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中学《3D打印》课程设计与教学方法

2021-03-30 17:56:13初中论文 221人已围观

创客教育——中学《3D 打印》课程设计与教学方法
摘要:3D 打印是创客教育中的一大模块,是提升学生的创新思维,综合实践能
力的一个重要载体。但由于课程开发不成熟、相关专业老师的缺乏,课程的效率不高。本文主要分析了创客教育中中学 3D 打印课程的课程设计和教学方法, 分别从课程整体结构安排、课程案例的选择、课程的教学方法等方面做了相关阐述。


关键词: 3D 打印 课程设计 教学方法

一、引言

近些年来,随着技术的发展,机器人、自动驾驶、人工智能等技术也开始
加速走进千家万户,融入人们的生活,家庭机器人、3D 打印机、智能家居、自动驾驶等,人们感受到了技术的魅力,也发现了自己对于技术的无知,俨然成为
21 世纪的“新文盲”。在国家和人们强烈的意愿下,创客教育轰轰烈烈的推进, 各校买设备,买器材,建创客空间;创客活动、创客社团与日俱增。作为创客教育的一大模块,3D 打印也进入各个学校,甚至家庭。学生在这种方便、简单、具有独特性的造物活动中进行学习。但是在这层表象下面也存在很多的问题,没有相对规范和统一的教材,没有专业化的 3D 打印老师,课程由美术老师、信息技术老师、通用技术老师等教师进行兼职。课程的设计、课程的教学模式也是老师们的一大难题。

二、3D 打印课程设计理念

  3D 打印是快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D 打印的设计过程是:先通过计算机建模软件建模,再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面,即切片,从而指导打印机逐层打印。3D 打印的主要过程是设计建模、切片、打印装配,对于中小学 3D 打印教育课程的设计,其主要是设计和建模的学习,作品的打印比较简单,打印后的后处理和组装、装配也是在设计建模时就需要考虑的。设计和建模主要是通过三维设计软件,将设计者所构思出的想法进行三维设计,从而使产品制作能够依据三维模型作为指导进行生产,而这里设计出的三维模型不单单只是可以导入到 3D 打印机进行打印,绘制的三维模型也可以连接激光切割、数控加工中心等设备进行加工,也可以导出工程图、效果图或进行运动仿真等操作。3D 打印只是加工制造的一种方法。所以不管是开展激光切割还是 3D 打印课程,课程的重点主要是落在设计和建模,三维设计是基础!设计绘制的三维模型是后续加工实物、虚拟仿真、动画制作和有限元分析等操作的基础。因此我们的课程设计也主要是围绕设计和建模开展。

  三维设计作为未来一项重要的技术储备和学生创新思维、创新能力培养的一个载体,课程的设计要考虑学生专业未定,知识比较断点,学生的接受和理解能力有限,所以课程由最开始的模仿生活中简单非活动结构事物的制作再过渡到组合拼接结构、活动结构等物品的设计,在有一定基础后,结合电子电路、arduino 控制板等进行产品的设计和制作,循序渐进。也可以对三维建模进行深入了解, 比如利用三维设计软件进行参数化设计、运动仿真等操作。设计和建模是课程的基础,可以进行大班教学,只要配备一定的电脑和几台打印机,学生设计绘制的模型可以选择比较优秀或是按顺序安排打印,让每个学生一个学期至少有一件作品出来。综合性的设计和制作比较适合小班教学,可以利用社团课、校本课进行。

三、3D 打印课程设计课程目标:
  1、掌握 3D 打印的基本流程,即建模、格式转换、切片和打印,并能熟练使用三维建模软件进行建模。
2、了解三维软件的中动画制作、参数化设计、运动仿真等功能的使用。
3、在课程的实践活动中,通过综合性的设计和制作让学生感知新型技术的魅力及在生活中的应用。

课程设计思路

  根据设计建模的难易程度和知识的综合应用,将课程分为四个模块,第一单元走进 3D 打印,第二单元创意设计,第三单元组合与综合性产品的制作,第四单元建模软件的综合使用。

  第一单元主要介绍 3D 打印的基础知识,比如 3D 打印的历史,发展、应用, 并通过烟灰缸的设计和打印让学生知道 3D 打印的一般过程和打印机的操作技术。

  第二单元主要通过任务驱动的教学方法,让学生通过任务学习三维设计软件的的操作,了解相关命令的使用,并能进行创新性的改进和设计。

  第三单元主要是进行综合性的设计和制作,通过摆盘结构、小型展台、手持风扇等物品的制作,让学生进行综合性的设计和制作,了解 3D 打印在生活中的应用,提高实践动手能力,了解产品结构,产品装配等相关知识。

  第四单元主要是对三维设计软件应用的一个拓展性学习和了解,了解利用三维设计软件进行动画制作、参数化设计和运动仿真等,让学生做一个了解。






《创意设计与 3D 打印》课程设计

序号 单元 项目名称 项目说明 1

第一单元

走进 3D 打印 走进 3D 打印

  本单元主要是通过烟灰缸的设计让学生
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