教学设计初探

1、“数字设计化工具”课程的教学设计初探【摘要】：Ap : “教学设计”以学习过程与学习资的设计和评价为研究对象 , 是教育技术学的核心内容, 是连接学习理论、教学理论与教学实践的桥梁。“数字设计化工具”课程的教学应当运用现代教育理论, 明确教学目标 , 充分重视学习者特征 , 围绕教学组织策略、教学内容传递策略、教学资管理策略、激发学生动机策略和教学评价诸方面进行设计。【关键词】： Ap : 教学设计 ; 数字设计化工具;Rhino作者简介 : 任衣伟 (1952-) 男 , 江苏宜兴人, 江苏工业学院经济管理学院 , 副教授 ,主要研究方向 : 设计艺术、计算机辅助设计。 ( 江苏常州 213

2、001)基金项目 : 本文系江苏工业学院课程建设“三维数码设计” ( 课题编号:ZDK070206)的研究成果。随着计算机图形技术的高速发展和日益普及, “数字设计化工具”课程已经成为高等学校工业设计专业和艺术设计专业的重要基础课程。近年来, 有关“数字设计化工具”课程的教学研究正在逐步开展, 但这种研究主要集中于教学内容的开拓与组织 , 教学设施的建设和教学环境的营造方面, 而对于这类课程的思维特征、知识传授策略以及在教学情景的创设方面的探讨, 则显得深度不够, 主要原因是这类课程在高校设计专业的教学中尚处在实践探索层面, 而设计软件的频繁升级也使教学者无暇顾及对课程的深入研究。面对高速发展

3、的现代教育, 笔者认为 , 运用现代教育理论的观念和方法对“数字设计化工具”课程开展深入而全面的教学研究, 特别是运用现代教育理论中的“教学设计”思想对课程进行系统的设计, 使现代教育理念尽快融进设计教育实践, 提高这类课程的教学质量, 以促进学生数字技术素质与艺术素质的互补与提高, 应当成为高校设计教育改革的一个紧迫任务。“教学设计” (Instructional Design, 简称 ID) 一般也称为“教学系统设计” , 是关于学习过程与学习资的设计和评价的研究, 自 20 世纪 60 年代末以来,ID已逐渐发展成为一门独立学科, 并且成为教育技术学的核心内容。教学设计包含对课程的分析A

4、p 、设计与评价三个阶段, 是连接学习理论、教学理论与教学实践的桥梁 , 也是指导具体课程进行教学改革的有力工具。本文以数字设计化工具课程“ Rhino ”为例, 在明确教学目标和学习者特征的基础上 , 围绕课程的教学组织策略、教学内容传递策略、教学资管理策略、激发学生动机策略和教学评价诸方面进行教学设计的探讨, 目的在于对这类课程的教学形成一个清晰的认识。一、“Rhino”课程分析午“Rhino”课程的学习任务“Rhino”课程的教学目标分析 ”。设计软件课程的教学目标绝不仅仅止于介绍软件的功能。使用“Rhino ”软件的有限功能去创建复杂的三维形态是一件需要高度思维技巧的工作, 学习“Rh

5、ino ”软件的过程, 既是一个对智能化设计工具的探索学习过程, 也是发展学生空间想象能力和创造性思维能力的过程。因此 , “ Rhino ”课程的教学工作至少应当同时完成四个任务:一是使学生系统掌握软件的功能, 能比较自如地以此创建各种复杂的三维曲面体形态 ;二是使学生了解学习数字设计化工具的方法, 为今后的长期学习打好基础;三是对学生进行理性思维方式的训练; 四是提高学生创造性地解决问题的能力使之形成良好的设计思维品质。“Rhino”课程的学习过程分析”。在“Rhino”课程的教学实践中经常见到两种教学模式:1） 以介绍软件功能作为教学的全部内容, 系统、扼要, 但是较枯燥、浅显, 学生在

6、课程结束以后面对具体的设计应用问题依旧束手无策。 2） 以建模实例作为教学的主要内容, 实在、生动, 但因为介绍的知识不成系统, 故不能转化为学生的设计思维能力 , 学生只能模仿性地将所学的案例移植到相似的建模任务中缺乏举一反三的灵活运用能力。我们认为这两种教学模式不仅都存在着对“ Rhino ”课程教学目标的误读, 而且也存在着对其教学内容的误读, 因而皆不能取得理想的教学效果。现代教学理论将学科知识内容划分为四种类型: 即事实性内容（ 介绍其“怎么样” ） 、概念性内容（说明其“是什么” ） 、过程性内容（说明其“如何作” ）和理论性内容 （ 说明其“为什么” ） 。 1 在“Rhino

