3D創(chuàng)意設(shè)計(jì)初體驗(yàn)

朱振棟 吉林松花江中學(xué)初、高中物理實(shí)驗(yàn)教師兼科技輔導(dǎo)員，中學(xué)物理高級(jí)教師，《發(fā)明與創(chuàng)新》雜志社“發(fā)明與創(chuàng)新專家團(tuán)”專家，全國(guó)創(chuàng)新學(xué)科帶頭人，優(yōu)秀創(chuàng)客導(dǎo)師，宋慶齡少兒發(fā)明獎(jiǎng)優(yōu)秀輔導(dǎo)教師，吉林省自制教具能手，全國(guó)校園發(fā)明創(chuàng)意大賽等多個(gè)全國(guó)大賽評(píng)委。連續(xù)多年組織輔導(dǎo)學(xué)生參加省內(nèi)和國(guó)內(nèi)多項(xiàng)科技活動(dòng)，并取得了較好的成績(jī)。近年來，發(fā)表物理實(shí)驗(yàn)（教具）、航空模型、發(fā)明創(chuàng)新（作品+經(jīng)驗(yàn)體會(huì)）教研論文近100篇，論文多次在全國(guó)、省、市獲獎(jiǎng)。

教學(xué)背景

隨著創(chuàng)客教育的深入開展，3D打印技術(shù)已經(jīng)逐漸成為中小學(xué)校的創(chuàng)客教學(xué)內(nèi)容之一。而3DOne是專為中小學(xué)教育打造的，致力于提高學(xué)生思維能力，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新素質(zhì)教育發(fā)展的一款專用軟件，具備簡(jiǎn)單易用的程序環(huán)境，支持專業(yè)級(jí)的涂鴉式平面草圖繪制，可進(jìn)行豐富實(shí)用的3D實(shí)體設(shè)計(jì)，提供多種多樣的顯示控制，還能通過內(nèi)嵌于軟件的社區(qū)網(wǎng)站下載3D打印模型。3DOne軟件將這些強(qiáng)大的功能與簡(jiǎn)單易用的程序環(huán)境相結(jié)合，使得學(xué)生們更易上手。

因此，我校于2019年依托3DOne教學(xué)軟件，在基礎(chǔ)年級(jí)開設(shè)了3D創(chuàng)意設(shè)計(jì)課程。本節(jié)課設(shè)計(jì)來源于一個(gè)科技作品“單杠玩偶”，主要目的是通過制作單杠玩偶，讓學(xué)生體驗(yàn)3DOne與科技課的結(jié)合，在制作過程中學(xué)會(huì)各工具的使用，制作后能夠體驗(yàn)并分享勞動(dòng)成果。

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能 學(xué)會(huì)靈活運(yùn)用3DOne軟件，利用基本實(shí)體命令設(shè)計(jì)制作科技活動(dòng)作品。

過程與方法 通過設(shè)計(jì)單杠玩偶模型，讓學(xué)生掌握3DOne相應(yīng)的工具使用，同時(shí)體驗(yàn)3DOne與科技活動(dòng)課程的結(jié)合。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn) 學(xué)會(huì)動(dòng)態(tài)移動(dòng)工具的使用。

教學(xué)難點(diǎn) 模型結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系和各參數(shù)選擇。

教學(xué)準(zhǔn)備

PPT課件、電腦、3DOne軟件、大屏幕投影設(shè)備等。

教學(xué)過程

師：同學(xué)們見過或玩過單杠玩偶嗎？

師：想想單杠玩偶是如何操作的。

師：請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)觀察并思考單杠玩偶的結(jié)構(gòu)特征，如由幾部分組成，各部分之間有什么位置關(guān)系，制作各部分需要用到哪些3D工具。

