3D設(shè)計(jì)與打印課程方案設(shè)計(jì)

1、3D設(shè)計(jì)與打印課程方案一、背景與意義當(dāng)今的教育思潮中，創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力的培養(yǎng)問題日漸突出。歷史表明，經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)的背后離不開教育的支持，所以我們應(yīng)該著力研究成功 背后的因素，美國(guó)教育是各國(guó)研究的長(zhǎng)期目標(biāo).STEM教育在美國(guó)作為一 門新興的課程，越來越受到政府的重視而對(duì)中國(guó)而言，雖然STEM是相對(duì) 新鮮的詞匯，但是也得到大部分學(xué)者的認(rèn)同我們大興區(qū)注重科技教育，新 興的教育方式及時(shí)與課程銜接。作為一線教師，我們應(yīng)積極培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，使學(xué)生在中 小學(xué)學(xué)習(xí)階段打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。然而現(xiàn)今的創(chuàng)新教育培養(yǎng)，大多止步于 思維的培養(yǎng)，由于受到時(shí)間、場(chǎng)所等限制，而忽視了最能體現(xiàn)學(xué)生“創(chuàng) 新”素養(yǎng)的動(dòng)手實(shí)踐能力

2、的培養(yǎng)，造成了“手腦失衡”的現(xiàn)狀，對(duì)于科 技發(fā)明、創(chuàng)造更是有畏難情緒。3D設(shè)計(jì)與3D打印技術(shù)在近年來發(fā)展迅猛，國(guó)際上科學(xué)技術(shù)水平較 為先進(jìn)的國(guó)家如美國(guó)、英國(guó)、日本等，學(xué)生的技術(shù)課程中早已引入了 “3D 設(shè)計(jì)與打印技術(shù)”，將學(xué)到的知識(shí)和已有的生活經(jīng)驗(yàn)相綜合應(yīng)用的教學(xué)容； 而在我國(guó)還處于起步與探索階段，包括、，等城市的一批中小學(xué)也在 這一兩年做出了嘗試。目前在機(jī)械、醫(yī)療、建筑、藝術(shù)、考古、軍事等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，弓I發(fā)了全球又一次技術(shù)新浪潮。引入 3D設(shè)計(jì)和3D打印機(jī)等設(shè)備， 組建3D打印工作室，能使學(xué)生更多的接觸、感知和體驗(yàn)未來新興技術(shù)， 拓寬學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神，不斷提升技

3、術(shù)素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生全面而富有個(gè)性的發(fā)展。3D創(chuàng)意設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的核心素養(yǎng)與能力批判性思維能力；創(chuàng)造性解決問題的能力；跨學(xué)科的學(xué)習(xí)能力；與人合作的能力；有效運(yùn)用多種手段創(chuàng)造性表達(dá)和有效溝通的能力；領(lǐng)導(dǎo)力3D創(chuàng)意設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室探索的主要學(xué)習(xí)方式探究式學(xué)習(xí)；基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)；基于游戲的學(xué)習(xí)； 基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)3D創(chuàng)意設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)區(qū)域中配備的主要設(shè)備和資源核心必備：3D設(shè)計(jì)軟件；3D打印機(jī)選擇配置：激光雕機(jī)； 立體雕刻機(jī)；激光雕刻機(jī)3D創(chuàng)意設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)空間設(shè)計(jì)開放、組合、靈活、豐富資源支持其他：邊柜；電腦工作臺(tái)；加工臺(tái)；組合式桌椅；移動(dòng)式工具柜；觸控液晶顯示器；學(xué)生作品展示空間二、3D設(shè)計(jì)項(xiàng)目主要容及預(yù)期成