7、”课程中, 对软件基本操作方法和简单功能的介绍属于概念性内容和事实性内容, 而对软件复杂功能的介绍和对建模思路的探讨则属于过程性内容。整个课程的教学重点应当放在训练学生灵活利用软件的功能体系去创建复杂的三维形态方面, 因此它主要是一门研究过程性知识的课程。根据以上分析Ap,“Rhino”课程的教学过程应当与数学课的教学过程有很大程度的相似性: 首先介绍软件的部分功能体系 ( 相当于学习数学时先给出部分的概念和公式体系 ), 然后进行灵活地运用软件功能创建相关三维形态的训练( 相当于学习数学时灵活地运用概念和公式求解问题 ), 创建具体的三维形态既是学习的目的又是对知识的综合和总结, 如此有序地

8、推进直至掌握整个功能体系和创建各种三维形态的方法。“ Rhino ”课程的学习者特征分析Ap“ Rhino ”课程学习者的学习基础和知识水平。“Rhino ”的学习者一般为工业设计专业的学生, 随着国际交流的扩大和国外设计公司陆续进入中国 , 艺术设计专业环境艺术方向的学生、建筑设计专业的学生也将陆续进入学习者行列。这些学生在进入“Rhino ”课程学习以前都学习过计算机基础知识, 不存在学习基础的障碍。“ Rhino ”课程学习者的学习动机、认知能力与认知策略。由于“Rhino ”软件是一种非常有用的设计工具, 因此学习者通常学习动机强烈 , 急于将其用于设计实践。据此, 教师不仅应熟悉当“

9、Rhino ”软件本身, 而且应当有丰富的设计实践经验 , 善于精心选择设计实例充实教学内容, 将软件功能中与设计最关联的部分作为教学的重点。学习者对“Rhino ”课程的认知能力与其习惯性思维方式密切相关。“ Rhino ”课程的学习者可能是艺术类学生 , 也可能是理工科学生, 艺术类学生长于形象思维而弱于逻辑思维, 理工科学生长于逻辑思维而弱于形象思维, 而学习“ Rhino ”软件应当兼用形象思维和逻辑思维两者, 因此对这两类学生, 应当注意他们在思维习惯方面的差别, 用其长而补其短。“ Rhino ”课程的认知策略与学习者是否学过其它三维软件或绘图软件相关。如果他们已经学习过其它三维软

10、件或绘图软件, 则教师可以用类比的方法去拓展他们的原有知识结构, 引导他们较快地实现对新知识的“同化” ; 如果学生在进入“ Rhino ”课程学习以前只是用绘画方式进行过三维形态的表达和探索, 那么学习三维软件将是使他们兴奋不已的全新体验, 但是他们原有的平面表达习惯和感性思维模式显然不符合复杂三维形态的构建任务要求, 因此 , 必须对其原有的认知结构进行改造与重组, 引导他们从平面思维走向立体思维, 从感性思维走向感性与理性复合的思维。 2二、对“ Rhino ”课程的设计. Rhino”课程的教学组织策略“ Rhino ”课程教学组织的宏策略。“Rhino ”建模体系是一个点、线、面、体

11、的结构, 由点创建和控制线, 由线创建和控制面, 由面围合和控制体的形态。据此我们可以完成“Rhino ”课程的概要设计: 即让学生首先了解通过点、线、面的创建来围合和控制体的形态的基本过程, 然后再展开对点、线、面、体的具体研究。在概要设计的基础上, 第一级的知识细化可以选择“ Rhino ”的基础操作、点的创建、线的创建与初步编辑、曲面的创建和实体的创建、“Rhino ”的输入与输出应用、NURBS6线的深入研究、NURBS1面的深入研究等知识点，在此框架上进行 第二、第三级的细化。这样排列知识点的目的是将次生曲线和次生曲面从前期学习中分离出来, 缩短由创建曲线到创建曲面的学习过程, 以更

12、好地遵循由浅入深的认知规律。在第一个细化等级中对知识点定序时, 应当根据学生的知识基础灵活处理, 例如对学习过3dsma的学生，可以将实体的创建放在比较靠前的位置，以利于与其原有的知识结构尽早实现对接。在细化过程的各个环节, 都应当强调按一定的系统有详有略地介绍软件功能和进行相应的实践训练, 重视对知识的综合和总结, 及时建立新知识与原有知识结构中各个点的联系 , 促进学习的保持和迁移。“ Rhino ”课程教学组织的微策略。“Rhino ”是一门在概念性、事实性知识的基础之上对过程性知识进行研究的课程, 在多数知识点的教学过程中 , 我们可以采取“记忆事实和记忆过程（演示和记忆软件功能）运用

