资源简介

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体验三维设计 教学设计
课题 体验三维设计 单元 畅想未来世界——新技术与创意设计 学科 初中信息技术 年级 八年级
教材分析 教材内容丰富，结构清晰，通过介绍三维设计及其在各个领域的应用，让学生初步了解并体验三维设计的魅力。活动设计循序渐进，从了解三维设计开始，到明确任务、初步设计，再利用三维设计软件建立模型，最后完善模型并3D打印实现，形成了一个完整的学习过程。教材中的数字化学习环节，鼓励学生利用网络资源自主学习，拓展知识面。同时，说说做做的部分，强调了学生的实践与体验，提升了学生的动手能力。整体而言，该教材既注重知识的传授，又重视技能的培养，使学生在实践中学习，在学习中实践，达到了知行合一的教学效果。此外，通过我国航天事业的成就和3D打印技术的应用实例，激发了学生的爱国情感和对未来科技的向往。
学习目标 信息意识：学生能够理解三维设计在现代社会中的重要性和应用价值，认识到信息技术对设计行业的深远影响。计算思维：学生能够通过分析火箭模型的特征，拆解问题，并采用合适的建模方法和顺序来解决实际问题。学生在建立火箭模型的过程中，能够运用逻辑思维和抽象思维，合理规划设计步骤，优化模型结构。数字化学习与创新：学生能够利用网络资源自主学习三维设计和3D打印的相关知识，提高数字化学习能力。学生在设计过程中能够发挥创意，尝试不同的设计方法和技巧，制作出具有个性的火箭模型。信息社会责任：学生通过了解三维设计和3D打印技术在航空航天、医疗等领域的应用，认识到科技对社会发展的推动作用，激发爱国情感和社会责任感。
重点 重点在于培养学生运用三维设计软件进行建模的能力，以及了解并操作3D打印技术来将设计理念变为现实。通过学习，学生应能够独立完成火箭模型的设计，并理解设计过程中的关键要素，如比例、结构和美观性。此外，学生还需掌握如何优化模型以实现3D打印的效果最佳化。
难点 难点则在于将设计理念与实际操作相结合，学生在初次接触三维设计和3D打印技术时可能会遇到操作上的困难。同时，如何在设计中平衡美观性、实用性和可实现性，对于初学者来说也是一个挑战。此外，3D打印过程中的各种参数设置，如层厚、填充密度等，也会影响到打印效果，这需要学生在实践中不断摸索和学习。因此，本课需要学生通过多次实践和反思，逐步掌握三维设计和3D打印的核心技能。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 计算机的使用对设计行业产生了巨大影响，三维设计作品在生活中已经很常见，如三维动画电影、3D游戏等。本活动中，将初步了解三维设计，并设计、制作一个简单的火箭模型，用作品实现创意。 了解本次活动主题。 激发学生对三维设计的兴趣，通过设计火箭模型，让学生体验创意变为现实的乐趣。
讲授新课 一、了解三维设计随着技术的不断发展，三维设计已广泛应用于娱乐、建筑、制造、医学、教育、军事等诸多领域。在电影院里，人们能欣赏到逼真的3D动画电影(图3-2-1),沉浸在立体世界里。说说做做比较二维动画电影和三维动画电影，说说它们各自的特点。在建筑设计领域，设计师使用三维设计软件绘制3D建筑设计图，并利用3D打印机制作实物建筑模型，既能有效提高设计效率，又能保证设计作品的视觉效果，方便交流与展示。还可以用虚拟现实技术制作建筑漫游动画，让人们能够在虚拟的三维环境中，以动态交互的方式对未来的建筑进行全方位的审视。数字化学习上网查找并观看建筑漫游动画，感受其特点和作用。提示板在虚拟现实技术和增强现实技术的各种应用中大量使用了三维设计及相关技术，这使得人们的体验更加真实。在航空航天、汽车制造等领域，三维设计正发挥着越来越重要的作用。近年来，3D打印与传统制造业的深度结合给工业生产带来了巨大的改变(图3-2-3)。以飞机和汽车零件的生产为例，过去是大规模生产统一标准的零件，现今，制造厂商可以按照客户的需求利用3D打印机进行小批量生产。提示板3D打印又称增材制造，是一种由三维模型直接得到实物的制造方式，实现过程是把模型进行分层，然后逐层累积打印完成产品制造。3D打印技术过去常用于制造模型，现在逐渐用于产品的直接制造。扩展学习——3D打印技术主要类型1.熔融沉积建模（Fused Deposition Modeling，FDM）：原理：通过将热塑性材料（如PLA、ABS等）加热熔化，然后通过喷头将材料挤出并层层堆叠，从而构建出三维实体。优点：成本低廉、材料多样、适用于制造大型物体、使用简单。缺点：表面质量不高、打印速度较慢、需要支撑结构、精度有限。2.光固化成型（Stereolithography，SLA）：原理：使用紫外线光束将液态光敏树脂逐层固化，从而构建出三维物体。优点：高精度、高分辨率、表面光滑，适用于珠宝、模型制作和医疗领域。缺点：材料成本较高、打印过程中需要避免紫外线暴露、后处理可能较复杂。3.选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS）：原理：通过激光束选择性地烧结粉末材料（如塑料、金属、陶瓷等），层层堆叠形成三维实体。