资源简介

生活中的3D
【教材分析】
本课是一节3D建模的综合运用课，以设计、制作棋子为例解决生活中的实际问题，激发学生的创作热情。设计并制作棋子的过程包括前期测量、绘制草图、设计棋子、保存文件和切片打印这五个部分。
【学情分析】
本课的授课对象是五年级的学生，他们的生活经验比较丰富，通过前期的学习也有了一定的3D建模基础。教师在课堂中不仅仅要关注学生建模软件的学习，还要培养学生的动手能力和设计思维的培养。
【教学目标与要求】
学会在实体表面上制作文字的方法。
了解用3D打印技术解决生活中实际问题的过程与方法，培养学生计算思维能力。
通过制作棋子，在从设想到设计草图再到打印实物的过程中，培养学生的创新能力。
【教学重点与难点】
重点：
草图的组成，及绘制草图的方法。
掌握“投影”按钮及输入文字的使用方法。
难点：培养学生的设计思维，将想象变为实物。
【教学方法与手段】
讲授教学法、演示教学法、探究教学法。
【课时安排】
安排2课时。
【教学过程】
一、激趣导入
师：同学们你们喜欢下象棋吗？
象棋运动被誉为思维体操，很多同学都喜欢选择将象棋作为兴趣爱好。你们在玩象棋的时候遇到过丢失棋子的情况吗？
图1
这不，这位学生家里就丢失了一个象棋“車”，如果是你，你会怎么解决这个问题？
小组讨论，经验分享。
小组汇报：（1）重新买一副。（2）用其他东西替代丢失的棋子。（3）3D建模然后打印出来。
师生总结：大家的想法都很好，棋子造型简单，容易建模。今天我们就一起用3D打印的方法制作一个，用3D技术解决生活中的问题。
板书：生活中的3D
【设计意图】从解决生活中的实际问题出发，引出3D打印技术。将3D打印机定位于服务于我们生活的工具，有利于激发学生创作热情，产生对该软件深入探究的学习欲望，并培养学生的动手能力。
二、前期测量
师：要想让3D打印的棋子“以假乱真”，我们除了要选择适合颜色的耗材，还要精确测量棋子尺寸的大小。
师：我们需要知道棋子的哪些数据。
生：棋子的直径、高度。
师：我们可以借助直尺测量，如果想要更精确的数据可以使用游标卡尺。
生测量、并记录数值：主体直径（30 mm）、正面纹路直径（22 mm和 20 mm ）、高度（10 mm）、圆弧（3 mm）。
图2
【设计意图】在3D打印作品设计过程中加入测量的知识，让学生了解设计制作3D实物时，精确测量尺寸的重要性。
三、绘制设计图
师：设计图是记录、表达、传递设计意图和理念的开始，是设计制造过程中的重要环节。小到一部手机，大到一栋建筑，都是根据设计图纸进行制造或施工的。
师展示设计图实例。
师：掌握设计图的绘制方法是建好模型的重要基础。因为我们这颗棋子已经存在，我们只需绘制这颗棋子的草图即可，你会用什么方法绘制草图。
小组讨论，交流。
学生汇报：1. 手绘草图，2. 数码绘图软件：如“奇奕画王”。
师生总结：手绘草图易上手，方便快捷。但运用数码手绘制设计图便于修改，精确度高，也能更快捷的进行分享与交流。
请同学们根据小组的实际情况，合理选择绘制草图的方法。
提醒学生注意：在设计图当中标注好尺寸，如长度、直径等。
作品展示交流。
师生总结：一份高质量的平面图需要做到以下几点：
确保长宽尺寸比例的正确性，“奇奕画王”底图中的方格可以起到参照作用。
合理规范的标注很重要，它是后期建模的数据标准。
线条要流畅清晰才能准确表达出自己的设计意图。
【设计意图】在绘制设计图的过程中就能够体现学生的设计思维，教师一定要关注学生的主体性，允许不同的声音，倾听学生的设计思路。
四、设计棋子
（一）分析模型结构
师：请同学们说一说，你准备按照什么顺序来设计棋子，分别需要哪些工具。
