《創(chuàng)意筆筒——3D建模設(shè)計(jì)》教學(xué)案例

周曉明

教材分析

《創(chuàng)意筆筒——3D建模設(shè)計(jì)》一課是我校校本課程3D打印的第四課。本課主要內(nèi)容是圍繞筆筒的模型設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)123D中抽殼工具以及相減工具的使用。這兩個(gè)工具是123D中非常重要的技巧性工具：使用抽殼可以掏空物體，而選擇操作和選擇抽殼工具兩個(gè)不同操作步驟會(huì)產(chǎn)生物體中空和有敞開(kāi)面的掏空兩種不同的效果；布爾運(yùn)算的相減操作能將基本體外形改變，而在使用時(shí)要先區(qū)分好目標(biāo)實(shí)體和源實(shí)體。教學(xué)中為了讓學(xué)生掌握工具的使用，教師應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生自主探究時(shí)工具選擇的提示，并仔細(xì)觀察和分析操作后物體的外形，從而靈活地使用工具進(jìn)行物體的創(chuàng)作。

學(xué)情分析

本課的教學(xué)對(duì)象是小學(xué)五年級(jí)的學(xué)生，他們通過(guò)之前的學(xué)習(xí)，已經(jīng)對(duì)123D的界面比較熟悉，能比較熟練地使用各個(gè)視角觀察物體，也能夠在工作臺(tái)上放上各種基本物體并對(duì)其進(jìn)行移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、縮放等基本的編輯處理。本課的知識(shí)點(diǎn)是抽殼和相減，這是學(xué)生第一次接觸將基本物體的外形進(jìn)行改變。為了幫助學(xué)生理解和掌握，筆者使用學(xué)生熟悉的筆筒作為任務(wù)載體，在設(shè)計(jì)“創(chuàng)意筆筒”的活動(dòng)過(guò)程中，鼓勵(lì)學(xué)生在掌握技術(shù)的同時(shí)放飛想象，大膽創(chuàng)新。

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能目標(biāo)：了解抽殼的作用，掌握抽殼工具和相減工具的使用。

過(guò)程與方法目標(biāo)：通過(guò)觀察和分析，了解123D不同的操作步驟能制作不同的物體；通過(guò)自主探究，掌握123D中工具使用的基本方法。

情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：在制作筆筒的過(guò)程中感受3D建模的神奇，激發(fā)興趣，培養(yǎng)自主探究能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。

教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

重點(diǎn)：掌握抽殼工具、相減工具的使用。

難點(diǎn)：能夠靈活使用相減改變物體的外形。

● 教學(xué)準(zhǔn)備

PPT課件、“使用相減工具”學(xué)件、橡皮泥及制作工具。

● 教學(xué)過(guò)程

1.創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入課題

教師出示一組筆筒的圖片。

師：筆筒是我們生活中常用的文房用具，能和大家說(shuō)說(shuō)你家的筆筒嗎？

學(xué)生交流各自使用的筆筒。

師：想不想用上自己設(shè)計(jì)的筆筒呢？這節(jié)課我們一起來(lái)設(shè)計(jì)一款有個(gè)性的創(chuàng)意筆筒。

設(shè)計(jì)意圖：選擇學(xué)生非常熟悉的筆筒作為主題引出學(xué)習(xí)任務(wù)，由此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及創(chuàng)作熱情。

2.探究新知，初步體驗(yàn)

（1）使用“抽殼”工具

師：筆筒應(yīng)該具備哪些特點(diǎn)呢？

生：一個(gè)面是開(kāi)放的，底部可以放穩(wěn)，有合適的高度。

師：筆筒的實(shí)用性是它最重要的特點(diǎn)，怎樣的筆筒才能更討人喜愛(ài)呢？

生：在實(shí)用的基礎(chǔ)上再給它附加上用于裝飾或特殊功能的紋飾。

師：以基本體中的圓柱體為例，它怎么樣才能夠成為一個(gè)筆筒呢？

生：中間掏空并敞開(kāi)頂面。

師：要想實(shí)現(xiàn)這個(gè)效果，“修改”菜單中的“抽殼”工具或許能幫助到我們。

教師選擇“抽殼”工具，并提醒學(xué)生閱讀軟件中抽殼的使用提示。

師：閱讀了工具的使用提示，誰(shuí)有信心來(lái)嘗試一下使用抽殼工具？

學(xué)生上臺(tái)嘗試操作。

師：真棒，一個(gè)簡(jiǎn)易的筆筒出現(xiàn)了，老師也想來(lái)試一試。

教師演示先選擇物體，后選擇抽殼工具。

師：為什么結(jié)果不一樣呢？

生：第一次是先選抽殼工具，然后單擊物體的一個(gè)面，第二次是先選物體，然后選擇抽殼工具。

師：老師的抽殼操作為什么失敗了？

學(xué)生猜測(cè)操作失敗的原因。

師：再用第一種方法對(duì)這個(gè)物體抽殼，將會(huì)有“非法操作”的錯(cuò)誤提示。因?yàn)闀簳r(shí)看不出這個(gè)物體有沒(méi)有變化，請(qǐng)先保留你們的猜測(cè)。