优点：材料选择多样、无需支撑结构、适用于复杂形状和内部结构的打印。缺点：设备成本较高、打印过程中可能会产生有害气体、后处理需要去除未烧结的粉末。4.数字光处理技术（Digital Light Processing，DLP）：原理：与SLA类似，但使用数字光投影仪来固化整个层面的树脂，而非逐点固化。优点：打印速度快、精度高、适用于小批量生产和定制产品。缺点：材料成本较高、设备成本和维护成本也相对较高。5.三维印刷（Three-Dimensional Printing，3DP）：原理：通过将粉末材料（如石膏粉末）与粘合剂结合，层层堆叠并粘合形成三维实体。优点：成本非常低、适用于快速原型制作和概念验证。缺点：精度和强度相对较低、不适用于制造承重或高性能部件。6.电子束成形（Electron Beam Melting，EBM）：原理：使用电子束熔化金属粉末，层层堆叠形成金属部件。优点：适用于制造高强度、高温和高精度的金属部件，如航空发动机零件等。缺点：设备成本和维护成本非常高、打印过程中需要高真空环境。数字化学习上网调查3D打印的各种应用，并利用数字化工具分享调查结果。说说做做交流生活中还有哪些地方用到了三维设计及其相关技术，它们带来了哪些便利和改变。二、明确任务并初步设计1.明确任务2018年12月8日2时23分，中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器，开启了月球探测的新旅程。2019年1月3日，嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面，实现人类航天史上的伟大壮举。以下将参考我国的长征系列运载火箭(图3-2-4),尝试设计、制作一款运载火箭模型。提示板利用计算机软件设计火箭模型的过程就是三维建模的过程。这里的建模是指建立三维模型，一般要经历以下过程：绘制草图——分析特征——建立模型完善模型。数字化学习上网了解我国航天事业的成就，并收集我国发射的各种火箭的图片和视频。2.绘制草图设计模型的形状和材质，确定模型的各项尺寸，如长、宽、高、半径等。按照比例绘制草图，并标注对象的各参数尺寸。提示板一般可以利用计算机软件绘制草图，若不熟悉，可以手绘草图。3.分析特征对照草图，分析模型的特征，即拆解模型的各个部分，思考每个部分的建模方式和建模顺序。例如，可以将火箭模型拆解为火箭主体和助推器两个部分。火箭主体由三个圆柱体和一个圆锥体共四个结构组成，将它们按顺序依次搭建即可，如图3-2-5所示。助推器共有四个，可以先搭建一个助推器模型，再通过阵列的方式完成四个助推器模型，如图3-2-6所示。提示板在三维设计中，阵列是指将一个物体进行等间距或等角度的复制。说说做做参考收集的火箭资料，设计火箭模型，绘制草图，并完成特征分析。三、利用三维设计软件建立模型根据草图和特征分析，利用三维设计软件，选择合适的建模方式，按照一定顺序建立模型。在本例中，根据特征分析，可以先制作火箭模型的主体，然后搭建一个助推器，最后通过阵列的方式完成四个助推器的制作，得到如图3-2-7所示的火箭模型。提示板三维设计软件运行时比较占用内存资源，应及时备份和保存。还应根据模型的合理性和复杂程度，及时对模型进行调整和细化。1.制作火箭模型的主体和一个助推器制作图3-2-7上的火箭模型的主体，其主要步骤如下。(1)打开某三维设计软件，选择“基本实体”中的“圆柱”工具，选择网格面作为放置面，并设置圆柱半径20mm,高120mm,如图3-2-8所示。(2)选择“基本实体”中的“圆柱”工具，选择圆柱顶面中心作为放置面，并设置圆柱半径为25mm,高10mm,选择“加运算”,如图3-2-9所示。(3)添加半径为20mm,高60mm的圆柱。再选择“基本实体”中的“圆锥体”工具，选择圆柱顶面中心作为放置面，选择“加运算”,并设置圆锥体底面半径20mm,高70mm,如图3-2-10所示。说说做做1.参照图3-2-7,制作一个助推器。2.如图3-2-7所示，火箭主体和助推器之间通过两个小圆柱体连接。为了利于后期用3D打印机打印一个整体的模型，连接用的小圆柱体是插入到大圆柱中的，效果见图3-2-11。尝试利用软件的帮助或自行查找资料，使两个柱体相交，并优化自己制作的助推器，将其和火箭主体连接起来。2.利用“阵列”工具复制助推器完成火箭模型的一个助推器后，可以选择“基本编辑”中的“阵列”工具，再选择“圆形”并选择圆柱体轴线方向作为阵列方向，将助推器进行阵列，即实现四个助推器，如图3-2-12所示。提示板利用“阵列”工具可以复制模型。阵列工具包括线性阵列和圆形阵列。线性阵列可以将模型按照一定方向复制摆放，需要确定每个方向复制的数目及每个模型的间距；圆形阵列可以将模型绕一根轴按一定半径旋转复制摆放，需要确定旋转轴、复制的数目和旋转角度。说说做做1.使用三维设计软件制作火箭模型，在小组里交流总结自己遇到的困难及解决办法。2.