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中小學3D設計與打印課程方案 一、背景與意義 當今的教育思潮中，創(chuàng)新精神與實踐能力的培養(yǎng)問題日漸突出。歷史表明,經濟強國的背后離不開教育的支持,所以我們應該著力研究成功背后的因素,美國教育是各國研究的長期目標.STEM教育在美國作為一門新興的課程,越來越受到政府的重視.而對中國而言,雖然STEM是相對新鮮的詞匯,但是也得到大部分學者的認同.我們大興區(qū)注重科技教育，新興的教育方式及時與課程銜接。 作為一線教師，我們應積極培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力，使學生在中小學學習階段打好堅實的基礎。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)，由于受到時間、場所等限制，而忽視了最能體現(xiàn)學生“創(chuàng)新”素養(yǎng)的動手實踐能力的培養(yǎng)，造成了“手腦失衡”的現(xiàn)狀，對于科技發(fā)明、創(chuàng)造更是有畏難情緒。 3D設計與3D打印技術在近年來發(fā)展迅猛，國際上科學技術水平較為先進的國家如美國、英國、日本等，學生的技術課程中早已引入了“3D設計與打印技術”，將學到的知識和已有的生活經驗相綜合應用的教學內容；而在我國還處于起步與探索階段，包括北京、上海、重慶、杭州、南京、蘇州，山東等城市的一批中小學也在這一兩年做出了嘗試。 目前在機械、醫(yī)療、建筑、藝術、考古、軍事等領域得到了廣泛應用，引發(fā)了全球又一次技術新浪潮。引入3D設計和3D打印機等設備，組建3D打印工作室，能使學生更多的接觸、感知和體驗未來新興技術，拓寬學生視野，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神，不斷提升技術素養(yǎng)，促進學生全面而富有個性的發(fā)展。 3D創(chuàng)意設計實驗室培養(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； 跨學科的學習能力；與人合作的能力； 有效運用多種手段創(chuàng)造性表達和有效溝通的能力；領導力 3D創(chuàng)意設計實驗室探索的主要學習方式 探究式學習；基于項目的學習； 基于游戲的學習； 基于設計的學習 3D創(chuàng)意設計實驗室學習區(qū)域中配備的主要設備和資源 核心必備：3D設計軟件；3D打印機 選擇配置：激光內雕機； 立體雕刻機；激光雕刻機 3D創(chuàng)意設計實驗室學習空間設計開放、組合、靈活、豐富資源支持 其他： 邊柜；電腦工作臺； 加工臺；組合式桌椅； 移動式工具柜；觸控液晶顯示器； 學生作品展示空間 二、3D設計項目主要內容及預期成果 1.學校將圍繞3D打印工作室，開發(fā)結合當下最新的技術教育課程，以專門定制的簡易3D設計軟件表達學生的創(chuàng)意想象。簡單的說，3D設計可以使人們無限制的表達自己的設計想象，而3D打印則是將你表達的設計想象虛擬模型打印出真實形狀的物理模型實物?！?D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體的技術。在這一過程中，孩子們的空間想象能力、創(chuàng)新思維能力及動手能力都將得到鍛煉和提高。 2. 學生利用每天三點半以后的時間自由選修三維設計活動課程或勞動技術課程來學習，在活動課程中表現(xiàn)優(yōu)秀的學生可以參與未來工程師等科技競賽項目.。工作室將向學生全面開放，為學生科技類研究型課題開展提供有力支持，教師可用3D打印技術，為3D課件設計、自制教具等帶來極大便利。 3.對學生而言：3D設計以直觀高效的模型表達產品設計理念，更能準確的表達學生創(chuàng)意，激發(fā)學生對科學的興趣，強化學生的手腦并用。 