教師小結(jié)抽殼的一種操作：先選擇抽殼工具，然后選擇物體的一個(gè)面，可以掏空物體并敞開(kāi)一個(gè)面（如圖1）。

師：請(qǐng)選擇一個(gè)你們喜歡的筆筒外形，用抽殼工具做出一個(gè)簡(jiǎn)易的筆筒吧。

學(xué)生實(shí)踐操作。

師：抽殼時(shí)可以做什么設(shè)置？

學(xué)生回答并演示修改厚度或抽殼的方向。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生自主閱讀軟件中工具的使用提示，鼓勵(lì)學(xué)生大膽實(shí)踐，能培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)自信心。筆者演示時(shí)故意將操作步驟顛倒，意圖一是通過(guò)表?yè)P(yáng)兩次操作過(guò)程步驟不同的學(xué)生來(lái)提醒他們養(yǎng)成上課集中注意力這一良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，意圖二是為隨后抽殼工具的另一種使用方法的教學(xué)埋下伏筆。

（2）使用“相減”工具

師：大家想想，用球形的物體能做筆筒嗎？為什么？

生：沒(méi)有敞開(kāi)的面，底部不穩(wěn)，所以球形物體不能做筆筒。

師：有沒(méi)有辦法能讓球有一個(gè)用于抽殼的敞開(kāi)的面呢？

生：切掉頂上的一塊。

教師出示兩個(gè)物體，球的上半部分疊著一個(gè)方塊。

師：我們以前用“合并”工具將它們相加，如果讓它們相減會(huì)有什么結(jié)果呢？大膽嘗試一下“相減”工具吧（如圖2）。

學(xué)生打開(kāi)教師課前下發(fā)的“使用相減工具”文件嘗試操作，并根據(jù)不同的操作步驟交流相減工具的作用和使用方法。

師：目標(biāo)實(shí)體指執(zhí)行完相減操作后要保留下來(lái)的物體；源實(shí)體指執(zhí)行完相減后，與目標(biāo)實(shí)體的重疊部分及其本身被減去的那個(gè)物體。兩者必須要有重疊。

筆者出示橡皮泥實(shí)物。

師：橡皮泥是大家非常喜歡的手工制作原料，現(xiàn)在有一根小棒作為工具，它們之間可以做哪些相減呢？

學(xué)生用一根小棒在橡皮泥上戳幾個(gè)洞，或者用棒的側(cè)面在橡皮泥上刻幾條印等。

師：這時(shí)的相減，目標(biāo)實(shí)體和源實(shí)體分別是哪個(gè)物體呢？

生：橡皮泥是目標(biāo)實(shí)體，工具是源實(shí)體。

設(shè)計(jì)意圖：以學(xué)生在操作過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題作為教學(xué)資源，順勢(shì)學(xué)習(xí)相減工具的使用。這一環(huán)節(jié)筆者采用知識(shí)遷移的方法，學(xué)生已經(jīng)使用過(guò)“合并”工具，在合并工具使用中目標(biāo)實(shí)體和源實(shí)體是不作區(qū)分的，而此時(shí)“相減”工具的使用中將不同的物體作為目標(biāo)實(shí)體，產(chǎn)生的結(jié)果截然不同，放手讓學(xué)生去嘗試和體驗(yàn)，通過(guò)分析不同的操作產(chǎn)生的不同結(jié)果，得出“相減”工具的使用方法。接著，借助橡皮泥實(shí)物的操作，加深學(xué)生對(duì)相減時(shí)目標(biāo)實(shí)體和源實(shí)體的區(qū)分及理解。

（3）知識(shí)鞏固

師：哪位同學(xué)有信心在軟件中再現(xiàn)剛才的實(shí)物操作？

學(xué)生使用之前教師抽殼過(guò)的圓柱作為目標(biāo)實(shí)體演示相減操作，觀察相減后的結(jié)果，并發(fā)現(xiàn)這個(gè)圓柱體內(nèi)部是空心的。教師小結(jié)抽殼的另一種操作：先選擇物體，然后使用抽殼工具，會(huì)把物體內(nèi)部掏空。

