《设计异形笔筒》教学设计

    马杰

    教材分析

    本节课是笔者所在学校3D打印校本课程中的教学内容，属于五年级3D打印建模主题设计单元，学生通过综合运用3Done软件中的命令进行简单三维模型的设计。

    学情分析

    学生经过三四年级对3D打印知识的学习，已基本可以进行简单的主题模型设计，但由于学习3D建模命令较为离散，对三维模型设计的一般步骤还不是特别清楚，同时，对建模软件中的命令综合运用能力还有待提升。

    教学目标

    知识与技能目标：了解和认识3Done软件中建模的步骤和功能;掌握3Done软件中草图绘制、拉伸、抽壳、圆角、预制文字命令的功能和作用;能够综合运用设计命令完成异形笔筒的主题模型设计。

    过程与方法目标：在建模过程中，体验合作学习与探究学习的方法。

    情感态度与价值观目标：通过构建完整的笔筒模型，体验使用3Done建模软件构建模型的乐趣，提高设计思维能力和审美能力。

    行为与创新目标：通过对模型的设计与学习，能够灵活使用模型设计的方法，并完成个性设计。

    教学重难点

    重点：引导学生认识抽壳、圆角命令的功能和作用。

    难点：掌握3D建模的步骤和方法，建立模型设计思维。

    教学过程

    1.创设情境导入

    教师介绍古代文房书桌上的一个重要工具——笔筒（课件展示古代笔筒图片），介绍其起源。同时，要求学生观察古代笔筒的外形，并朗读笔筒上的诗句。在激发学生兴趣后，提出可以用所学的软件3Done来方便、快捷地制作一个笔筒。（板书课题：设计异形笔筒）

    设计意图：通过古代笔筒的导入和欣赏，滲透中国传统文化，激发学生的学习和创作兴趣。同时，引导学生在模型设计之前，学会观察模型的外形，为后面的笔筒模型主题设计奠定基础。

    2.新授

    师：请同学们仔细观察这个六方型笔筒的外形（课件展示），尝试用自己的语言描述它，并思考，我们为什么要观察它的外形呢？

    生：为了进行模型数据采集。

    师：我们在3D建模的时候，首先要保证模型的准确性，也就是说先要获取准确的外形尺寸。没有准确的尺寸，设计的外形轮廓就不可能有准确的设计效果。如果有实物，可以用游标卡尺进行实际测量，然后记录数据。但现在我们没有可供测量的实物，所以只能根据历史资料的相关记载：六方形，直径为125mm，高为110mm。

    设计意图：通过问题和介绍让学生了解在模型设计之前的重要：对实际模型的数据进行采集。以此提示学生在设计模型时，首先要做到结合生活实际，明确模型大小。

    师：如果让你们来设计这个笔筒的模型，应该怎么设计呢？请你们用自己的语言描述制作这个笔筒模型的步骤，并以小组形式进行汇报。

    教师出示总结的设计制作步骤：①绘制异形笔筒的草图（六边形）;②通过拉伸命令，拉伸成为六方体（数据和尺寸的调整）;③将实心笔筒变成空心笔筒;④将笔筒的开口变得圆润;⑤在笔筒的侧面添加文字。

    师：你们知道每一个制作步骤需要3Done软件中的哪些命令来实现吗？请在每个步骤的后面添加模型设计命令。

    教师和学生共同总结：①绘制异形笔筒的草图→草图绘制;②六方体→拉伸;③将实心变成空心→抽壳;④将笔筒的开口变得圆润→圆角;⑤在笔筒的侧面添加文字→文字预制。

    设计意图：通过教师引导，让学生学会如何将自然语言转化成设计语言，即模型设计过程中需要用到的具体命令。

    3.任务探究，模型设计

    师：同学们，这个笔筒模型设计的步骤很多，命令也很多，所以，我们可以将这个任务分解为三个简单的任务，同学们完成了这三个任务后，六方笔筒模型就构建出来了。

    设计意图：引导学生将复杂问题分解成若干简单小问题，通过解决小问题来解决复杂问题，体现了信息技术核心素养中对学生计算思维的培养。

    教师出示分解后的三个任务。

    任务一：设计六边形的外形。要求：使用草图绘制和拉伸命令，六边形的直径为125mm，高为110mm。

    任务二：将实心六方体变成空心六方体，同时将其开口变得圆润。要求：使用抽壳和圆角命令。

    任务三：在六方形笔筒的六个面添加文字。要求：使用预制文字命令，文字是“青花博古诗文六方笔筒作者”，每个面两个文字。

    设计意图：模型设计基本都是以草图绘制为起点，在任务驱动下，学生能够在实践操作中感受从平面草图到立体图形的变化，然后通过前面总结的主题设计步骤，层层推进，完成主题模型的设计。学生在三个任务的驱动下，通过动手操作，真正体验模型设计的方法，同时使用教学微视频，解决自主学习问题。

    4.作品展示与评价

    教师展示部分学生的作品并评价，最后展示更多现代笔筒的图片和3D打印笔筒的图片。

    设计意图：通过学生主题设计作品的展示和评价，让学生体会设计与制作模型带来的成就感。同时，在评价过程中，引导学生发现设计中的问题并寻找改进方法，进而完善自己的设计。通过展示更多个性笔筒的三维设计模型，拓展学生的设计思维，激发学生进一步学习设计的兴趣。

    教学反思

    本节课采用学生在日常生活中所见的笔筒进行情境创设导入，通过对清代异形笔筒的介绍让学生感受中国传统文化的魅力，鼓励学生利用现代新技术，设计古代传统实物模型，激发学生的创作和设计兴趣。在新课讲授过程中，先让学生观察实物，使用自然语言总结模型设计的一般过程，然后引导学生思考如何将设计过程中的自然语言转化成模型设计中的相应命令，让学生体验从感性体验到理性分析这样一个实物模型的设计过程，最后过渡到建模实现，让学生体会到模型构建的成就感。在整个设计过程中，笔者注意引导学生将一个复杂问题从计算思维的角度进行分解，将大任务拆分成三个小任务，让学生在三个小任务的驱动过程中逐步解决问题，从而实现复杂问题的解决。这种思维方法的培养，不仅有利于帮助学生解决模型设计问题，而且对学生的终身发展有重要意义。另外，在学生完成任务的过程中，提供微视频来帮助学生自主学习相关操作，培养了学生的自主学习能力。

    但是，在整个授课过程中，还存在一些问题，如在学生动手实践过程中，留给学生的上机操作时间不够，很多学生来不及完成整个主题作品的设计，因此在后面的展示与评价环节有很多学生没有作品展示，也无从评价他人的作品。另外，对学生在整节课中的3D打印主题模型设计的创新和创造能力的培养没有很好地体现，这是在今后的教学中需要注意和改进的地方。