初中综合实践 课件教案（9年级上册） 课时19_第五单元_第3课时 3D打印笔筒的建模设计-教案.pdf

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1、1初中九年级综合实践活动第五单元第三课时神奇的神奇的 3D3D 打印打印3D3D 打印笔筒的建模设计教学设计打印笔筒的建模设计教学设计执教老师：广州市番禺区石碁第四中学香碧颜一、一、教学背景教学背景本课是“广州电视课堂”初中九年级综合实践活动线上教育课程。为响应教育部“停课不停教、不停学”的号召，基于学生的年龄特征进行设计。2020 年 9 月 11 日，习近平主席主持召开科学家座谈会中强调，好奇心是人的天性，对科学兴趣的引导和培养要从娃娃抓起，使他们更多了解科学知识，掌握科学方法，形成一大批具备科学家潜质的青少年群体。当今世界正处于新一轮科技革命和产业变革孕育兴起时期，以大数据、互联网、物联

2、网、人工智能等为代表的新一轮信息技术不断突破，深刻影响着人类的生产生活及思维方式的变革，新产业、新动能、新技术等将成为影响经济增长的关键因素。加快科技创新是推动高质量发展的需要，是实现人民高品质生活的需要，是构建新发展格局的需要，是顺利开启全面建设社会主义现代化国家新征程的需要。人才培养是科技创新最关键的因素，创新教育方法，提高人才培养质量，努力形成有利于创新人才成长的育人环境。本节课的内容来自广州市初中科技实践教材第 5 单元说学巧做活动中的设计制作任务，用 3D 打印制作一个笔筒，培养学生创新意识和创新能力。二、学情分析二、学情分析学生思维活跃，在观察力、探究力、设计与制作能力等方面处于快

3、速发展期，逻辑思维能力和分析问题的能力也在不断提高。同学们在前期的学习中，对 3D 打印技术和材料有一定的了解，为本课的实施打下良好基础。三、三、教学目标教学目标2价值体认:通过我国首次太空 3D 打印实验报道，了解我国在科技方面的发展，形成国家认同；通过创造性劳动 3D 设计活动，发展兴趣特长，体验动手设计制作的乐趣，形成积极的劳动观念和态度。责任担当:关心现代社会发展的需要，形成崇尚科学的态度、可持续发展的观念和终身学习的愿望。问题解决:掌握 3D 建模软件基本的使用方法，关注生活中的现象，培养学生观察能力、发现问题与解决问题的能力，创意实现的能力，能主动运用所学知识理解和解决问题。创意物

4、化:运用 3D 打印技术将创意付诸实践，进行笔筒的设计制作，发展实践创新意识，提高创意实现能力。四、四、教学重难点教学重难点教学重点：教学重点：抽壳与阵列命令的用法。教学难点：教学难点：选择合适的命令并能解决建模问题。五、五、工具及资源准备工具及资源准备电脑、3D 建模软件、教学课件、教学视频、3D 打印笔筒六六、教学教学过程过程（一）情景导入，明确目标（一）情景导入，明确目标1.1.播放视频，激发兴趣播放视频，激发兴趣（1）今年 5 月首飞成功的长征五号 B 运载火箭上，搭载着我国新一代载人飞船试验船，船上还搭载了一台“3D 打印机”，这具有什么意义呢？请看央视网新闻频道的报道。(播放视频时

5、长 127)（2）这是我国首次太空 3D 打印实验，也是国际上第一次在太空中开展连续纤维增强复合材料的 3D 打印实验。开展复合材料空间 3D 打印技术研究，对于未来空间站长期在轨运行、发展空间超大型结构在轨制造，具有重要意义。这只是我国近些年来科技蓬勃发展的一个缩影。2.2.梳理问题，明确活动主题梳理问题，明确活动主题（1）问题：新技术为我们带来新体验，作为中学生，运用 3D 打印技术我们可以做些什么呢？3使用 3D(三维)建模设计软件，构建出大家的创意和想法，用 3D 打印机可以打印出实物，学会运用它就如有了马良的神笔。（2）本节课我们将以最常见的学习用品笔筒为例，运用一款界面友好的 3D

6、打印软件进行笔筒的建模设计，让我们继续感受神奇的 3D 打印。（二）示范操作，方法指导（二）示范操作，方法指导1.1.设计制作基本流程设计制作基本流程（1）初步构思要做一个怎样的笔筒呢？在设计前，我们头脑中要有一个形象，对要做的笔筒进行构思。老师想做一个好看又实用的笔筒，设计时我们要考虑实用性、美观性，根据实际和自己的喜好确定：形状、结构、大小、颜色等。这是老师的设计，笔筒是由两个形状大小一样，相交的圆柱形构成的，有简单的功能分区，侧面镂空图形为椭圆形，为了更美观对图形作了适当的扭曲。设计时可以画出草图，帮助分析。还要确定笔筒的具体尺寸,（大小可以借助尺子进行一个比对，看看怎样的大小比较合适，

