体验国粹陶艺，领略3D科技，弘扬传统文化——上海市凉城第二小学陶艺STEM系列课程介绍

上海市凉城第二小学陶艺STEM系列课程：体验古老陶艺，领略3D科技，弘扬传统文化

课程研发策划：张子豪（同济大学在读研究生，上海STEM云中心）

作者介绍：

张子豪，同济大学在读研究生。微信公众号 人工智能小技巧 运营者。致力于将人工智能、3D打印等前沿科技与STEM教育结合。目前正在制作《说人话的人工智能视频教程》、《零基础入门树莓派趣味编程》、《Python趣味编程二十例》等视频教程。已助力成都石室中学、成都温江中学、江苏南菁中学、上海凉城二小、重庆沙坪坝小学等中小学完成多个STEM教育课程研发策划。

微信公众号： 人工智能小技巧

知乎专栏： 人工智能小技巧

1、前言：古老陶艺与先进科技的碰撞

“白玉金边素瓷胎，雕龙描凤巧安排。玲珑剔透万般好，静中见动青山来。”——陶瓷是中国古代的伟大发明。早在一万年前的新石器时代，中华先民们就开始焙烧陶土、抟土造瓮。从秦砖汉瓦到唐三彩，从宋代五大名窑到明清景德镇的青花瓷、珐琅彩。在丝绸之路的漫漫驼铃声中，陶瓷成为遥远东方古国的象征，承载着中华民族的悠悠历史。在古代，外国人称中国为“瓷器之国”，英语中的“china”一词的另一个含义就是“瓷器”。弘扬传统文化、传承国粹瑰宝是每一个中华儿女义不容辞的责任。

从女娲抟土造人到上帝捏出亚当，从秦砖汉瓦到水泥混凝土，人类历史就是一部陶泥材料的演化史。二十一世纪，以3D打印、虚拟现实为代表的智能制造技术让我们的生活更加美好，也为古老的陶艺制作赋予了更多炫酷的“科技范儿”。

制作陶艺需要运用各种材料和工具，全神贯注、手脑并用，并与团队小伙伴进行紧密协作。当你经过多道工艺，终于将心中的灵感变为现实的时候，心中会涌出无限创造的成就感。那么，当传统陶艺走进校园，与智能的3D打印技术结合，会碰撞出什么火花呢？上海市凉城第二小学给出了完美答案。

凉城第二小学依托“中国古代陶瓷”项目和上海市创新实验室“瓷土坊”和“软陶坊”，开发了《儿童陶艺》和《淘泥巴》校本课程，编写了《软陶十二生肖》和《儿童陶艺教学》等教材。面向全校开设了陶艺选修拓展性课程。内容包括陶艺简介、捏塑、拉坯、泥条盘筑、泥板刻画等，按年级逐渐加深难度，循序渐进。并运用先进的陶泥3D打印机，通过三维建模实现陶艺模型的快速智能制造，帮助学生成为将艺术灵感快速变为陶艺产品的“神笔马良”。

2、陶艺STEM系列课程概述

课程核心目标

学生体验制作陶艺品的全过程，并绘制陶艺工艺品的三维模型。引入先进的陶泥3D打印技术与虚拟现实技术，全方位培养学生动手能力与创造能力，形成文化艺术与工程技术跨学科的知识背景。进而弘扬传统文化，增强文化自信。

主创团队

陶艺课程教学：孙婕（凉城二小陶艺课程授课教师）、翁黎琼（凉城二小陶艺课程授课教师）

课程策划与研发：张子豪（上海Stem云中心，同济大学在读研究生）

陶泥3D打印机研发：清华大学、上海交通大学、同济大学、山东大学、重庆大学的大学生科技创新团队

依托平台与资源

• “指南针计划”首批试点学校，“中国古代陶瓷”项目基地。
• 2013年，在虹口区教育局、基建站和青少中心的大力支持下，建成上海市创新实验室“凉二瓷土坊”和“软陶坊。
• 清华大学、上海交通大学、同济大学、山东大学、重庆大学等“双一流”高校的大学生科技创新平台
• 上海Stem云中心

