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    3D打印在小學拓展課程中的實踐應用

    2021-11-25 22:38:44宋嘉億
    教育周報·教研版 2021年38期
    關鍵詞:箭頭打印機菜單

    宋嘉億

    摘要:小學階段的3D打印課應著重于學生的設計能力,包括想象力、創(chuàng)造潛能的激發(fā),空間思維與邏輯思維的培養(yǎng),還有細節(jié)的觀察力等。可以從發(fā)現(xiàn)、解釋、構思、實驗和改進五個環(huán)節(jié)進行考慮。

    關鍵詞:3D打印? 創(chuàng)客? 拓展性課程

    3D打印,被譽為“第三次工業(yè)革命”,是基于增材制造法原理的一種高新技術,是快速成形技術的延續(xù)與發(fā)展,實現(xiàn)3D打印技術的關鍵是打印機和3D打印自由成形工藝。3D打印機通過噴頭來配送成形材料,按照設計的模型,講材料一層層逐步噴射于工作臺上,最終形成3D模型。

    3D打印技術實現(xiàn)了“設計即生產”的創(chuàng)想,具有快速生成的特點,不但能夠實現(xiàn)從零件設計到整體設計的跨越,而且所“打印”的產品,較之傳統(tǒng)方法所生產的產品具有更強的穩(wěn)固性、更精密的結構,支持更有創(chuàng)意的設計與生成,因此近年來在機械制造、生物醫(yī)藥、建筑設計、藝術創(chuàng)造等多個領域受到越來越多的關注,也漸漸走入了中小學的課堂。

    一、3D打印技術在小學教育中的現(xiàn)狀

    (1)硬件條件參差不齊。3D打印無疑是一門對硬件設備要求很高的課程,要開展課程,最基本的配備包括:3D打印機(一臺或多臺)、打印所需耗材以及相關的加工工具。市面上的3D打印機根據(jù)精度不同價格也不同,但總體來說價格較高,而且打印物品所需的耗材需要不斷補充,基本上同一個作品需要打印多次才能成功。況且,不同地區(qū)對于新興技術在小學教學中應用的重視程度不同,同一地區(qū)不同學校情況也不盡相同,導致經驗無法共享。

    (2)軟件選擇五花八門。3D打印的模型,需要在建模軟件中先設計好形狀與比例,再進行打印前的切片,如何才能進行打印。社會對于3D打印的敏銳度很高,一時間各種各樣的建模軟件如雨后春筍般涌出,有些老師會出現(xiàn)無法抉擇的情況。

    (3)教師素質有待提高。3D打印是新興技術,大部分中小學教師也仍舊處于學習階段,教學手段和目的仍處于淺表階段,大部分課程都是老師學習如何制作,然后教授如何制作,最后由學生模仿制作。

    二、3D打印在小學教學中的教學目的

    小學階段的3D打印課應著重于學生的設計能力,包括想象力、創(chuàng)造潛能的激發(fā),空間思維與邏輯思維的培養(yǎng),還有細節(jié)的觀察力等。它應致力于打通學生的想象世界、虛擬世界和現(xiàn)實世界三個維度,使學生自由地將腦海中的奇思妙想最大程度地展現(xiàn)出來。當然,這一教學目的的實現(xiàn)需要以熟練運用建模軟件為基礎。

    三、3D打印社團課設計框架

    在3D打印社團課堂中,設計軟件和3D打印機是技術基礎,想象、創(chuàng)造和設計構成了核心要素。所以社團課的教學過程,可以從發(fā)現(xiàn)、解釋、構思、實驗和改進五個環(huán)節(jié)進行考慮。

    發(fā)現(xiàn):學生有意識地觀察生活中的事物,落實到細節(jié),對物品有一個基本的結構劃分,同時預測設計作品可能會出現(xiàn)的問題,明確限制條件。善于利用網絡資源,搜集、辨識關鍵信息。

    解釋:在團隊中表達自己的想法,整理問題,提出可行的解決和調整方案。在表達自己想法的時候,要注意語言簡潔精煉,重點突出自己的創(chuàng)新點,并能夠聆聽隊友的設計想法,取長補短,完善自己的想法。