通過觀察學(xué)生發(fā)現(xiàn)：?jiǎn)胃芡媾寄Ｐ凸灿腥糠纸M成。

1.支架

支架由底座和兩個(gè)立柱支架組成。這兩部分是通過組合加運(yùn)算構(gòu)成的一個(gè)整體。

2.搖把

搖把由軸和搖把組成，也是一個(gè)組合實(shí)體。

3.玩偶

玩偶由頭部、身體、上肢、下肢組成，這里頭部、身體、下肢是一個(gè)組合實(shí)體。

上肢是和搖把中的軸相連的實(shí)體。上肢和下肢（身體、頭部）通過轉(zhuǎn)軸相連。

玩偶的操作步驟（玩法）：通過轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，小木偶會(huì)繞單杠做翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。

制作過程中要多次使用移動(dòng)命令（該命令在左側(cè)工具欄中基本編輯下子菜單中），一般選擇移動(dòng)命令中的動(dòng)態(tài)移動(dòng)命令選項(xiàng)，可將零件從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)。此處的移動(dòng)不僅僅指沿軸線平移，還包括沿軸旋轉(zhuǎn)，并且平移量和旋轉(zhuǎn)量可使用三維手柄進(jìn)行拖動(dòng)，也可以輸入調(diào)節(jié)。此命令對(duì)繪制的草圖和實(shí)體均適用。

使用時(shí)要注意移動(dòng)方向（如X-Y，Y-X等）、移動(dòng)距離，往往要通過多次移動(dòng)才能達(dá)到滿意效果。

下面按照課件提示分三部分進(jìn)行制作，也可以自己創(chuàng)意制作。

1.底座與支架

這部分由三個(gè)六面體組合加運(yùn)算組成。支架部分先做好一個(gè)，另一個(gè)可通過鏡像命令得到。

參考底板尺寸：200mm×80mm×20mm的六面體。

參考支架尺寸：200mm×40mm×20mm的六面體。

運(yùn)用工具：六面體命令、鏡像命令、組合加運(yùn)算、圓角命令等。

2.搖臂與轉(zhuǎn)軸

這部分由球體、三個(gè)圓柱體組合加運(yùn)算組成。三個(gè)圓柱體的半徑要保持相同。

參考尺寸：球體半徑15mm，軸半徑8mm，長(zhǎng)度分別為270mm、50mm、50mm。

運(yùn)用工具：球體命令、圓柱體命令、動(dòng)態(tài)移動(dòng)命令、復(fù)制命令、組合加運(yùn)算、組合減運(yùn)算命令等。

搖把可通過原位置復(fù)制后，通過動(dòng)態(tài)移動(dòng)確定。

3.制作玩偶

這部分由圓柱體、球體、六面體等組合加運(yùn)算和組合減運(yùn)算組成。

參考尺寸：

上肢：手臂為半徑12mm、厚度12mm的圓柱體，上肢為5mm×12mm×60mm的六面體。

頭部：半徑20mm、厚度5mm的圓柱體。

身體：50mm×60mm×5mm的六面體。

下肢：50mm×12mm×5mm的六面體。

腳：5mm×12mm×25mm的六面體。

軸：半徑4mm的球體，半徑1.5mm、長(zhǎng)85mm的圓柱體。

運(yùn)用工具：六面體、圓柱體、球體、動(dòng)態(tài)移動(dòng)、復(fù)制命令、組合加運(yùn)算、組合減運(yùn)算、圓角命令、渲染等。

教學(xué)總結(jié)

本課是對(duì)單杠玩偶這一科技模型進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作的3D創(chuàng)意設(shè)計(jì)課，在制作中要知道模型由哪幾部分組成，需明確各組成部分間的相對(duì)位置關(guān)系，各組成部分間的組合方式。只有這樣才能滿意地完成作品的制作。

移動(dòng)工具的使用：使用動(dòng)態(tài)移動(dòng)選項(xiàng)。

六面體參數(shù)的確定：可通過鍵盤輸入，按回車鍵確定。

課后拓展

在完成模型制作后，可以把玩偶替換成其他動(dòng)物，如小猴等，也可以自己設(shè)計(jì)制作一件其他科技作品。