3、课程体系构成

1、陶艺选修拓展性课程

本课程被纳入学校拓展型课程体系，使用原创编写的教材。二、三、四、五年级同学均可选修，按年级逐渐加深难度，循序渐进。内容包括陶艺简介、捏塑、拉坯、泥条盘筑、泥板刻画、拉坯塑性。帮助同学们熟悉陶艺的历史、基本材料与工具，与团、搓、揉、捏、压、窝、接、卷、叠、雕、刻等操作，并创作茶壶、公鸡、骆驼、花瓶、蛋糕等陶艺品，最后通过拉坯学习，制作碗和杯子。课程受到学生广泛欢迎，加入陶艺社是很多同学的夙愿。

课程目标

掌握捏塑挖空、泥条盘筑、泥板成型、拉坯成型四种陶艺成型的制作步骤

课程安排

1、人数：每节课20人左右。

2、课时安排：每周2节课。每学期总课时40节。每周一、三、五中午相应的时间段和周五下午“快乐活动日”。

3、课外兴趣小组和学生社团，每周三、四中午和每周五下午兴趣活动。

课程大纲

• 第一单元：走进陶艺

  中国古代陶器、瓷器欣赏：从半坡文化原始先民的陶罐，到秦汉瓦当，再到唐三彩、宋代五大名窑、景德镇青花瓷、明代宣德官窑、冰裂纹瓷器、清代珐琅瓷等。

  现代陶瓷欣赏：威尼斯琉璃工艺、精细陶瓷、玻璃陶瓷、特种陶瓷。

  

• 第二单元：感悟泥性

  认识陶土：陶土的成分，生产工艺

  接触陶泥：通过揉泥制作泥球、泥块，泥板、泥条，进行平面或立体的点线面组合。泥条塑型的技法有很多种，如叠圈、铺排、缠绕、穿插、绕结等。

  

  

  

• 第三单元：捏塑成型

  第一阶段：熟悉泥条和泥球的制作方法。制作公鸡、骆驼、泥娃娃。

  第二阶段：熟练掌握泥条的搓制方法。制作小蜗牛、陶罐、果盘、猫头鹰。

  第三阶段：学会压印和凹凸法制作立体造型。制作花瓶挂饰、生日蛋糕、泥板花瓶、泥板建筑、泥板大象。

  

  

• 第四单元：拉坯成型

  通过双手的“挤、压、捧、提、扩、拉”等动作将转轮上的泥团拉制成内空的回转体用品。拉制杯子、碗。

  

  

• 最后一步：涂釉、绘制花纹、烧制模型

评价体系

2、陶泥3D打印智能科技

3D打印技术可以制作传统工艺难以生产的异形镂空曲面，适合小批量私人订制。运用先进的陶泥3D打印机，通过三维建模、增材智能制造工艺，通过数据化模型驱动的方式快速制作异形陶泥模型。帮助学生将艺术灵感快速变为实体，成为陶艺“神笔马良”。

陶泥3D打印机介绍

陶泥3D打印机由清华大学、上海交通大学、同济大学、山东大学、重庆大学的大学生科技创新团队联合研发。使用自主研发的prusa i3型全T型丝杠传动机械结构、POE型陶泥螺旋挤出喷嘴和开源路径规划切片算法软件，已在多个国际级和国家级竞赛中获得大奖。包括：

• 2014 第一届工业4.0-国际大学生3D打印机设计邀请赛 特等奖（冠军）

• 2016 第九届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛 一等奖（教育部主办）

• 2017 第十五届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛 重庆赛区 一等奖

• 2017 第三届中国“互联网+”大学生创新创业大赛 重庆赛区 金奖（教育部主办)

• 实用新型专利：基于定点转轴转盘装置的节能型混色3D打印喷头

• 在智能制造展会中获得山东省省长郭树清、重庆市副市长屈谦高度评价。

  

陶泥3D打印制作流程

• 预备工作：组装陶泥3D打印机

  组装陶泥3D打印喷头

  

  组装陶泥3D打印机

  