三维建模时，许多模型的制作方法并不唯一，在小组里交流各自在建立火箭模型时用到的不同方法。数字化学习上网了解更多的三维建模操作方法。知识链接三维设计软件三维设计是建立在平面和二维设计基础上的一种更立体化、更形象化的设计方法。常见的三维设计软件有3Done、Sketchup、Inventor、3dsMax、Maya等。如图3-2-13所示，三维设计软件界面上除了有菜单栏、工具栏等外，还有工作区、三维坐标系以及一些可以根据需求添加的自定义模块。创建三维模型的两种常见方法1.利用二维平面图形创建三维模型传统的三维建模方法都是先绘制二维平面图形，再对二维平面进行拉伸、旋转等，创建出三维模型。例如，创建一个三棱柱(长、宽、高分别为30cm、50cm、50cm),其方法如下。（1）利用“草图绘制”中的“多段线”工具，选择网格面作为放置面，绘制一个封闭的二维图形——三角形，如图3-2-14所示。（2）选择“特征造型”中的“拉伸”工具，选择网格面作为放置面，再选择轮廓或者平整面，设置要拉伸的距离，将三角形拉伸为三棱柱，如图3-2-15所示。2.利用基本实体创建模型如今，三维设计软件不断优化，其中预存了很多基本的三维模型，用户可以直接修改这些基本实体的尺寸，创建需要的模型。例如，创建一个长方体(长、宽、高分别为20cm、30cm、40cm),其方法非常简单：选择“基本实体”中的“六面体”工具，选择网格面作为放置面，再分别设置六面体长宽高的尺寸，即可完成长方体的创建，如图3-2-16所示。四、完善模型并3D打印实现1.完善模型给模型进行渲染美化，添加材质和灯光等效果，完善模型，如图3-2-17是利用“材质渲染”工具给模型渲染上有金属光泽的银白色。2.3D打印实现有条件的，可以尝试用3D打印机制作作品(图3-2-18)。数字化学习查看自己所使用的3D打印机型号，上网了解其使用方法和注意事项。3D打印机是通过层层喷料堆叠制造实物的，因此需要先对模型进行切片处理，将虚拟三维数据转换成实体，然后打印。由于3D打印机无法直接打印模型文件，打印前还需要转换文件格式。3D打印的具体方法如下。(1)转换文件格式通用的3D打印格式有STL、OBJ、AMF、3MF。如图3-2-19所示，在三维设计软件的菜单栏中选择“导出”,再依据打印机切片软件的要求选择合适的文件格式。(2)对模型进行切片首先，打开切片软件，点击3D浏览窗口左上角的load键，加载模型文件。其次，选择模型，根据机器大小调整模型大小和打印方向，再根据模型特点设置切片层高、壁厚等参数(具体参考3D打印机的参数),如图3-2-20所示。最后，预览打印路径和打印时间(图3-2-21),在SD卡上保存切片文件。(3)打印切片文件打开3D打印机电源，将SD卡插入3D打印机的SD卡槽内，识别文件后，3D打印机开始工作。提示板在打印过程中要注意观察3D打印机的工作情况，尤其观察吐丝状况，打印材料不能过紧。打印过程中电源不能中断。如果3D打印机产生故障，要及时关闭机器检查问题。知识链接3D打印与智能制造3D打印又称增材制造，是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，将对传统的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合产生深刻影响，是制造业有代表性的颠覆性技术。世界各国纷纷将增材制造作为未来产业发展新的增长点重点培育，推动增材制造技术与信息网络技术、新材料技术、新设计理念的加速融合，力争抢占未来科技和产业制高点。我国高度重视增材制造产业，将其作为《中国制造2025》的发展重点。近年来，增材制造技术广泛应用在航空航天、汽车、医疗、文化创意、创新教育等众多领域，越来越多的企业将其作为技术转型方向，用于突破研发瓶颈或解决设计难题，助力智能制造、绿色制造等新型制造模式。例如，C919大型客机是我国按照国际民航规章自行研制、具有自主知识产权的大型喷气式民用飞机(图3-2-22),在研发和制造过程中，应用了3D打印钛合金零件，从而降低飞机的结构重量，延长使用寿命，提高燃油的经济性。C919装载有28件3D打印的钛金属舱门件，两件风扇进气入口构件。又如，传统义齿的制作从取模到寄至义齿加工厂由技师进行手工制作，工序多达10多道，人力成本极高，制作周期需要一周左右。而3D打印义齿(图3-2-23),只需医生用口腔扫描仪采集患齿的三维数据，传至义齿加工厂就可打印，再通过烤瓷即可成为直接使用的义齿。目前国内的3D打印牙齿、骨骼修复技术已经成熟，在各大骨科医院、口腔医院快速普及。 了解三维设计的应用场景。和同学交流二维动画电影和三维动画电影的特点。了解3D打印技术及其应用。学习3D打印技术主要类型。了解三维设计任务——火箭模型设计。了解三维设计的一般过程。利用三维设计软件建立火箭模型。使用三维设计软件完成火箭主体和助推器设计。使用三维设计软件的“阵列”工具完成火箭其余助推器设计。使用美化工具完善模型。学习3D打印的具体方法。了解3D打印与智能制造发展现状与趋势。 