4、果1學(xué)校將圍繞3D打印工作室，開發(fā)結(jié)合當(dāng)下最新的技術(shù)教育課程，以 專門定制的簡(jiǎn)易3D設(shè)計(jì)軟件表達(dá)學(xué)生的創(chuàng)意想象。簡(jiǎn)單的說，3D設(shè)計(jì) 可以使人們無限制的表達(dá)自己的設(shè)計(jì)想象，而3D打印則是將你表達(dá)的設(shè)計(jì)想象虛擬模型打印出真實(shí)形狀的物理模型實(shí)物。“3D打印”是通過連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料生成三維實(shí)體的技術(shù)。在這一過程中， 孩子們的空間想象能力、創(chuàng)新思維能力及動(dòng)手能力都將得到鍛煉和提高。2.學(xué)生利用每天三點(diǎn)半以后的時(shí)間自由選修三維設(shè)計(jì)活動(dòng)課程或勞動(dòng) 技術(shù)課程來學(xué)習(xí)，在活動(dòng)課程中表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生可以參與未來工程師等 科技競(jìng)賽項(xiàng)目。工作室將向?qū)W生全面開放，為學(xué)生科技類研究型課題開 展提供有力支持，教師

5、可用3D打印技術(shù)，為3D課件設(shè)計(jì)、自制教具等 帶來極大便利。3對(duì)學(xué)生而言：3D設(shè)計(jì)以直觀高效的模型表達(dá)產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念，更能準(zhǔn) 確的表達(dá)學(xué)生創(chuàng)意，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣，強(qiáng)化學(xué)生的手腦并用。對(duì)老師學(xué)校而言：可以掌握先進(jìn)的學(xué)科教育技術(shù)手段， 開展各科技活 動(dòng)、展示科技創(chuàng)新成果，充實(shí)校外課程體系，提升學(xué)校的科技創(chuàng)新教學(xué) 實(shí)力。在stem教育中，科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)之間存在著一種相互支撐、相互補(bǔ)充、共同發(fā)展的關(guān)系。3D打印作為最新的技術(shù)教育課程，教師在 考慮如何將STEM教育引入中小學(xué)科學(xué)課堂時(shí)，必須將它們看作 4種彩 線，交織在一起，融合在一起，才能織出絢麗的畫卷。三、3D打印實(shí)驗(yàn)室建設(shè)基本原則1安全

6、性原則。小學(xué)生對(duì)設(shè)備的操作能力比較弱，安全防意識(shí)差，本 項(xiàng)目引進(jìn)的三維打印機(jī)，操作簡(jiǎn)單、安全可靠、耗材無毒無害。2體驗(yàn)式學(xué)習(xí)的原則，三維設(shè)計(jì)與三維打印是技能型能力，對(duì)小學(xué)階段而言，重要的不是技能本身，而是了解先進(jìn)的技術(shù)及方法，開闊視野, 促進(jìn)智力發(fā)育；3以學(xué)生為主體。三維打印機(jī)工作室需以學(xué)生為主體，學(xué)生是開展項(xiàng) 目學(xué)習(xí)的主體，在教師的引導(dǎo)下自主選擇探究課題學(xué)習(xí)。4實(shí)踐性原則。遵循教學(xué)規(guī)律，引導(dǎo)探索、嘗試、創(chuàng)造。從課程學(xué)習(xí)、 社會(huì)現(xiàn)象、自然現(xiàn)象選擇具有一定的靈活性、開放性、趣味性、主動(dòng)性、 綜合性的實(shí)驗(yàn)，來構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室的課題容，方便創(chuàng)設(shè)問題情境。創(chuàng)造性原則。營(yíng)造鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新的環(huán)境，課程項(xiàng)目設(shè)計(jì)應(yīng)具

7、有開放性， 為學(xué)生創(chuàng)造性思維創(chuàng)設(shè)更多空間5創(chuàng)造性原則。營(yíng)造鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新的環(huán)境，課程項(xiàng)目設(shè)計(jì)應(yīng)具有開放 性，為學(xué)生創(chuàng)造性思維創(chuàng)設(shè)更多空間。在當(dāng)前基礎(chǔ)教育課程改革浪潮中，改造傳統(tǒng)的技術(shù)教育，增設(shè)具有時(shí) 代特征的技術(shù)類課程，已成為課程改革的主流取向。四、3D創(chuàng)意設(shè)計(jì)軟件簡(jiǎn)介基于工業(yè)級(jí)3D設(shè)計(jì)軟件中望3D核，專門為中小學(xué)生呈現(xiàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)意而開發(fā)，更簡(jiǎn)單、更輕松、更清晰。大大提升了中小學(xué)生學(xué)習(xí)和運(yùn)用3D設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行創(chuàng)意表達(dá)的效率。從二維草圖或三維實(shí)體均可起步開始 3D 創(chuàng)意設(shè)計(jì)，源于堅(jiān)實(shí)的系統(tǒng)架構(gòu)，使設(shè)計(jì)可以不斷深入，并與生產(chǎn)加工 緊密結(jié)合，確保設(shè)計(jì)與現(xiàn)實(shí)接軌。讓學(xué)生在“學(xué)中做，做中學(xué)”，便捷的 3D打印功