• 第一步：三维建模

可以使用Windows10自带的建议三维建模软件3DBuilder进行建模，也可以使用更专业的3dsmax等工具进行三维建模，也可以使用教师事先做好的三维模型。

在三维建模软件中增加颜色、材质，渲染。

• 第二步：将三维模型导入3D打印切片软件中

3D打印切片软件会根据模型轮廓智能生成喷头运动路线，还可设置填充率、支撑、打印速度等参数。

• 第三步：3D打印成型

• 第四步：对3D打印陶泥模型进行后处理

  后处理包括打磨、抛光、上釉、上色、焙烧、包装等。

4、STEM+时代下的陶艺课程

国家政策与行业背景：文化自信与遗产保护、3D技术与智能制造

十九大报告指出，坚定文化自信，推动社会主义文化繁荣兴盛。

习近平总书记指出，文化是一个国家、一个民族的灵魂。在当代中国，文化自信是具有科学性的时代命题，是中华民族生生不息、走向复兴的精神源泉，是中国特色社会主义破浪前行、繁荣发展的精神武器，是中华民族屹立世界、面向未来的精神脊梁。

以3D技术、3D打印、虚拟现实为代表的智能制造产业已成为 “工业4.0”和“中国制造2025”的重要推动力，引发了材料制造、模具加工、建筑地产、医疗器械行业的革命。3D打印机是一个麻雀虽小但五脏俱全的机电系统，涉及材料、电气、机械、通信，艺术设计、环境保护等多个学科，为孩童认识机械结构，了解制造原理提供了最佳样本。3D打印机采用增材制造的方式逐层堆叠材料成型，使用数字化三维模型数据驱动的方法进行智能制造，节约材料的同时实现了传统加工方法难以胜任的功能，可以快速制作异形、镂空、凹凸曲面物体，适合私人订制。

Science：科学——从陶土颗粒说起

陶泥是地壳中含量最丰富的物质，包含了蒙脱石、高岭石、伊利石、石英等矿物，是最常见的硅酸盐材料。

陶泥也是一种常见的假塑性黏滞态流体，在不同水分含量下呈现出不同的力学性能。为什么下雨的时候踩在泥土上会陷出脚印？解答这一切问题，都要从孩童将陶泥与水混合之后的直观体验开始。

为后续学习地质学、生物学、物理学、化学奠定基础。

Technology：技术——千年传承工艺，中华文化瑰宝

陶瓷工艺是传承千年的古老工艺，是中华民族非物质文化遗产，涉及材料拌制、抟土、拉坯、上釉、烧窑、绘画、纹饰、涂饰、包装等全过程。陶艺系列课程让孩子零距离接触大地母亲，亲手使用各种工具，接触传承至今的古老工艺。

制作陶艺需要运用各种材料和工具，全神贯注、手脑并用，并与团队小伙伴进行紧密协作。当你经过多道工艺，终于将心中的灵感变为现实的时候，心中会涌出无限创造的成就感。

在陶泥花瓶三维建模案例中，学生将体验三维建模软件的基本操作，学有余力的同学可以制作三维动画。为后续学习三维建模、3D打印、通用技术、动画制作、艺术渲染等课程奠定基础。

Engineering：工程——小小机械工程师，漫漫材料发展史

从秦砖汉瓦到水泥混凝土，人类历史就是一部运用和发展陶泥材料的演化史。小小陶艺承载了跨学科的工程知识。

机械与材料工程：从秦砖汉瓦到陶瓷混凝土

为什么拉坯之前要摔打陶泥？陶泥3D打印机和陶泥拉坯机靠什么驱动？怎样确保精准的传动定位？机器怎么知道下一步应该向哪里走？通过拉坯、陶泥3D打印和陶泥花瓶三维建模，同学将系统体验材料成型的全套流程，并对陶泥这一粘塑性材料有基本认识和直观体验。

从女娲抟土造人到上帝捏出亚当，从秦砖汉瓦到水泥混凝土，人类历史就是一部运用和发展陶泥材料的演化史。陶泥3D打印让孩子零距离接触大地母亲，亲手使用各种工具，接触传承至今的古老工艺，并对机电控制和数字化智能制造有初步认识。