通过介绍三维设计在多个领域中的广泛应用，激发学生对三维设计技术的兴趣，同时让学生通过了解三维设计对当代社会、科技、生活的影响，认识到学习和掌握三维设计技术的重要性。通过以设计运载火箭模型为任务，引导学生了解并掌握三维设计的基本流程和技巧。通过明确任务、绘制草图、分析特征等环节，不仅培养了学生的空间想象力和创新设计能力，还激发了学生对我国航天事业的兴趣和热爱，进一步提升了学生的实践操作能力。通过实践操作，学习利用三维设计软件建立模型的基本技能。通过具体案例——火箭模型的制作，让学生掌握从草图设计到三维建模的全过程，培养其空间想象力和创新实践能力。同时，通过小组合作与交流，提升学生解决问题的能力，激发学生对三维设计与建模的兴趣。通过完善三维模型并进行3D打印，让学生体验从虚拟设计到实体制作的完整过程。通过实际操作3D打印机，加深学生对现代制造技术的理解，培养其创新实践能力和技术应用能力。同时，通过介绍3D打印在各个领域的应用，激发学生对科技创新和智能制造的兴趣。
课后练习 1.使用3D One软件设计一款水杯，水杯样式如图所示。2.使用3D One软件设计一个糖葫芦，糖葫芦样式如图所示。 独立完成课后练习，并和同学交流设计方法。 通过课后练习，巩固三维模型设计方法。
课堂小结 组织学生分小组总结本课学习内容，请每个小组代表说说自己小组总结的结果。教师做最后的补充。参考：通过本节课的学习，我们深入了解了三维设计和3D打印技术的结合应用。同学们亲手设计了火箭模型，并通过3D打印技术将其变为现实，体验了从设计到实现的完整过程。这不仅锻炼了大家的实践操作能力，还激发了创新思维。在操作过程中，同学们不断优化设计方案，积极解决遇到的问题，展现出了良好的学习态度。通过本课，希望大家能更加深刻地认识到信息技术在设计领域的重要作用，并在未来的学习和生活中不断探索、勇于创新。同时，也要牢记信息社会责任，尊重知识产权，合理使用技术，为社会的科技进步贡献力量。 在小组讨论基础上，推选代表总结本课学习内容。其他小组做补充总结。 学生自己总结学习内容是一种学习方法，每次课可以梳理出学习了哪些知识、技能方法和思维方式，在头脑中形成本课程的学科结构。
板书 从教师板书上归纳本课学习内容的重点。 通过板书，帮助学生形成本课学习内容思维导图。
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体验三维设计
沪科版八年级下册
内容总览
目录
01
05
03
02
04
06
学习目标
新知导入
了解三维设计
明确任务并初步设计
利用三维设计软件建立模型
完善模型并3D打印实现
07
板书设计
09
课后作业
08
课堂总结
教学目标
信息意识
学生能够理解三维设计在现代社会中的重要性和应用价值，认识到信息技术对设计行业的深远影响。
计算思维
学生能够通过分析火箭模型的特征，拆解问题，并采用合适的建模方法和顺序来解决实际问题。学生在建立火箭模型的过程中，能够运用逻辑思维和抽象思维，合理规划设计步骤，优化模型结构。
数字化学习与创新
学生能够利用网络资源自主学习三维设计和3D打印的相关知识，提高数字化学习能力。学生在设计过程中能够发挥创意，尝试不同的设计方法和技巧，制作出具有个性的火箭模型。
信息社会责任
学生通过了解三维设计和3D打印技术在航空航天、医疗等领域的应用，认识到科技对社会发展的推动作用，激发爱国情感和社会责任感。
新知导入
计算机的使用对设计行业产生了巨大影响，三维设计作品在生活中已经很常见，如三维动画电影、3D游戏等。本活动中，将初步了解三维设计，并设计、制作一个简单的火箭模型，用作品实现创意。
新知讲解
一、了解三维设计
随着技术的不断发展，三维设计已广泛应用于娱乐、建筑、制造、医学、教育、军事等诸多领域。在电影院里，人们能欣赏到逼真的3D动画电影,沉浸在立体世界里。
新知讲解
比较二维动画电影和三维动画电影，说说它们各自的特点。
说说做做
参考：二维动画电影以平面图像为基础，画面简洁，色彩鲜明，能够突出表现事物的特点和情感。这类动画制作周期相对较短，适合快速制作与发布，且能充分发挥创作者的艺术风格。三维动画电影则展现出真实、详细的立体效果，具有卓越的影像表现和生动的场景再现能力。它能模拟现实世界中的物理和光影效果，如阴影、反射等，使画面更加逼真，给观众带来更完整的视觉体验。
一、了解三维设计
新知讲解
一、了解三维设计
在建筑设计领域，设计师使用三维设计软件绘制3D建筑设计图，并利用3D打印机制作实物建筑模型，既能有效提高设计效率，又能保证设计作品的视觉效果，方便交流与展示。还可以用虚拟现实技术制作建筑漫游动画，让人们能够在虚拟的三维环境中，以动态交互的方式对未来的建筑进行全方位的审视。
新知讲解
上网查找并观看建筑漫游动画，感受其特点和作用。
数字化学习
参考：建筑漫游动画让我仿佛身临其境地置身于未来或历史的建筑之中。这种动画以三维立体方式呈现建筑全貌，使观众能直观了解建筑的每一个细节。它融合了技术与艺术的优点，不仅展示了建筑的美，还让人们感受到设计的巧思与匠心。观看时，我仿佛在建筑中自由穿梭，每一个场景都栩栩如生，令人仿佛能触摸到建筑的质感。这种沉浸式的体验让我更加深入地理解了建筑设计的精妙之处，感受到了建筑漫游动画的独特魅力和实用价值。