7、在用 3D 打印机打印前也可以调整模型的大小）底面圆形半径为 50CM、高为 90CM，椭圆形的数量为 20 个等，为下一步运用 3D 建模软件进行设计作准备，在设计操作中根据具体情况还可以进行创作调整。（2）选择建模软件软件选择：3Done、AutoCAD、123d Design、3Ds Max 等。（3）构建三维模型工具运用：抽壳、阵列、扭曲等（4）打印作品通过前面的学习我们对先进的 3D 打印技术、超炫的 3D 打印材料、神奇的3D 打印装置等都有所了解，这个笔筒运用的是熔融沉积成型（FDM）技术，PLA材料打印的。（举出实物）2.2.3D3D 打印笔筒的打印笔筒的建模建模设计方法学习设

8、计方法学习接下来请看微课（时长 1041）（1）3D 建模软件（3D One）的操作界面和鼠标操作介绍介绍 3DOne 的操作界面，主要包括的部分及鼠标的操作。4以上这些具体功能及操作我们通过学习、操作会逐步加深了解并掌握。（2）3D 打印笔筒建模设计方法常见笔筒的形状有圆柱体、长方体等等。我们对要构建一个怎样的笔筒呢，前面已经画出设计草图，根据设计分析，学习用 3D 建模软件进行构建。步骤一：笔筒基本体的设计画圆柱体。按鼠标左键，在命令工具栏单击【基本实体】选择【圆柱体】，选择网格面作为放置面，放置的位置没有具体的规定，中心设置可以在对话框在输入坐标（0,0,0），并设置圆柱大小，高度为 9

9、0，半径为 50.设置大小可以点击箭头并拖动鼠标到合适的位置，也可以把鼠标的指针放在数字上，当数字变成黄色时用左键点击一下就可直接输入数值，然后按回车键或者点击空白处。我们发现图像超出可视范围，滚动鼠标中间的滑轮可缩放视图。按住鼠标右键可以转换视角。右下角有显示单位，有厘米、毫米、英寸，一般以毫米为单位比较精准，构建出的模型也比较精细。设置好基本的圆柱体后点击对勾确认。（3）选择【特殊功能】中的【抽壳】工具，或者点击圆柱体，在弹出的智能悬浮菜单中选择【抽壳】，“开放面”选择圆柱顶面，“厚度”设置为“-1.5”，然后点击对勾确认。（正值为向外，负值为向内）笔筒的基本体就设计完成了。在这个基础上我

10、们对侧面图案进行设计。步骤二：笔筒侧面镂空的设计单击【基本实体】选择【椭球体】，点击“前视图”，放置中心可选择圆柱体表面中心，椭球体尺寸可自定设置椭圆大小为 8，8，70，这时如果看不清数字可以调整视图的角度(前下)，输入数字后勾选确认。选择【基本编辑】中的【阵列】，或点击椭球体，在弹出的智能悬浮菜单中选择【阵列】，“基体”选择椭圆，方向选择圆柱体的中心轴，然后单击圆柱外表面即可产生沿其中心轴向的旋转轴（见图中箭头），设置恰当的个数（20），在对话框中选择【圆形】阵列方式，然后单击对话框下方的减运算按钮，单击勾选确定。（基体是重新建构一个模型，加运算是将两个基体叠加在一起变成一个整体，交运算是

11、保留叠加的位置。）5选择【特殊功能】中的【扭曲】，“基体”选择圆柱体，基准面选择圆柱底面，角度输入“60”，勾选确认。笔筒侧面设计完成。为了在存放笔时更好地分类，进行再设计步骤三：造型设计按【Ctrl】键，点击实体拖动，就可以复制实体，放置到恰当位置松开鼠标就可以了。步骤四：颜色设计给模型进行颜色渲染单击【渲染模式】中的【着色模式】，选择右侧的【颜色】命令，从如图所示的颜色对话框中选择喜欢的颜色进行渲染。（这并不是最终作品的颜色，打印出来的颜色与材质取决于选择运用的材料。）这样一个简洁实用的笔筒就设计好了。（3）文件的保存与导出 STL 文件完成了设计，要进行保存。文件的保存在软件左上方，单击

12、【保存】按钮；或者点击大图标出现菜单栏，再点击另存为保存源文件，文件的后缀名为.Z1。在弹出的对话框中选择要保存的位置，然后输入文件的名称，最后单击【保存】。刚才保存的文件就会出现在我们保存的位置，如果想打开这个文件继续编辑，我们双击这个文件的图标就可以。导出 STL 文件第一，建模后输出文件到 3D 打印机，就可以打印出来，这就需要导出 STL文件，点击大图标，在弹出的菜单中，选择【导出】；第二，在弹出的对话框中，单击【保存类型】，然后选择【STL File】，最后单击【保存】；第三，在弹出的对话框中，单击【确定】就保存完毕了，刚才保存的文件就会出现在我们保存的位置。（3）除此之外还可以保存