8、能，利用3D打印機(jī)快速成型，更能輕松體驗(yàn)和分享成果。五、三維打印課程建設(shè)容例如面向四年級(jí)以上學(xué)生基于三維設(shè)計(jì)及三維打印的課外活動(dòng)或活 動(dòng)小組，3名或5名學(xué)生一組進(jìn)行教學(xué)及活動(dòng)開展，以探究式的活動(dòng)任 務(wù)設(shè)置、豐富的視聽資料為引導(dǎo)，案例針對(duì)小學(xué)生三維設(shè)計(jì)課程的主要容展開， 采用三維設(shè)計(jì)基本概念 和配套案例相結(jié)合的方式，旨在通過一系列的案例講解，將三維設(shè)計(jì)的 基本概念和軟件操作步驟融入其中，讓同學(xué)們可以直觀地了解中望3D軟件功能，迅速掌握三維設(shè)計(jì)在課堂中的運(yùn)用。課程中的案例經(jīng)過精心篩選和編排，將三維的概念設(shè)計(jì)和產(chǎn)品創(chuàng)新 充分結(jié)合，增加了課程的趣味性，擴(kuò)展了設(shè)計(jì)思路，使同學(xué)們可以在學(xué) 習(xí)三維設(shè)計(jì)的過程

9、中體會(huì)到創(chuàng)造的樂趣。實(shí)現(xiàn)學(xué)中做，做中學(xué)。下面是 一個(gè)體驗(yàn)大綱：第1節(jié)校本課程三維設(shè)計(jì)與三維打印技術(shù)簡(jiǎn)介，展示三維打印技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 與前景，3D設(shè)計(jì)課程在全國(guó)教育或示城市的應(yīng)用現(xiàn)狀。課 程目標(biāo)介紹和3D打印機(jī)設(shè)備介紹及操作。第2、3節(jié)課程目錄的介紹，及3D模型文件格式保存和介紹，安排案校本課程例，笛子（為一個(gè)裝配主體）。主要通過拉伸和拉伸切除的功能實(shí)現(xiàn)/安排時(shí)間為學(xué)生打印作品第4、5節(jié)校本課程案例抽拉笛為一個(gè)裝配體，由抽拉桿、 和笛子組成，講解各組件主要通過拉伸和拉伸切除的功能實(shí)現(xiàn)后續(xù)思考：我們可以在笛子的基礎(chǔ)上改變笛子的長(zhǎng)短， 來得第5節(jié)校本課程到不同的聲音或開動(dòng)腦筋自己設(shè)計(jì)一個(gè)屬于自己的樂器

10、安排時(shí)間為學(xué)生打印部分作品第7、8節(jié)校本課程案例講解吸附式花盆：主要通過拉伸功能實(shí)現(xiàn)案例講解掛鉤式花盆主要通過旋轉(zhuǎn)功能實(shí)現(xiàn).第9、10節(jié)校本課程第 11、12案列講解杯托：主要通過放樣、掃掠和拉伸的功能實(shí)現(xiàn)。節(jié)校本課程第 13、 14案例抽拉盒（小馬迷宮）：為一個(gè)裝配體，由盒蓋和盒體組節(jié)校本課成，各組件主要通過拉伸和拉伸切除的功能實(shí)現(xiàn)。最后由裝程配功能實(shí)現(xiàn)第15次節(jié)展示相關(guān)的二維打印作品和冋學(xué)探討對(duì)二維設(shè)計(jì)和二維打校本課程印的理解及認(rèn)識(shí)。六. 3D打印機(jī)介紹1、桌面式3D打印機(jī)便攜式桌面3D打印設(shè)備，機(jī)身簡(jiǎn)潔、性能完備，可方便的直接打印出 各類模型實(shí)物，適用于多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，更為個(gè)人、家庭等用戶