一、了解三维设计
新知讲解
在虚拟现实技术和增强现实技术的各种应用中大量使用了三维设计及相关技术，这使得人们的体验更加真实。
提示板
一、了解三维设计
在航空航天、汽车制造等领域，三维设计正发挥着越来越重要的作用。近年来，3D打印与传统制造业的深度结合给工业生产带来了巨大的改变。以飞机和汽车零件的生产为例，过去是大规模生产统一标准的零件，现今，制造厂商可以按照客户的需求利用3D打印机进行小批量生产。
新知讲解
3D打印又称增材制造，是一种由三维模型直接得到实物的制造方式，实现过程是把模型进行分层，然后逐层累积打印完成产品制造。3D打印技术过去常用于制造模型，现在逐渐用于产品的直接制造。
提示板
一、了解三维设计
新知讲解
1.熔融沉积建模（Fused Deposition Modeling，FDM）：
原理：通过将热塑性材料（如PLA、ABS等）加热熔化，然后通过喷头将材料挤出并层层堆叠，从而构建出三维实体。
优点：成本低廉、材料多样、适用于制造大型物体、使用简单。
缺点：表面质量不高、打印速度较慢、需要支撑结构、精度有限。
扩展学习——3D打印技术主要类型
一、了解三维设计
新知讲解
2.光固化成型（Stereolithography，SLA）：
原理：使用紫外线光束将液态光敏树脂逐层固化，从而构建出三维物体。
优点：高精度、高分辨率、表面光滑，适用于珠宝、模型制作和医疗领域。
缺点：材料成本较高、打印过程中需要避免紫外线暴露、后处理可能较复杂。
扩展学习——3D打印技术主要类型
一、了解三维设计
新知讲解
3.选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS）：
原理：通过激光束选择性地烧结粉末材料（如塑料、金属、陶瓷等），层层堆叠形成三维实体。
优点：材料选择多样、无需支撑结构、适用于复杂形状和内部结构的打印。
缺点：设备成本较高、打印过程中可能会产生有害气体、后处理需要去除未烧结的粉末。
扩展学习——3D打印技术主要类型
一、了解三维设计
新知讲解
4.数字光处理技术（Digital Light Processing，DLP）：
原理：与SLA类似，但使用数字光投影仪来固化整个层面的树脂，而非逐点固化。
优点：打印速度快、精度高、适用于小批量生产和定制产品。
缺点：材料成本较高、设备成本和维护成本也相对较高。
扩展学习——3D打印技术主要类型
一、了解三维设计
新知讲解
5.三维印刷（Three-Dimensional Printing，3DP）：
原理：通过将粉末材料（如石膏粉末）与粘合剂结合，层层堆叠并粘合形成三维实体。
优点：成本非常低、适用于快速原型制作和概念验证。
缺点：精度和强度相对较低、不适用于制造承重或高性能部件。
扩展学习——3D打印技术主要类型
一、了解三维设计
新知讲解
6.电子束成形（Electron Beam Melting，EBM）：
原理：使用电子束熔化金属粉末，层层堆叠形成金属部件。
优点：适用于制造高强度、高温和高精度的金属部件，如航空发动机零件等。
缺点：设备成本和维护成本非常高、打印过程中需要高真空环境。
扩展学习——3D打印技术主要类型
一、了解三维设计
新知讲解
上网调查3D打印的各种应用，并利用数字化工具分享调查结果。
数字化学习
一、了解三维设计
参考：经过上网调查，我发现3D打印技术在多个领域有广泛应用。在医疗领域，它被用于制作定制的假肢、牙齿和骨骼；在建筑领域，建筑师利用3D打印制作复杂的建筑模型；在航空航天领域，它甚至被用来打印飞机零件。此外，艺术、设计、教育等领域也广泛应用3D打印技术。这一技术因其定制化、精确性和快速成型的优势，正逐渐改变我们的生产与生活。我已将这些调查结果通过数字化工具制作成图表，直观地展示了3D打印在各行业的应用比例，并分享到了社交媒体上，以便更多人了解这一技术的魅力和潜力。
新知讲解
交流生活中还有哪些地方用到了三维设计及其相关技术，它们带来了哪些便利和改变。
说说做做
一、了解三维设计
参考：在我们的日常生活中，三维设计及其相关技术无处不在，它们极大地改变了我们的生活方式。比如，家居设计中，利用三维设计软件可以轻松实现家居布局预览，帮助客户更直观地选择适合自己的设计方案。在购物时，3D试衣技术让我们能在购买前就看到自己穿上新衣服的效果。而在游戏和娱乐产业，三维动画和虚拟现实技术为我们提供了沉浸式的体验。三维设计不仅带来了视觉上的享受，还提高了我们的生活效率和购物体验。
新知讲解
2018年12月8日2时23分，中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器，开启了月球探测的新旅程。2019年1月3日，嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面，实现人类航天史上的伟大壮举。以下将参考我国的长征系列运载火箭,尝试设计、制作一款运载火箭模型。