對老師學校而言：可以掌握先進的學科教育技術手段，開展各科技活動、展示科技創(chuàng)新成果，充實校內外課程體系，提升學校的科技創(chuàng)新教學實力。 在stem教育中，科學、技術、工程、數(shù)學之間存在著一種相互支撐、相互補充、共同發(fā)展的關系。3D打印作為最新的技術教育課程，教師在考慮如何將STEM教育引入中小學科學課堂時，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打印實驗室建設基本原則 1.安全性原則。小學生對設備的操作能力比較弱，安全防范意識差，本項目引進的三維打印機，操作簡單、安全可靠、耗材無毒無害。 2.體驗式學習的原則，三維設計與三維打印是技能型能力，對小學階段而言，重要的不是技能本身，而是了解先進的技術及方法，開闊視野，促進智力發(fā)育； 3.以學生為主體。三維打印機工作室需以學生為主體，學生是開展項目學習的主體，在教師的引導下自主選擇探究課題學習。 4.實踐性原則。遵循教學規(guī)律，引導探索、嘗試、創(chuàng)造。從課程學習、社會現(xiàn)象、自然現(xiàn)象選擇具有一定的靈活性、開放性、趣味性、主動性、綜合性的實驗，來構建實驗室的課題內容，方便創(chuàng)設問題情境。 創(chuàng)造性原則。營造鼓勵學生創(chuàng)新的環(huán)境，課程項目設計應具有開放性，為學生創(chuàng)造性思維創(chuàng)設更多空間 5.創(chuàng)造性原則。營造鼓勵學生創(chuàng)新的環(huán)境，課程項目設計應具有開放性，為學生創(chuàng)造性思維創(chuàng)設更多空間。 在當前基礎教育課程改革浪潮中，改造傳統(tǒng)的技術教育，增設具有時代特征的技術類課程，已成為課程改革的主流取向。 四、3D創(chuàng)意設計軟件簡介 基于工業(yè)級3D設計軟件中望3D內核，專門為中小學生呈現(xiàn)設計創(chuàng)意而開發(fā)，更簡單、更輕松、更清晰。大大提升了中小學生學習和運用3D設計軟件進行創(chuàng)意表達的效率。從二維草圖或三維實體均可起步開始3D創(chuàng)意設計，源于堅實的系統(tǒng)架構，使設計可以不斷深入，并與生產加工緊密結合，確保設計與現(xiàn)實接軌。讓學生在“學中做，做中學”，便捷的3D打印功能，利用3D打印機快速成型，更能輕松體驗和分享成果。 五、三維打印課程建設內容 例如面向四年級以上學生基于三維設計及三維打印的課外活動或活動小組，3名或5名學生一組進行教學及活動開展，以探究式的活動任務設置、豐富的視聽資料為引導， 案例針對小學生三維設計課程的主要內容展開，采用三維設計基本概念和配套案例相結合的方式，旨在通過一系列的案例講解，將三維設計的基本概念和軟件操作步驟融入其中，讓同學們可以直觀地了解中望3D軟件功能，迅速掌握三維設計在課堂中的運用。 課程中的案例經過精心篩選和編排，將三維的概念設計和產品創(chuàng)新充分結合，增加了課程的趣味性，擴展了設計思路，使同學們可以在學習三維設計的過程中體會到創(chuàng)造的樂趣。實現(xiàn)學中做，做中學。下面是一個體驗大綱： 第1節(jié)校本課程 三維設計與三維打印技術簡介，展示三維打印技術發(fā)展現(xiàn)狀與前景，3D設計課程在全國教育或示范城市的應用現(xiàn)狀。課程目標介紹和3D打印機設備介紹及操作。 第2、3節(jié)校本課程 課程目錄的介紹，及3D模型文件格式保存和介紹，安排案例，笛子（為一個裝配主體）。主要通過拉伸和拉伸切除的功能實現(xiàn)安排時間為學生打印作品 第4、5節(jié)校本課程 案例抽拉笛為一個裝配體，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現(xiàn) 第5節(jié)校本課程 后續(xù)思考：我們可以在笛子的基礎上改變笛子的長短，來得到不同的聲音或開動腦筋自己設計一個屬于自己的樂器。安排時間為學生打印部分作品 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現(xiàn) 第9、10節(jié)校本課程 案例講解掛鉤式花盆主要通過旋轉功能實現(xiàn). 