13、在个人云盘中，能快速下载方便继续编辑。将 STL 文件导入，启动打印机，就可以开始打印作品了。3.3.小结小结 3D3D 打印笔筒设计制作主要步骤：打印笔筒设计制作主要步骤：步骤一：笔筒基本体的设计与制作6【圆柱体】【抽壳】步骤二：笔筒侧面镂空的设计与制作【椭球体】【阵列】【扭曲】步骤三：造型设计按【Ctrl】键，点击实体拖动，复制实体。步骤四：颜色设计【渲染模式】【颜色】建模时要有一个基本的形象分析各个组成部分，单位大小决定 3D 打印出来的效果，要设计制作一份好作品通常需要耗费不少的时间，把创意变成现实除了要掌握基本的操作方法，还需要不断的尝试。（三）运用方法，尝试实践（三）运用方法，尝试

14、实践1.1.小试身手小试身手请同学们根据以下造型，自设参数，进行建模设计。我们来看看这位同学的做法和你的想法一样吗？我们要学会通过主动学习、自主探究，学习运用不同的操作命令进行作品设计创作。（播放学生设计视频时长 151 ）学生建模设计步骤这个笔筒选用 3Done 进行建模设计第一步，从基本实体中选择【圆柱体】，再运用【抽壳】命令。第二步，从基本实体中选择【球体】，点击前视图，调整好位置，再放置一个【球体】。第三步，选择【阵列】，“基体”选择球体，方向选择圆柱体的中心轴，选择【圆形】阵列方式，点选【减运算】。第二排的图案设计重复第三步的操作方法。第四步，点击实体，点击【移动】，点击箭头方向移动

15、。第五步，点击实体，点击【镜像】，沿着深蓝色的线连接点 1 点 2第六步，在命令工具栏选择【颜色】，选中实体，点击绿色。笔筒的三维模型就设计好了！2.2.知识拓展知识拓展7运用 3D 建模软件可以设计出不同形状、不同功能笔筒，除了笔筒外还可以设计制作其它的物品，还可以运用不同的设计软件进行设计制作，我们同学设计的作品独具匠心，还把我们极具岭南特色的建筑元素应用到设计中！（四）归纳方法，拓展实践（四）归纳方法，拓展实践1 1.小结小结 3D3D 建模设计一般过程建模设计一般过程包括初步构思、选择建模软件、构建三维模型、优化设计四个环节。注意参数的设置根据实际情况进行检测、调整。软件及工具的运用可

16、据设计需求与使用习惯进行选择、调整。2.2.布置课外实践活动布置课外实践活动通过创造性的劳动，体验动手设计制作的乐趣，心动不如行动，期待同学们独具创意的作品呈现！（1）课外实践活动一：请同学们自设参数，尝试设计如下图所示的笔筒。（2）课外实践活动二：请同学们设计一款独具创意，实用又美观的笔筒。希望同学们掌握方法后，继续进行学习探究，创意设计出你自己个性化作品，还可以把这份独具匠心的作品作为礼物送给你的同学、朋友。青少年是祖国的前途、民族的希望、创新的未来，希望同学们弘扬“两弹一星”精神，锐意创新、勇攀高峰，用汗水和激情谱写未来的新篇章。（五）答疑解惑（五）答疑解惑在本节课的学习过程中，同学们有

17、什么疑问呢?1.抽壳时的厚度栏值是正数或者负数时有什么区别？请同学们先观察一下这两个图形，原来基本体底圆的直径都是一样为 100mm，实施抽壳命令后，现在能发现有什么区别吗?对了，厚度栏值一个为正数,一个为负数。抽壳命令是将实体零件的内部全部去掉，仅留下外围的壳，菜单中厚度一栏值为正的时候壁厚向零件外部伸展、值为负的时候壁厚向零件内部伸展，开放面为零件的开口面。厚度栏值为正数时，底圆的外直径变为 110mm，厚度栏值为负数时，底圆的外直径不变，仍然是 100mm。2.运用阵列命令时出现了问题,实现不了侧面设计？常见的问题一般有以下几种：8（1）一是没有点选圆形阵列而是选择了线性阵列，陈列命令可使零件按照一定方式复制摆放，其中包括线性阵列和圆形阵列。我们来对比一下，这是选择线性阵列的，我们要实现原来的设计，点选圆形阵列就可以了。（2）为什么出现这种情况呢，是这位同学在实施这个步骤时没有单击【减运算】按钮，在这一步选择【减运算】就可解决问题了。（3）出现这种情况是什么原因呢？同学们来观察一下，对了，原来选择的基体不同，这里选择的基体是圆柱体而非椭球体，只要选择椭球体就可以了。学无止境，希望同学们课后继续学习探究。