小组讨论，交流。
汇报总结：
制作棋子的主体轮廓，涉及“圆”工具、“拉动”工具。
将象棋的主体边线做圆角化处理，涉及“拉动”工具。
制作象棋的正面的凹槽及圆角化处理，涉及“圆”工具、“拉动”工具。
制作象棋文字“車”，涉及的工具未知。
（二）设计模型：绘制象棋主题
师：除了第四步制作文字我们没有学习过，前三步请大家运用前面所学习的知识进行建模。若有不明白的地方请大家参照课本前面所学内容。
生操作练习。
展示并评价学生作品
（三）制作象棋文字
师：从作品和操作演示可以看出，大家已经很熟练地将象棋的轮廓线条都设计完工。那如何在象棋的正面添加文字呢？在DSM中并不能直接输入文字，我们需要借助“投影”将注释平面中的文字投影到实体上。老师为大家准备了学件，供小组参考学习。
学生操作，教师巡视指导。
小组汇报，操作演示制作文字的方法。
师：通过我们的操作，有没有同学能够总结出“注释平面”有哪些特点？
生畅所欲言。
师小结：大家总结得非常到位，说明你在操作的过程中学会思考懂得反思，你真了不起！注释平面像漂浮在棋子主体上漂浮的透明薄膜，利用注释文本的功能可以实现文字的输入，但是并没有真正地输入在实体表面上，所有要借助“投影”工具，将文字以图形的方式投在实体表面上。
师：除了可以将文字以图形的方式投到实体表面，还可以将文字、图形输入绘制在栅格图上，投影到弧面或者球面上进行建模。
【设计意图】前三步涉及的技能都是前面学习过的内容，教师在实际教学过程中可以采用小组合作的方式，让学生自主探究进行个性化设计。制作文字是本节课的重难点，教师可以提供微视频或动画等学件让学生自主尝试学习，但是学生的能力水平参差不齐，教师可以发挥“小老师”的作用，让已经掌握的学生去教有困难的学生，并给予适当的鼓励。
五、文件保存
师：要想让3D打印机打印出设计好的棋子，我们还要对模型进行分层切片。所以我们需要将文件保存为相应的格式，“OBJ”和“STL”是3D打印机常用的切片格式。
保存文件，将文件名设为“棋子”，并选择文件类型为“OBJ”。
学生操作。
六、切片打印
师：要想让3D打印机成功打印出实体来，我们还要用切片软件将我们建好的模型进行分层切片，再将切片后的文件输入给3D打印机进行打印。目前使用比较广泛且操作便捷的切片软件有“Cura”“MakerWare”等。
师向学生展示“Cura”的切片过程。
师：要想确保打印的象棋手感与之前没什么太大的区别，要估算象棋的质量，在切片软件中设置打印的填充度。
将切片完的文件进行打印。
师：请同学们让观察下，打印出的象棋和原来的象棋有什么区别。
生：象棋文字颜色不一样。
师：请大家为象棋中的文字涂上相应的颜色。
这样我们的象棋就制作成功啦！
【设计意图】教材没有做深入的探究，更倾向于一种普及介绍。教师可以根据实际情况做适当的拓展和展示，也可以带领学生后续做更加深入的学习研究。
七、总结提升
师：我们通过3D建模打印出了象棋，让3D打印技术走进生活，让我们的生活更加便捷的同时充满了创意，请同学们结合本节课谈一谈你的收获和感想。
师：要想利用3D技术创意服务于生活中，就像我们今天设计的棋子一样，要经历“发现需求——思考分析——构思测量——设计建造——修改完善”等过程，需要我们像设计师一样去思考问题，把握好每一个环节。在我们实际生活中，不仅可以使用3D设计棋子，看，我们还可以设计美美的皇冠、漂亮的梅瓶、可爱的饼干模具……老师相信大家只要做个有心人，留心身边的实物，学会思考，你也能将我们的想象创作出来。
图3

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