明确任务
二、明确任务并初步设计
新知讲解
利用计算机软件设计火箭模型的过程就是三维建模的过程。这里的建模是指建立三维模型，一般要经历以下过程：
提示板
二、明确任务并初步设计
绘制草图——分析特征——建立模型完善模型。
新知讲解
上网了解我国航天事业的成就，并收集我国发射的各种火箭的图片和视频。
数字化学习
二、明确任务并初步设计
参考：我国航天事业取得了巨大成就。迄今为止，已成功发射了众多卫星，包括通信、气象、资源等各类卫星，为国家的经济和社会发展提供了重要支持。同时，载人航天项目也取得了重大进展，神舟系列飞船成功实现了多人多天飞行。在探索太空方面，我国已成功实施了嫦娥、天问等深空探测项目。为支持这些任务，我国发展了长征系列、快舟系列等多种运载火箭。在网上搜索这些火箭的发射图片和视频，可以感受到我国航天的壮丽画卷。
新知讲解
设计模型的形状和材质，确定模型的各项尺寸，如长、宽、高、半径等。按照比例绘制草图，并标注对象的各参数尺寸。
绘制草图
二、明确任务并初步设计
一般可以利用计算机软件绘制草图，若不熟悉，可以手绘草图。
提示板
新知讲解
对照草图，分析模型的特征，即拆解模型的各个部分，思考每个部分的建模方式和建模顺序。例如，可以将火箭模型拆解为火箭主体和助推器两个部分。火箭主体由三个圆柱体和一个圆锥体共四个结构组成，将它们按顺序依次搭建即可，如图所示。助推器共有四个，可以先搭建一个助推器模型，再通过阵列的方式完成四个助推器模型，如图所示。
分析特征
二、明确任务并初步设计
新知讲解
在三维设计中，阵列是指将一个物体进行等间距或等角度的复制。
提示板
二、明确任务并初步设计
参考收集的火箭资料，设计火箭模型，绘制草图，并完成特征分析。
说说做做
新知讲解
参考
二、明确任务并初步设计
特征分析
三级结构：火箭采用三级结构，每级都有自己的燃料箱和发动机。这种设计可以在飞行过程中逐级抛弃，减轻重量，提高飞行效率。
整流罩：位于火箭头部的整流罩可以保护内部载荷，在火箭飞出大气层后，整流罩会被抛弃。
稳定翼：火箭中部设计有稳定翼，用于在飞行过程中保持火箭的稳定性。
新知讲解
根据草图和特征分析，利用三维设计软件，选择合适的建模方式，按照一定顺序建立模型。在本例中，根据特征分析，可以先制作火箭模型的主体，然后搭建一个助推器，最后通过阵列的方式完成四个助推器的制作，得到如图所示的火箭模型。
三、利用三维设计软件建立模型
新知讲解
三、利用三维设计软件建立模型
三维设计软件运行时比较占用内存资源，应及时备份和保存。还应根据模型的合理性和复杂程度，及时对模型进行调整和细化。
提示板
新知讲解
三、利用三维设计软件建立模型
(1)打开某三维设计软件，选择“基本实体”中的“圆柱”工具，选择网格面作为放置面，并设置圆柱半径20mm,高120mm,如图所示。
制作火箭模型的主体和一个助推器
新知讲解
三、利用三维设计软件建立模型
(2)选择“基本实体”中的“圆柱”工具，选择圆柱顶面中心作为放置面，并设置圆柱半径为25mm,高10mm,选择“加运算”,如图所示。
制作火箭模型的主体和一个助推器
新知讲解
三、利用三维设计软件建立模型
(3)添加半径为20mm,高60mm的圆柱。再选择“基本实体”中的“圆锥体”工具，选择圆柱顶面中心作为放置面，选择“加运算”,并设置圆锥体底面半径20mm,高70mm,如图所示。
制作火箭模型的主体和一个助推器
新知讲解
三、利用三维设计软件建立模型
1.参照右图,制作一个助推器。
2.如图所示，火箭主体和助推器之间通过两个小圆柱体连接。为了利于后期用3D打印机打印一个整体的模型，连接用的小圆柱体是插入到大圆柱中的，效果见图。尝试利用软件的帮助或自行查找资料，使两个柱体相交，并优化自己制作的助推器，将其和火箭主体连接起来。
说说做做
新知讲解
三、利用三维设计软件建立模型
完成火箭模型的一个助推器后，可以选择“基本编辑”中的“阵列”工具，再选择“圆形”并选择圆柱体轴线方向作为阵列方向，将助推器进行阵列，即实现四个助推器，如图所示。
利用“阵列”工具复制助推器
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三、利用三维设计软件建立模型
利用“阵列”工具可以复制模型。阵列工具包括线性阵列和圆形阵列。线性阵列可以将模型按照一定方向复制摆放，需要确定每个方向复制的数目及每个模型的间距；圆形阵列可以将模型绕一根轴按一定半径旋转复制摆放，需要确定旋转轴、复制的数目和旋转角度。
提示板
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三、利用三维设计软件建立模型
使用三维设计软件制作火箭模型，在小组里交流总结自己遇到的困难及解决办法。
说说做做