師：現(xiàn)在這個(gè)球可以做筆筒了嗎？可以怎么做呢？

學(xué)生討論后回答。

教師根據(jù)學(xué)生的回答分別出示物體的效果圖（如圖3）。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)讓學(xué)生在軟件中再現(xiàn)工具對(duì)橡皮泥的操作，鞏固學(xué)生對(duì)相減工具的使用技能，并將之前抽殼過(guò)的圓柱體作為此時(shí)相減的目標(biāo)實(shí)體，巧妙地讓學(xué)生觀察到物體的特點(diǎn)，順勢(shì)掌握抽殼工具的另一種操作方法。通過(guò)如何解決讓球面穩(wěn)固這一問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生展開(kāi)想象，并利用思維導(dǎo)圖培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維。

3.鞏固提升，設(shè)計(jì)創(chuàng)新

師：你想設(shè)計(jì)一個(gè)怎樣獨(dú)特的筆筒呢？先思考一下，然后把你的創(chuàng)意和旁邊的同學(xué)說(shuō)一說(shuō)。

學(xué)生交流。

師：大家都準(zhǔn)備好了嗎？行動(dòng)起來(lái)吧！

學(xué)生實(shí)踐。

教師出示兩種效果圖。

學(xué)生觀察先抽殼后組合和先組合后抽殼的不同效果（如圖4）。

師：已經(jīng)完成筆筒外形設(shè)計(jì)的同學(xué)可以繼續(xù)考慮筆筒上的裝飾，或者設(shè)置合適的材質(zhì)。

學(xué)生實(shí)踐并展示作品，說(shuō)一說(shuō)自己作品的特點(diǎn)。

學(xué)生互評(píng)并以小組為單位評(píng)選出最佳創(chuàng)意獎(jiǎng)，課后去綜合實(shí)踐教室打印作品。

設(shè)計(jì)意圖：這個(gè)環(huán)節(jié)的目的是讓學(xué)生發(fā)揮想象，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技術(shù)，自主創(chuàng)作。在學(xué)生創(chuàng)作過(guò)程中，由于不同的操作順序產(chǎn)生的作品效果不同，筆者有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生觀察比較，拓寬學(xué)生的創(chuàng)作思路。在作品匯報(bào)中，學(xué)生進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)，不斷獲得成功的喜悅和認(rèn)同感，從而大大激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣和持續(xù)創(chuàng)作的欲望，進(jìn)一步體現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)中的主體地位。

4.歸納小結(jié)，拓展延伸

師：今天我們通過(guò)筆筒的設(shè)計(jì)制作，學(xué)習(xí)了抽殼和相減兩個(gè)新工具的使用。抽殼和相減這兩個(gè)工具，可以用在我們生活中的哪些作品的創(chuàng)作中呢？

學(xué)生聯(lián)想后回答。

師：無(wú)限的想象會(huì)帶來(lái)無(wú)限的創(chuàng)意，相信我們的生活會(huì)無(wú)限精彩！

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)總結(jié)，為學(xué)生梳理本課所學(xué)的知識(shí)，簡(jiǎn)單的總結(jié)有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的構(gòu)建，讓學(xué)生聯(lián)想新學(xué)的工具可以應(yīng)用在哪些物品的設(shè)計(jì)制作中，這樣的拓展延伸是發(fā)散學(xué)生思維的有效手段。

教學(xué)反思

我校的校本課程3D打印教學(xué)，不僅是讓學(xué)生學(xué)習(xí)3D打印的基礎(chǔ)知識(shí)和123D的基本操作，更重要的是激發(fā)學(xué)生的想象力，開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，讓學(xué)生在物品設(shè)計(jì)和項(xiàng)目探究中體驗(yàn)新技術(shù)帶來(lái)的巨大能量，打通他們想象世界、虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界的三個(gè)維度。

本課是一節(jié)3D建模設(shè)計(jì)課，為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，筆者設(shè)計(jì)了制作創(chuàng)意筆筒這一活動(dòng)主題，給學(xué)生搭建思維的支架，并在教學(xué)過(guò)程中鼓勵(lì)學(xué)生大膽想象。為了培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力，筆者鼓勵(lì)學(xué)生大膽實(shí)踐，并引導(dǎo)他們仔細(xì)觀察和分析改變后的物體外形，使其熟練地掌握抽殼和相減兩個(gè)工具的使用方法。在這節(jié)課中，學(xué)生都能主動(dòng)參與學(xué)習(xí)及探究活動(dòng)，在發(fā)展創(chuàng)造性思維的同時(shí)，將所學(xué)的技術(shù)靈活、獨(dú)特地表現(xiàn)在作品中，取得了較好的教學(xué)效果。