为后续学习初中物理物态变化、牛顿力学定律、高中化学硅酸盐材料、通用技术、金工实习、机械原理奠定基础，学有余力的同学还可以进行进一步探索，制作自己的科创作品。

土木与建造工程：从陶土到砖头，万丈高楼平地起

使用含多少水分的陶泥材料比较合适？为什么我的陶泥模型很容易垮掉？为什么沼泽地会“吃人”？为什么雨天不能走在泥地上？为什么大楼会沉降？通过亲手拌制陶泥材料，捏制模型，让同学对结构力学原理有直观认识。

同时，陶泥和黏土是常用建筑材料砖头的重要原料。他们的力学结构性能直接决定着房子的安全。

为后续学习初中物理学中的牛顿力学定律、物态变化、胡克定律，以及更高深的材料力学、结构力学、土力学、岩石力学等内容奠定基础。

三维建模培养了学生的空间想象能力，空间立体视图关系是后续学习画法几何以及工程制图的重要基础，学有余力的同学可以继续探索三维建模软件，创造出更好看的建筑模型。

能源与动力工程：景德镇瓷窑的秘密

为什么陶瓷要经过高温烧制才能制成？美轮美奂的冰裂纹瓷器是如何制作出来的？为什么焙烧之后原本松软的陶泥变得硬邦邦？烧砖炼窑的背后蕴含着丰富的物理原理。

为后续学习初二物理上册第三章物态变化、初三化学元素周期表、初三化学化合物组成、高中化学硅酸盐材料奠定基础。

城市与环境工程：黄河水为什么是黄色的？

为什么黄河流过黄土高原之后水会变黄？为什么下雨天会发生泥石流？为什么我们要植树造林？小小陶泥模型中，蕴含着人类与自然和谐共生的梦想。陶泥材料可就地取材，废旧模型可以循环回收利用，低碳环保。陶泥3D打印与普通工程塑料3D打印不同，不需要加热熔化材料，也无需担心颗粒粉尘对学生身体造成的损害。

为后续学习初中化学元素周期表、高中生物必修三：稳态与环境、高中化学选修五：物质结构与性质等课程奠定基础。

Mathematics：数学——陶艺花瓶三维建模背后的立体几何原理

立体几何——空间想象的头脑风暴

学会正确选择和使用简易的制陶工具和材料的方法。尝试使用各种长短和粗细大小不同的 泥球、泥块，泥板、泥条进行平面或者立体的的点、线、面结合的表现活动。初步学会根据作品特点采用适合的陶艺造型方式创作作品。

在三维空间中建立实体的数字化模型，需要丰富的空间想象能力和计算机使用能力。通过制作三维模型花瓶，让孩子了解三维建模软件的最基础使用方法。

在三维建模软件中创建立方体、圆柱、圆锥、球体、棱柱、棱锥、四面体、圆环、楔形体等基本集合体，加深对空间立体的了解。

为后续学习小学五年级立体三视图、初中平面几何、欧式几何、高中必修二立体几何、高中选修五坐标变换，及更高深的拓扑学、计算机图形学奠定基础。

三维建模软件与计算机图形学——从点线面到三维动画

三维的点、线、面是如何确定的？三维组合体是怎样构成的？两个物体之间有什么联系？如何给他们赋予材质和颜色？如何做出漂亮的三维动画？一切问题的答案都包含在陶泥花瓶三维建模案例中。

常用三维建模软件基础使用方法：缩放、旋转、平移视角，拉伸、剪裁物体。

百度创始人李彦宏就是因为孩童时期受三维建模软件启发，励志投身于计算机图形学，最终在美国获得博士学位，回国创办了百度公司。

Art：艺术与历史——在瓶底书刻隶仿前朝的飘逸

陶艺承载的艺术与文化内涵：风从东方来

“白玉金边素瓷胎，雕龙描凤巧安排。玲珑剔透万般好，静中见动青山来。”——陶瓷是中国古代的伟大发明，早在一万年前的新石器时代，中华先民们就开始焙烧陶土、抟土造瓮。从秦砖汉瓦到唐三彩，从宋代五大名窑到明清景德镇的青花瓷、珐琅彩。在丝绸之路的漫漫驼铃声中，陶瓷成为遥远东方古国的象征，承载着中华民族的悠悠历史。在古代，外国人称中国为“瓷器之国”，英语中的“china”一词的另一个含义就是“瓷器”。从女娲抟土造人到上帝捏出亚当，从秦砖汉瓦到水泥混凝土，人类历史就是一部陶泥材料的演化史。弘扬传统文化、传承国粹瑰宝是每一个中华儿女义不容辞的责任。