第11、12節(jié)校本課程 案列講解杯托：主要通過放樣、掃掠和拉伸的功能實現(xiàn)。 第13、14節(jié)校本課程 案例抽拉盒（小馬迷宮）：為一個裝配體，由盒蓋和盒體組成，各組件主要通過拉伸和拉伸切除的功能實現(xiàn)。最后由裝配功能實現(xiàn) 第15次節(jié)校本課程 展示相關的三維打印作品和同學探討對三維設計和三維打印的理解及認識。 六．3D打印機介紹 1、桌面式3D打印機 便攜式桌面3D打印設備，機身簡潔、性能完備，可方便的直接打印出各類模型實物，適用于多個行業(yè)領域，更為個人、家庭等用戶提供高效解決方案，滿足不同人群的特殊需求。 UP Plus 2是基于2010年版UP Plus第一代產品，推出的新一代產品。產品提供了自動調整打印平臺的高度，自動調整打印平臺的水平等全新功能，為用戶提供了更加方便的3D打印體驗。全中文操作界面，傻瓜式操作，支持一鍵打印。使用PLA高分子有機材料耗材，完全無毒無害 噴嘴數(shù)量：單 噴嘴直徑：0.4mm 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 配套軟件：CURA 文件格式：STL, OBJ 控制芯片：mega 2560 2.專業(yè)級桌面打印機 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)運行環(huán)境：Win XP/Vista/7/8 設備尺寸：寬528x長441x高410mm； 打印前準備耗時：5分鐘 鏈接方式：USB、網線、wifi 產品名稱 主要技術參數(shù) 數(shù)量 單位 單價(元) 合計(元) 三維設計軟件 1、一個機房(34節(jié)點以上)； 2、基于精確尺寸建模的三維設計軟件，支持3D打印及激光切割文件格式數(shù)據(jù)輸出； 軟件內置邊學邊用功能，學生可在軟件內根據(jù)提供的案例一步一步模仿操作自學軟件； 3、軟件內可進行裝配動畫編輯并輸出AVI視頻； 4、軟件內置一鍵3D打印功能，無需中間格式轉換直接3D打?。? 5、支持曲面修復和縫合功能，提供自動縫合、閉合邊空隙、閉合縫隙、閉合邊、填充縫隙等破面修補命令； 6、支持浮雕效果和變形功能，可以讓圖片變成生動的立體圖形。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，不是簡單的渲染效果。 1 套 120000 120000 3D打印機 打印尺寸：253*199*150 噴頭數(shù)量：1 打印材料：PLA 支持：wifi和USB連接 用ipad直接下載APPstore,和Makerbot五代機器連接就可以直接操作，將手畫的變?yōu)?D圖打印出來 2 臺 30000 60000 噴嘴數(shù)量：單，噴嘴直徑：0.4mm，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，配套軟件：CURA，文件格式：STL, OBJ，控制芯片：mega 2560 2 臺 6000 12000 虛擬雕刻機 1.緊湊的力反饋工作空間(WxHxD)26.54 x 24.13 x 8.89cm 2.位置分辨率：理論上的0.084mm 3.底座直徑(圓的基礎):13.97cm高低17.78cm 4.連接方式: USB 2.0全速接口能力 5.最大力量(在中間時,4個鏈接是直角) :3.4N 6.6-degree-of-freedom位置傳感6自由的X,Y和Z(數(shù)字編碼器),轉動和傾斜(5%線性電位計) 7.電源功率: 100/240V 50/60 Hz 1安培(輸出直流18 v 2.2,38W) 8.操作系統(tǒng)：Windows 7,Windows 8 1 臺 70000 70000 耗材 ABS或pla材料，500g/卷，紅、黃、藍、綠、黑、白多色可選 2 卷 300 600 總計 250600元 3D打印作品欣賞