参考：在制作火箭模型的过程中，我遇到了几个困难。首先，对软件的熟悉程度不够，导致操作不熟练。我通过观看教程和多次实践，逐渐掌握了软件的使用方法。其次，模型的比例和细节难以把握。我通过查找相关资料，仔细研究真实火箭的设计，逐步调整了模型的比例和细节。最后，在材质和贴图的选择上遇到了一些困难，我尝试多种材质和贴图组合，最终找到了满意的效果。在小组交流中，我分享了这些经验，也学到了其他成员的解决方法，收获颇丰。
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三、利用三维设计软件建立模型
三维建模时，许多模型的制作方法并不唯一，在小组里交流各自在建立火箭模型时用到的不同方法。
说说做做
参考：在建立火箭模型时，我们小组成员采用了不同的方法。有的同学选择从火箭的底部开始建模，逐步向上构建，注重每一部分的细节刻画；有的同学则先从整体形状入手，再细化局部，最后添加材质和贴图。我们在小组内进行了深入的交流和讨论，分享了各自的方法和技巧，大家互相学习、互相启发。通过这次交流，我们不仅拓宽了建模思路，还提高了建模效率和模型质量。
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三、利用三维设计软件建立模型
上网了解更多的三维建模操作方法。
数字化学习
参考：在使用3D One进行三维设计时，参照面的使用方法至关重要。首先，选择或创建一个参照面，这通常是一个平面或曲面，用于定位其他设计元素。接着，可以在参照面上绘制草图或放置其他三维对象，以确保它们的位置和方向正确。此外，参照面还可以用于切割、镜像或对齐其他对象，从而实现精确的设计布局。最后，通过调整参照面的位置或角度，可以灵活地修改整个设计。总之，参照面在3D One中是一个强大的工具，能帮助用户实现高效、准确的三维设计。
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三、利用三维设计软件建立模型
三维设计是建立在平面和二维设计基础上的一种更立体化、更形象化的设计方法。常见的三维设计软件有3Done、Sketchup、Inventor、3dsMax、Maya等。如图所示，三维设计软件界面上除了有菜单栏、工具栏等外，还有工作区、三维坐标系以及一些可以根据需求添加的自定义模块。
知识链接——三维设计软件
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三、利用三维设计软件建立模型
1.利用二维平面图形创建三维模型
传统的三维建模方法都是先绘制二维平面图形，再对二维平面进行拉伸、旋转等，创建出三维模型。例如，创建一个三棱柱(长、宽、高分别为30cm、50cm、50cm),其方法如下。
知识链接——创建三维模型的两种常见方法
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三、利用三维设计软件建立模型
（1）利用“草图绘制”中的“多段线”工具，选择网格面作为放置面，绘制一个封闭的二维图形——三角形，如图所示。
（2）选择“特征造型”中的“拉伸”工具，选择网格面作为放置面，再选择轮廓或者平整面，设置要拉伸的距离，将三角形拉伸为三棱柱，如图所示。
知识链接——创建三维模型的两种常见方法
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三、利用三维设计软件建立模型
2.利用基本实体创建模型
如今，三维设计软件不断优化，其中预存了很多基本的三维模型，用户可以直接修改这些基本实体的尺寸，创建需要的模型。例如，创建一个长方体(长、宽、高分别为20cm、30cm、40cm),其方法非常简单：选择“基本实体”中的“六面体”工具，选择网格面作为放置面，再分别设置六面体长宽高的尺寸，即可完成长方体的创建，如图所示。
知识链接——创建三维模型的两种常见方法
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四、完善模型并3D打印实现
给模型进行渲染美化，添加材质和灯光等效果，完善模型，如图是利用“材质渲染”工具给模型渲染上有金属光泽的银白色。
1.完善模型
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四、完善模型并3D打印实现
有条件的，可以尝试用3D打印机制作作品。
2.3D打印实现
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四、完善模型并3D打印实现
查看自己所使用的3D打印机型号，上网了解其使用方法和注意事项。
数字化学习
参考：我所使用的3D打印机型号为XX。经过上网了解，其使用方法：
准备3D模型文件，确保其格式支持打印机。选择适当的打印材料。
使用切片软件将模型转换为G代码。将G代码传输到打印机。
开始打印，并监控打印过程。
注意事项：
确保工作环境安全，防火、防水、保持通风。操作前检查设备是否损坏。
预热设备至适当温度。使用适宜的打印材料。
设定合理的打印分辨率。监控打印过程，及时处理异常情况。