“玩泥”是孩子的天性。在陶艺STEM系列课程、陶泥3D打印、陶泥花瓶三维建模案例中，将带领学生欣赏世界知名陶瓷作品，并鼓励他们亲手设计、制作自己的陶艺工艺品。比如在陶艺STEM系列课程的第一单元，就安排了如下教学内容：

中国古代陶器、瓷器欣赏：从半坡文化原始先民的陶罐，到秦汉瓦当，再到唐三彩、宋代五大名窑、景德镇青花瓷、明代宣德官窑、冰裂纹瓷器、清代珐琅瓷等。

现代陶瓷欣赏：威尼斯琉璃工艺、精细陶瓷、玻璃陶瓷、特种陶瓷。

创作你自己的陶艺品：亲吻大地母亲的馈赠

陶艺是人们用眼、脑、手、脚等各种器官综合调动所产生的可感可触的艺术。在陶艺系列课程中，通过让学生抱一抱陶土有多重，打一拳陶土有多柔，使之形成对陶土的量感和质感，再让学生亲一亲、闻一闻，陶土有什么气息，让学生亲近陶土，感受泥土的芳香、大自然的亲切，尔后让学生把陶土打平或垒高，滚圆或拉长，体验一种随心所欲、自由臆造的快感。当作品烧成后，让学生用手、小铁器轻轻敲一下陶器，聆听陶土发出的各种悦耳的响声，摸一摸陶器表面，接触烧制后的各种质感。在教学过程中，当学生塑造好一件作品，体会成功的喜悦和独创之美。

陶艺系列课程，基本让学生掌握捏塑挖空、泥条盘筑、泥板成型、拉坯成型四种陶艺成型的制作步骤以及简易的陶器器表装饰技巧，并能制作具有相应技术含量的陶艺品。

陶艺品三维建模：方寸之间，创造世界

学会常用三维建模软件基础使用方法：缩放、旋转、平移视角，拉伸、剪裁物体。之后学生可以自由创作，甚至制作三维动画。

，所以小学陶艺课应引导学生全身心投入到陶土及创造对象的体验之中，让学生感其质、掂其量、悟其质，才能激发学生创造出蕴有他们内心情感生命的陶艺作品来，因此，体验能够给学生带来对泥土的浓厚的情感，获得出乎意料的收获。

模型上色、涂饰：素胚勾勒出青花笔锋浓转淡

通过拉坯或者陶泥3D打印制作出模型之后，在模型上绘制花纹、涂饰。

为后续学习美术、绘画、雕塑、素描、艺术美学欣赏课程奠定基础。

三维空间的“神笔马良”——陶泥3D打印

通过三维建模实现快速智能制造，帮助学生成为将艺术灵感快速变为陶艺产品的“神笔马良”。

5、主要成果

1、校本课程研发与教材编写

开发了《儿童陶艺》和《淘泥巴》校本课程，编写了《儿童陶艺教学》、《生肖趣谈》、《软陶十二生肖》、《儿童陶艺教学》等教材。

2、展示与交流

• 2014年5月15日，由虹口区教育局主办，区青少中心和我校联合承办的“I LOVE CHIAN. 我爱瓷”青少年基地建设现场会在我校举行。孙婕老师进行了课堂展示，市区领导分别对项目建设给予了高度评价，并提出了殷切期望。

• 2015年4月，我校陶艺课程参展上海市教育博览会。

• 2014年和2015年暑假期间，凉城社区学生实践活动指导站将我校的陶艺课程在博雅网上进行了宣传，精彩的课程吸引了众多的学生家长和学生，通过网上报名，先后迎接了多批共百余名学生和家长来校参加实践体验活动。