11、提供高效 解決方案，滿足不同人群的特殊需求。UP Plus 2是基于2010年版UP Plus 第一代產(chǎn)品，推出的新一代產(chǎn)品。產(chǎn)品提供了自動(dòng)調(diào)整打印平臺(tái)的高度， 自動(dòng)調(diào)整打印平臺(tái)的水平等全新功能，為用戶提供了更加方便的3D打印體驗(yàn)。全中文操作界面，傻瓜式操作，支持一鍵打印。使用PLA高分子有機(jī)材料耗材，完全無毒無害 噴嘴數(shù)量：?jiǎn)螄娮熘睆剑?.4mm成型尺寸：dia220*300最小層高：0.1 mm定位精度：XYZ軸0.01 mm打印速度：120 mm/s空程速度：200 mm/s噴嘴溫度：最高250度熱床溫度：最高120度耗材類型：PLA, ABS耗材直徑：1.75 mm支持語言：英文配套軟

12、件：CURA文件格式：STL, OBJ控制芯片：mega 25602.專業(yè)級(jí)桌面打印機(jī)成型大?。?52mm(W)x 199mm(L)x150mm(H)支撐：智能支撐生成成型層厚：0.1-0.40 mm成型材料：PLA系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境：Win XP/Vista/7/8設(shè)備尺寸：寬528 x長(zhǎng)441x高410mm;打印前準(zhǔn)備耗時(shí)：5分鐘方式：USB、網(wǎng)線、wifi產(chǎn)品名稱主要技術(shù)參數(shù)數(shù)量單位單價(jià)（元）合計(jì)（元）三維設(shè)計(jì)軟件1、一個(gè)機(jī)房（34節(jié)點(diǎn)以上）；2、基于精確尺寸建模的三維設(shè)計(jì)軟件， 支持3D打印及激光切割文件格式數(shù)據(jù)輸 出；軟件置邊學(xué)邊用功能，學(xué)生可在軟件根據(jù) 提供的案例 步 步模仿操作自學(xué)軟件

13、；3、軟件可進(jìn)行裝配動(dòng)畫編輯并輸出 AVI 視頻；4、軟件置一鍵3D打印功能，無需中間格 式轉(zhuǎn)換直接3D打?。?、支持曲面修復(fù)和縫合功能，提供自動(dòng) 縫合、閉合邊空隙、閉合縫隙、閉合邊、 填充縫隙等破面修補(bǔ)命令；6、支持浮雕效果和變形功能，可以讓圖片變成生動(dòng)的立體圖形。通過圖片來映射 出模型表面凹凸的建模效果，是真正具有 凹凸特征的造型屬性，不是簡(jiǎn)單的渲染效 果。1套1200001200003D打印機(jī)打印尺寸：253*199*150噴頭數(shù)量：12臺(tái)3000060000打印材料：PLA支持：wifi和USB連接用ipad直接下載 APPstore和Makerbot五代機(jī)器連接就可以直接操作，將手畫

14、的變?yōu)?D圖打印出來噴嘴數(shù)量：?jiǎn)?，噴嘴直徑?.4m m，成型尺寸：dia220*300，最小層高：0.1 mm， 定位精度：XYZ軸0.01 mm,打印速度：120 mm/s，空程速度：200 mm/s，噴嘴溫2度：最高250度，熱床溫度：最高120度， 耗材類型：PLA, ABS，耗材直徑：1.75 mm, 支持語言：英文，配套軟件：CURA，文件格式：STL, OBJ，控制芯片：mega 25601. 緊湊的力反饋工作空間（WxHxD）26.54 x24.13 x 8.89cm2. 位置分辨率：理論上的0.084mm3. 底座直徑（圓的基礎(chǔ)）:13.97cm高低17.78cm14. 連接方式：USB 2.0全速接口能力5. 最大力量（在中間時(shí),4