    構思:團隊成員一起制作草圖,擬定最佳設計方案。

    實驗:開始制作3D模型,在制作中明確分工,及時整理反饋意見,及時調整解決問題。

    反思:一次設計完成后,及時總結所遇到的問題、原因及解決方式,作為自己和他人的參考。

    3D打印社團教學的教學內容框架設計如下:(筆者在教學中使用的是123D Design。這是一款免費的3D CAD工具,可以使用一些簡單的圖形來設計、創(chuàng)建、編輯三維模型,或者在一個已有的模型上進行修改。123D Design打破了常規(guī)專業(yè)CAD軟件從草圖生成三維模型的建模方法,提供了一些簡單的三維圖形,通過對這些簡單圖形的堆砌和編輯生成復雜形狀。這種‘傻瓜式的建模方式感覺像是在搭積木,使學生能隨心所欲地建模。)

    課時

    內容

    1

    展示3D打印作品,解釋3D打印流程及原理,介紹硬件的操作方法,學習軟件的安裝操作、基本功能的實現(xiàn)。

    2-5

    學習基本功能操作,練習調整位置的精確度和熟練度

    5-15

    根據(jù)老師提出的開放式題目,分組自主設計作品

    15以后

    觀察生活,選擇自己最想做的內容,團隊合作制作并展示成果。

    四、教學設計案例——基本操作,做個糖葫蘆

    教學目標:認識界面,菜單,視圖工具,學會調整視角,移動物體,縮放物體,對齊物體,吸附工具。

    教學重點:基本幾何體菜單,學會利用現(xiàn)有基本幾何體建模。

    1、認識界面

    關閉教程或點下方的Start a New Preject,開始新項目。界面就是這樣,三部分:上面一行圖標,右邊一條圖標,中間一個淡藍色的坐標(pan,就是工作臺,默認的參考平面),有X軸和Y軸。

    菜單和視圖工具均為圖標,方便記憶。

    2、放入物體

    開始工作,放幾個物體到臺上。點擊基本幾何體(Primitives),左邊九個立體的,右邊四個平面的。

    點中左邊任一個,松開鼠標,再在藍色的工作臺上(pan)再點一下,就進來了,把立體的一個個點進來:點進來的物體,都放在臺上,都是貼緊臺面放的。

    3、移動物體

    按住鼠標左鍵拖動小球,一個挨一個,排成一條直線:真的一個挨一個站在一條直線上了嗎?不一定!我們是畫三維圖,可是電腦屏幕是平面的(二維),所以我們看到的只是一個角度,這個角度看是站在一條直線,換個角度就不一定了。

    4、工作面操作

    工作面操作集中在中鍵和右鍵按住中鍵拖動鼠標,就能平移臺面,滾動中鍵,就能縮放視圖,按住右鍵,拖動鼠標,就能改變視角。

    5、縮放物體

    點擊菜單Transform(變換),點擊子菜單Scale(縮放),出現(xiàn)一個箭頭,拖動它,就能放大縮小;可以,仔細看點中縮放后的對話框;其實是有選項的,點擊第一個小三角:Uniform(按比例),Non-uniform(不按比例)。默認是按比例縮放的。選中不按比例后,就可以單方向拉伸。建議先按比例整體拉小,再單獨拉高。

    6、全方位移動

    點擊菜單Transform(變換),點擊子菜單Move/Rotate(移動/旋轉),再在圓柱體上點擊,出現(xiàn)三個箭頭、三個小方塊和白色圓點,還有三個帶雙箭頭的小圓圈。

    三個箭頭:?拖動它們,可以在X、Y、Z三個方向移動物體。、三個小方塊:拖動它們,可以在XY、YZ、ZX三個面內移動物體。

    白色圓點:?拖動它可以在任意方向移動物體。

    三個帶雙箭頭的小圓圈:?拖動它們,可以繞X、Y、Z軸轉動物體。

    7、保存

    把光標移到左上角,就會出現(xiàn)下拉菜單,點Save To my computer(保存到我的電腦)

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