6、案例1：陶艺骆驼模型制作

骆驼陶艺模型制作属于陶艺选修拓展性课程的第三单元：捏塑成型，这个单元的课程涵盖如下三个阶段：

第一阶段：熟悉泥条和泥球的制作方法。制作公鸡、骆驼、泥娃娃。

第二阶段：熟练掌握泥条的搓制方法。制作小蜗牛、陶罐、果盘、猫头鹰。

第三阶段：学会压印和凹凸法制作立体造型。制作花瓶挂饰、生日蛋糕、泥板花瓶、泥板建筑、泥板大象。

第一步：绘制草图，确定尺寸

首先要绘制草图，确定大概尺寸、材料用量。承重问题要从绘制设计图时就要想到，制作过程中要保证做到下重上轻，下大上小，陶泥用量比例平衡。

第二步：搓制泥球，抟土造型

第三步：半成品

第四步：最终完成

7、案例2：3D打印陶泥花瓶模型制作

预备工作：组装陶泥3D打印机

组装陶泥3D打印喷头

组装陶泥3D打印机

第一步：三维建模

可以使用Windows10自带的建议三维建模软件3DBuilder进行建模，也可以使用更专业的3dsmax等工具进行三维建模，也可以使用教师事先做好的三维模型。

三维建模软件基本操作

• 旋转、平移、缩放视角
• 导入、保存模型
• 创建基本几何模型：立方体、圆柱、棱柱、圆锥、棱锥
• 旋转、平移、缩放模型本身
• 增加颜色和材质

创建物体

赋予颜色、材质，进行三维渲染

第二步：将三维模型导入3D打印切片软件中

3D打印切片软件会根据模型轮廓智能生成喷头运动路线，还可设置填充率、支撑、打印速度等参数。

第三步：3D打印成型

第四步：对3D打印陶泥模型进行后处理

小心取下模型，静待风干

上釉、描绘、涂饰

陶艺工艺品包装

8、附件

附件百度网盘链接

课程大纲

凉城二小陶艺体验课程方案及大纲

教案（五篇）

• 变化的泥条
• 茶壶的制作
• 泥条小陶罐
• 泥娃娃的制作
• 小陶碗

教学案例记录（两篇）

• 泥条小陶罐——教学案例
• 走进陶艺世界——教学案例

教学评价（四篇）

• 评价1
• 评价2
• 评价3
• 陶艺概述

教学反思（三篇）

• 《手捏成型–茶壶的制作》教学反思
• 《手捏成型-小陶碗的制作》教学反思
• 《手捏成型-小熊猫的制作》教学反思

上课图片

课程进展过程中的难点

• 捏制过程中防止模型垮塌，模型后处理

  将两部分连接的地方先刮毛糙，再刷泥浆，然后保证不变形的基础上施力固定。外在接痕，用泥塑工具刮平。承重问题要从绘制设计图时就要想到，制作过程中要保证做到下重上轻，下大上小，陶泥用量比例平衡。

• 拉坯之前的拌水揉泥

• 上釉与上色

• 三维建模软件基本操作

我们常听到有的学生怕弄脏衣服遭家长批评而不敢放手去玩,有的学生因家中玩具太多而不屑去玩,而更多的学生面对考试的压力和父母的期望,无奈地放弃去玩；也有一部分学生不愿意动手，生怕做错。对于这样的学生，我们要鼓励他们，手把手引导他们感受陶艺的古老文化，让他们全身心投入到创作的世界中。

课程研发策划：张子豪（同济大学在读研究生，上海STEM云中心）

作者介绍：

张子豪，同济大学在读研究生。微信公众号 人工智能小技巧 运营者。致力于将人工智能、3D打印等前沿科技与STEM教育结合。目前正在制作《说人话的人工智能视频教程》、《零基础入门树莓派趣味编程》、《Python趣味编程二十例》等视频教程。已助力成都石室中学、成都温江中学、江苏南菁中学、上海凉城二小、重庆沙坪坝小学等中小学完成多个STEM教育课程研发策划。

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