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中小學(xué)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,美國教育是各國研究的長期目標(biāo).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(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、場所等限制，而忽視了最能體現(xiàn)學(xué)生“創(chuàng)新”素養(yǎng)的動手實(shí)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(shè)計(jì)與3D打印技術(shù)在近年來發(fā)展迅猛，國際上科學(xué)技術(shù)水平較為先進(jìn)的國家如美國、英國、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)到的知識和已有的生活經(jīng)驗(yàn)相綜合應(yīng)用的教學(xué)內(nèi)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(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，引發(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)新意識和創(chuàng)新精神，不斷提升技術(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：激光內(nèi)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； 加工臺；組合式桌椅； 移動式工具柜；觸控液晶顯示器； 學(xué)生作品展示空間 二、3D設(shè)計(jì)項(xiàng)目主要內(nèi)容及預(yù)期成果 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，以專門定制的簡易3D設(shè)計(jì)軟件表達(dá)學(xué)生的創(chuàng)意想象。簡單的說，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?！?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(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)活動課程或勞動技術(shù)課程來學(xué)習(xí)，在活動課程中表現(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)生對科學(xué)的興趣，強(qiáng)化學(xué)生的手腦并用。 對老師學(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、展示科技創(chuàng)新成果，充實(shí)校內(nèi)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.安全性原則。小學(xué)生對設(shè)備的操作能力比較弱，安全防范意識差，本項(xiàng)目引進(jìn)的三維打印機(jī)，操作簡單、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(shí)驗(yàn)，來構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室的課題內(nèi)容，方便創(chuàng)設(shè)問題情境。 創(chuàng)造性原則。營造鼓勵(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 5.創(chuàng)造性原則。營造鼓勵(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)軟件簡介 基于工業(yè)級3D設(shè)計(jì)軟件中望3D內(nèi)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)內(nèi)容 例如面向四年級以上學(xué)生基于三維設(shè)計(jì)及三維打印的課外活動或活動小組，3名或5名學(xué)生一組進(jìn)行教學(xué)及活動開展，以探究式的活動任務(wù)設(shè)置、豐富的視聽資料為引導(dǎo)， 案例針對小學(xué)生三維設(shè)計(jì)課程的主要內(nèi)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)的過程中體會到創(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)課程在全國教育或示范城市的應(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)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(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) 第5節(jié)校本課程 后續(xù)思考：我們可以在笛子的基礎(chǔ)上改變笛子的長短，來得到不同的聲音或開動腦筋自己設(shè)計(jì)一個(gè)屬于自己的樂器。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) 第9、10節(jié)校本課程 案例講解掛鉤式花盆主要通過旋轉(zhuǎn)功能實(shí)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(shí)現(xiàn)。 第13、14節(jié)校本課程 案例抽拉盒（小馬迷宮）：為一個(gè)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(shí)現(xiàn)。最后由裝配功能實(shí)現(xiàn) 第15次節(jié)校本課程 展示相關(guān)的三維打印作品和同學(xué)探討對三維設(shè)計(jì)和三維打印的理解及認(rèn)識。 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)品提供了自動調(diào)整打印平臺的高度，自動調(diào)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(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：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(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528x長441x高410mm； 打印前準(zhǔn)備耗時(shí)：5分鐘 鏈接方式：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； 軟件內(nèi)置邊學(xué)邊用功能，學(xué)生可在軟件內(nèi)根據(jù)提供的案例一步一步模仿操作自學(xué)軟件； 3、軟件內(nèi)可進(jìn)行裝配動畫編輯并輸出AVI視頻； 4、軟件內(nèi)置一鍵3D打印功能，無需中間格式轉(zhuǎn)換直接3D打??； 5、支持曲面修復(fù)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(bǔ)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(jī) 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(jī)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(jī) 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(chǔ)):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(shí),4個(gè)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(zhuǎn)動和傾斜(5%線性電位計(jì)) 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(lán)、綠、黑、白多色可選 2 卷 300 600 總計(jì) 250600元 3D打印作品欣賞