13、过程（安排实例让学生运 用软件功能）发现过程（安排复杂实例让学生设计、分析 ”并验证自己的建模思路 ） ”的逻辑来安排教学过程。其中 , 使学生具备“发现过程”的能力是教学的核心目标。“ Rhino ”课程的教学内容传递策略(1) 教学媒体的选择。“Rhino”的学习过程既是一个了解软件功能系统的过程 , 又是一个复杂三维形态创建能力的训练过程, 这种了解和训练需要通过大量的即时性的实践活动来完成, 因此 , 在课内可以主要使用多媒体计算机教室进行演示和练习,通过“听 -看-想-做”的方式全面调动学生的思维活动。在课外则应开辟网络课堂为学生营造自主学习的环境, 使有限的课内学习能够有效地向课外

14、延伸。 3教学方法的选择。教学实践证明 , 千篇一律地由教师讲解软件功能容易造成课堂教学的单调 , 完全由学生自主地探索软件功能又容易导致学习的肤浅和教学效率的降低。借鉴自然科学课程的教学经验, 适当使用举一反三法和实验法可以有助改善课堂的学习氛围 , 提高课堂的利用效率。举一反三法可应用于简单功能的教学 , 即对于类似的功能 , 教师只需要讲解其中典型的一小部分, 其余留给学生自己去推广 , 这样既能节省课堂教学的时间 , 又能调动学生主动地探求知识。实验法可应用于复杂功能的教学 , 即让学生通过对软件功能的试验、观察与总结 , 实现对功能的理解。例如曲面与实体之间的布尔运算很难理解, 我们

15、可以启发学生使用简单形体进行实验, 从中总结其规律。实验法不同于让学生盲目实践, 要设置典型的实验条件, 适时向学生提示观察要点 ( 例如曲面的法线方向与布尔运算结果的关系 ), 指导学生以清晰的思路总结实验现象, 发现其中的规律。选用有难度的案例促进学习的深化。在介绍功能的阶段, 学生对多数功能的理解都是非常肤浅的 , 而且学习一经开始 , 遗忘随之而来, 应用于具体实例时, 往往遭遇意想不到的困难 , 而克服困难的过程, 正是加深对软件功能理解的过程, 也是将一般性记忆上升为理解性记忆的过程。教师要善于在复杂造型中提取出一些常用的基本单元和造型命题作为培养学生基本建模能力的课题 , 例如渐

16、消面的制作、异型按钮的制作、对复合曲面相邻边界进行不等半径的倒角、薄壳的制作等等, 这些基本单元和造型命题本身具有一定的难度, 又常常作为局部构造出现在各种复杂的造型中 , 让学生先行接触和解决这些问题 , 可以为他们今后处理复杂的造型问题做好铺垫。“ Rhino ”课程的教学资管理策略对“ Rhino ”课程的教学资管理应当着眼于利用各种信息资来营造学习环境 支持学生的学习行为。“ Rhino ”课程的激发学生动机策略(2) 引导学生正确对待学习过程中的困难与挫折。引导学生正确对待学习过程中的困难与挫折, 也是保持他们旺盛的学习热情的关键。“ Rhino ”课程学习中的挫折感 , 很大程度来

17、自于学生不善于科学地认识使用软件过程中的约束与技巧的关系。所谓约束, 是指解决实际应用问题过程中受到的软件功能与计算机硬件能力的限制 ; 所谓技巧 , 就是利用有限的软件功能与硬件条件寻找实现复杂设计目标途径的思考方法。运用技巧的前提是清楚软件的所有相关功能以及硬件能力的许可程度,否则会人为地增大约束或忽视实际存在的约束, 导致设计目标的难以实现或对学习成果评价的失真。计算机程序是人为编制的 , 其间似乎充满着任意性, 但它实际上必然受到两个方面的制约 : 首先是客观规律的制约 , 例如我们不可能使用软件画出通过平面上任意4 点的圆 ; 其次是由于软件开发人员自身能力的制约 , 使得软件的功能不够完善 , 而学生往往会以为软件无所不能 , 把使用软件中遇到的困难一概视为学习效果的不理想, 消除他们在这方面的误解有助于缓解学习中的挫折感。三、“Rhino ”课程的教学评价“ Rhino ”课程课时少, 教学评价可以形成性评价和总结性评价为主。形成性评价的方法应随教学过程的进展而变化 , 采用观察、检查作业、布置综合性练习等方式灵活融入教学过程。通过评价, 及时了解学生学习中的困难和薄弱环节, 根据所反馈的结果修正后续教学的目标、内容和方法, 把帮助学生解决困难的过程作为深化知识的切入点。总结性评价可以在课程结束时进行, 评价的核心标准是对软件