逆向设计法在通用技术3D建模设计与制作中的应用

新质生产力最显著的特点是创新。在高中通用技术教学中，教师如何根据时代的要求，结合新产业、新模式、新动能，以前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新为突破口，创新教学方式？

逆向设计即反求设计，是一种基于功能出发的创新设计方法，主要通过对现有样件或原型生成图样，按照预想的功能和效果进行改进，最终超越现有产品或系统的设计。近年来，我将信息技术融入通用技术课堂教学，尝试运用逆向设计法在通用技术课堂上开展“创意四旋翼无人机的设计与制作”项目式教学，培养学生的创新思维。

一、由易到难，进行3D建模训练

我将“镂空正方体的设计与制作”作为学生学习3D建模软件、逆向设计法应用训练小项目，即用方木条设计每条棱的形状、大小一致的镂空正方体。

结合通用技术的框架结构设计，按照正向设计法，一般是先将方木条按45角切割后粘连。然而，这种方法只能训练学生的木工加工技术，难以培养其创新能力和3D建模能力。一旦将任务稍作改变，比如让学生用方木条设计、制作镂空正四面体等，学生就难以完成。如果学生掌握了逆向设计法就能举一反三，由镂空正方体的设计制作延伸到镂空正四面体、正八面体、正十二面体、足球、玲珑球等的设计制作。

在建模过程中，学生可利用逻辑运算、阵列及物理中的镜像、旋转等进行操作。在这一过程中，他们对学科知识也会有更深的理解。比如，在逆向设计过程中运用几何方法精准画线以消除设计中的误差，他们能感受数学在建模中的重要性。

为方便实施分层教学，我鼓励学生根据自身知识储备确定练习项目。一般情况下，学生能设计出镂空正四面体，就代表其基本掌握了逆向设计法，这也为设计无人机的机械手打好了基础。

二、由表及里，设计制作创意纸质无人机

学生观察四旋翼积木式无人机的结构后再将其拆分，分析无人机的工作原理和控制原理，之后通过设计、制作纸杯（或纸碗）无人机，认识到做无人机并非难事，从而突破无人机制作材料通常为合金的思维局限。

三、由简到繁，设计具有特定功能的创意无人机

引入真实情境，激活学生的创意思维，让其设计不同功能的无人机。如为学校科技节开幕式设计用于飞行表演的无人机，为观鸟摄影爱好者设计可在水上漂浮和航行的观鸟无人机，为救援队设计可快速投送瓶装矿泉水的救援无人机，为消防员设计高空灭火无人机，等等。

将2～4个学生组成一个学习小组，鼓励动手能力、创新能力较强的小组重新设计或改装无人机结构。如设计的观鸟无人机在离开水面的瞬间需克服水面的强大张力，为保证无人机能顺利从水面起飞，指导学生借鉴、学习、研究四旋翼无人机的飞行和控制原理，尝试将四旋翼结构改为六旋翼或八旋翼结构，运用创造性思维进行设计。

设计和制作无人机机械手时，指导学生用手工、3D打印、激光雕刻等物化方法制作。

逆向设计法最大的特点就是可以快速获得先进的技术、设计思路和成功经验，收获更好的设计结果，是近年来在工业设计领域中兴起的一种方法。利用逆向设计法能快速地将学生的创意表达出来。

在我校的通用技术课堂无人机项目教学中，我引导学生尽可能地应用3D打印机、激光切割机、数控机床等现代加工机器物化创意设计，让每一个学生都积极参与技术活动。在这个过程中，学生的创新思维能力、新技术学习与应用能力等，都能得到快速提升。

未来，针对如何利用3D建模软件、物联网、无线电空间定位技术、人工智能等，如何结合数学、物理等学科知识，充分发挥学生的创新能力，我将做更多尝试。如为学生提供AI学习资源和学习平台，引导学生根据真实情境，运用逆向设计法开展自主探究和创意设计。