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四、完善模型并3D打印实现
3D打印机是通过层层喷料堆叠制造实物的，因此需要先对模型进行切片处理，将虚拟三维数据转换成实体，然后打印。由于3D打印机无法直接打印模型文件，打印前还需要转换文件格式。3D打印的具体方法如下。
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四、完善模型并3D打印实现
(1)转换文件格式
通用的3D打印格式有STL、OBJ、AMF、3MF。如图3-2-19所示，在三维设计软件的菜单栏中选择“导出”,再依据打印机切片软件的要求选择合适的文件格式。
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四、完善模型并3D打印实现
(2)对模型进行切片
首先，打开切片软件，点击3D浏览窗口左上角的load键，加载模型文件。其次，选择模型，根据机器大小调整模型大小和打印方向，再根据模型特点设置切片层高、壁厚等参数(具体参考3D打印机的参数),如图所示。最后，预览打印路径和打印时间,在SD卡上保存切片文件。
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四、完善模型并3D打印实现
(3)打印切片文件
打开3D打印机电源，将SD卡插入3D打印机的SD卡槽内，识别文件后，3D打印机开始工作。
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四、完善模型并3D打印实现
在打印过程中要注意观察3D打印机的工作情况，尤其观察吐丝状况，打印材料不能过紧。打印过程中电源不能中断。如果3D打印机产生故障，要及时关闭机器检查问题。
提示板
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四、完善模型并3D打印实现
3D打印又称增材制造，是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，将对传统的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合产生深刻影响，是制造业有代表性的颠覆性技术。世界各国纷纷将增材制造作为未来产业发展新的增长点重点培育，推动增材制造技术与信息网络技术、新材料技术、新设计理念的加速融合，力争抢占未来科技和产业制高点。
知识链接——3D打印与智能制造
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四、完善模型并3D打印实现
我国高度重视增材制造产业，将其作为《中国制造2025》的发展重点。近年来，增材制造技术广泛应用在航空航天、汽车、医疗、文化创意、创新教育等众多领域，越来越多的企业将其作为技术转型方向，用于突破研发瓶颈或解决设计难题，助力智能制造、绿色制造等新型制造模式。
知识链接——3D打印与智能制造
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四、完善模型并3D打印实现
例如，C919大型客机是我国按照国际民航规章自行研制、具有自主知识产权的大型喷气式民用飞机,在研发和制造过程中，应用了3D打印钛合金零件，从而降低飞机的结构重量，延长使用寿命，提高燃油的经济性。C919装载有28件3D打印的钛金属舱门件，两件风扇进气入口构件。
知识链接——3D打印与智能制造
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四、完善模型并3D打印实现
又如，传统义齿的制作从取模到寄至义齿加工厂由技师进行手工制作，工序多达10多道，人力成本极高，制作周期需要一周左右。而3D打印义齿,只需医生用口腔扫描仪采集患齿的三维数据，传至义齿加工厂就可打印，再通过烤瓷即可成为直接使用的义齿。目前国内的3D打印牙齿、骨骼修复技术已经成熟，在各大骨科医院、口腔医院快速普及。
知识链接——3D打印与智能制造
课堂总结
通过本节课的学习，我们深入了解了三维设计和3D打印技术的结合应用。同学们亲手设计了火箭模型，并通过3D打印技术将其变为现实，体验了从设计到实现的完整过程。这不仅锻炼了大家的实践操作能力，还激发了创新思维。在操作过程中，同学们不断优化设计方案，积极解决遇到的问题，展现出了良好的学习态度。通过本课，希望大家能更加深刻地认识到信息技术在设计领域的重要作用，并在未来的学习和生活中不断探索、勇于创新。同时，也要牢记信息社会责任，尊重知识产权，合理使用技术，为社会的科技进步贡献力量。
板书设计
课后作业
使用3D One软件设计一款水杯，水杯样式如图所示。
01
使用3D One软件设计一个糖葫芦，糖葫芦样式如图所示。
02
谢谢
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