3D創意設計初體驗

朱振棟 吉林松花江中學初、高中物理實驗教師兼科技輔導員，中學物理高級教師，《發明與創新》雜志社“發明與創新專家團”專家，全國創新學科帶頭人，優秀創客導師，宋慶齡少兒發明獎優秀輔導教師，吉林省自制教具能手，全國校園發明創意大賽等多個全國大賽評委。連續多年組織輔導學生參加省內和國內多項科技活動，并取得了較好的成績。近年來，發表物理實驗（教具）、航空模型、發明創新（作品+經驗體會）教研論文近100篇，論文多次在全國、省、市獲獎。

教學背景

隨著創客教育的深入開展，3D打印技術已經逐漸成為中小學校的創客教學內容之一。而3DOne是專為中小學教育打造的，致力于提高學生思維能力，實現創新素質教育發展的一款專用軟件，具備簡單易用的程序環境，支持專業級的涂鴉式平面草圖繪制，可進行豐富實用的3D實體設計，提供多種多樣的顯示控制，還能通過內嵌于軟件的社區網站下載3D打印模型。3DOne軟件將這些強大的功能與簡單易用的程序環境相結合，使得學生們更易上手。

因此，我校于2019年依托3DOne教學軟件，在基礎年級開設了3D創意設計課程。本節課設計來源于一個科技作品“單杠玩偶”，主要目的是通過制作單杠玩偶，讓學生體驗3DOne與科技課的結合，在制作過程中學會各工具的使用，制作后能夠體驗并分享勞動成果。

教學目標

知識與技能 學會靈活運用3DOne軟件，利用基本實體命令設計制作科技活動作品。

過程與方法 通過設計單杠玩偶模型，讓學生掌握3DOne相應的工具使用，同時體驗3DOne與科技活動課程的結合。

教學重點與難點

教學重點 學會動態移動工具的使用。

教學難點 模型結構的位置關系和各參數選擇。

教學準備

PPT課件、電腦、3DOne軟件、大屏幕投影設備等。

教學過程

師：同學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：請同學們仔細觀察并思考單杠玩偶的結構特征，如由幾部分組成，各部分之間有什么位置關系，制作各部分需要用到哪些3D工具。

通過觀察學生發現：單杠玩偶模型共有三部分組成。

1.支架

支架由底座和兩個立柱支架組成。這兩部分是通過組合加運算構成的一個整體。

2.搖把

搖把由軸和搖把組成，也是一個組合實體。

3.玩偶

玩偶由頭部、身體、上肢、下肢組成，這里頭部、身體、下肢是一個組合實體。

上肢是和搖把中的軸相連的實體。上肢和下肢（身體、頭部）通過轉軸相連。

玩偶的操作步驟（玩法）：通過轉動手柄，小木偶會繞單杠做翻轉動作。

制作過程中要多次使用移動命令（該命令在左側工具欄中基本編輯下子菜單中），一般選擇移動命令中的動態移動命令選項，可將零件從一點移動到另一點。此處的移動不僅僅指沿軸線平移，還包括沿軸旋轉，并且平移量和旋轉量可使用三維手柄進行拖動，也可以輸入調節。此命令對繪制的草圖和實體均適用。

使用時要注意移動方向（如X-Y，Y-X等）、移動距離，往往要通過多次移動才能達到滿意效果。

下面按照課件提示分三部分進行制作，也可以自己創意制作。

1.底座與支架

這部分由三個六面體組合加運算組成。支架部分先做好一個，另一個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。

運用工具：六面體命令、鏡像命令、組合加運算、圓角命令等。

2.搖臂與轉軸

這部分由球體、三個圓柱體組合加運算組成。三個圓柱體的半徑要保持相同。

參考尺寸：球體半徑15mm，軸半徑8mm，長度分別為270mm、50mm、50mm。

運用工具：球體命令、圓柱體命令、動態移動命令、復制命令、組合加運算、組合減運算命令等。

搖把可通過原位置復制后，通過動態移動確定。

3.制作玩偶

這部分由圓柱體、球體、六面體等組合加運算和組合減運算組成。

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85mm的圓柱體。

運用工具：六面體、圓柱體、球體、動態移動、復制命令、組合加運算、組合減運算、圓角命令、渲染等。

教學總結

本課是對單杠玩偶這一科技模型進行設計與制作的3D創意設計課，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位置關系，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。

移動工具的使用：使用動態移動選項。

六面體參數的確定：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物，如小猴等，也可以自己設計制作一件其他科技作品。