田迎春   中国人民大学附属中学实验小学信息技术教师，高级教师。全国中小学生创造大赛、全国青少年未来工程师大赛、亚太机器人竞赛等科技竞赛一等奖指导教师，指导的多项学生科技作品成功申请专利。

学习背景
 

21世纪的教育，以培养具有创新精神和创新能力的新型人才，推动社会发展和进步为使命。2015年，李克强总理在政府工作报告中提出“大众创业，万众创新”，更把“创新”提升到了一个前所未有的高度。这几年，我校尝试将3D打印技术引入信息技术课堂，以贴近学生生活为出发点，进行课程的设计与实践。“神奇的夜光杯”是我校校本课程“3D打印与创客”中的一个活动。本活动将3D打印和电子电路知识进行结合，学生设计制作倒入水以后能够发光的高脚杯。

教学目标
 

知识与技能：掌握放样工具的使用，了解三极管的工作原理，能设计简单的电路。

过程与方法：通过观察和分析，绘制简单的设计图；通过自主探究，掌握123D中放样工具使用的基本方法，设计简单的电路。
 

情感态度与价值观：在制作高脚杯的过程中感受3D建模的神奇，激发兴趣，培养自主探究能力和创新精神。
 

教学重点与难点

教学重点：掌握放样工具的使用，了解三极管的作用，能设计简单的电路。
 

教学难点：能够灵活使用放样工具，利用3D打印设计创意作品。
 

教学准备
 

PPT课件、高脚杯实物、广播软件、LED灯、电阻、三极管、电池仓、纽扣电池等。

教学过程
 

本课计划三个课时完成：分析任务，画出设计小样，测量出尺寸；学习123D的放样工具，设计高脚杯外形；搭建创意电路，完成高脚杯的设计。

在第三课时前，教师需要帮助学生打印出高脚杯的模型。

第一课时：分析任务

一、创设情境，引入主题
 

教师展示婚庆现场并拿出一个玻璃高脚杯，要求：在高脚杯杯身进行再次创作，增加婚庆现场的浪漫气氛。
 

二、小组合作解决问题
 

1.构思设计
 

教师组织学生讨论设计方案，引导学生以增加灯光的方式烘托气氛。学生以小组为单位进行方案的设计并交流。师生共同评价方案，最后确定最佳方案：将高脚杯从杯身部分切开，上半部分（如图1左）用来盛放液体，底部封闭；下半部分（如图1右）用来放置电路。

2.绘制草图

学生测量高脚杯的实物图，然后在纸上根据讨论出的方案绘出草图。
 

第二课时：利用123D设计高脚杯
 

一、分析模型
 

师：我们以前的设计都是将模型分解成为一个个基本图形，然后进行拼接消减。现在我们来看这个高脚杯如何去分解？（学生思考回答）
 

师：我们发现高脚杯有些部分不能用我们常见的图形去分解操作，今天我们来学习一个新的建模方法——放样。（教师对如图2的高脚杯上半部分做演示讲解）

师：上面的模型不是基本几何体，无法直接建模。但它有特点，即对称且横截面都是圆，只是大小不同。再仔细观察，可以发现有几处关键截面——底部、腰部和瓶口。如果能利用这几处做出杯身就好了。（如图3）

二、学习制作高脚杯
 

第一步，点击菜单“基本几何体—圆”，拉出一个圆。（如图4）

第二步，点击拉出的圆并复制一个圆，自动出现移动新圆的箭头。（如图5）拖动向上的箭头（Z轴）或在对话框中输入10mm，得到上下两个圆。
 

学生在操作过程中会出现复制不了的问题，教师讲解关键点：选中圆圈还是选中圆面。如果你在圆的边缘点击，选中的是圆圈；把光标移到圆中，出现绿色光环再点击，才会选中整个圆面，中间是蓝色的。

第三步，修改截面大小。选中第二个圆，点击圆的边缘，就会标注圆的直径。（如图6）选中圆的边缘，按住鼠标左键拖动即可修改圆的大小。

第四步，放样。拖动右键，选择一个俯视的角度，点中底部圆面，再按住Shift键，依次点中上面三个圆面；光标移到小齿轮，出现快捷菜单，点击放样（如图7），回车（也可以在主菜单上找到“构建—放样”）。放样后，教师引导学生通过调整控制点来修整图形（如图8）。

学生在操作过程中会出现无法放样的问题，教师给予提示：选中圆面有技巧，让光标在圆的中间移动，等边缘变绿了再点击。选中圆面后中间会变蓝色，否则没选中。放样后的图形和想象的一样，教师引导学生关注圆面选择的顺序问题。
 

剩下的操作是抽壳，我们的杯子需要能够透光，所以抽壳时要注意壳厚度。
 

三、学生自主设计
 

学生根据小组的草图，设计高脚杯的下半部分。
 

四、展示交流
 

组内展示并评选出最佳设计，教师在课下进行切片打印。其余学生的作品以小组为单位，由组长收齐后上交教师，教师在活动结束后集中打印。
 

第三课时：电路设计，组装调试
 

一、搭建简易电路
 

学生在四年级已经接触过电路的基本知识，因此教师仅需告诉学生LED灯正负极的辨识，让学生根据已学知识搭建一个简单的电路。教师选择其中一个学生设计进行测试，测试时会发现将开关处的导线两端放入水（酒）中，LED灯不亮；将导线两端直接接触，LED灯发光。教师提问：为什么会出现这样的现象，怎样解决？
 

二、学习新知，搭建电路
 

在学生思考后，教师给出答案：水（酒）的导电率很小，无法达到LED发光的电压，因此需要借助其他工具来解决，进而引出三极管。教师讲解三极管的作用：三极管是一种控制电流的半导体器件，其作用是把微弱的信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。三极管三条引线分别称为发射极e（Emitter）、基极b（Base）和集电极c（Collector）。（如图9）

如何连接？教师出示电路图，带领学生利用电路图搭建电路。（如图10）学生尝试利用杜邦线搭建电路，测试电路。

三、组装调试，完成作品
 

教师指导学生完成作品的组装，将导线两端从高脚杯底部穿出，用热熔胶将缝隙封住，注意导线金属部分不要用热熔胶封住。将电路放置好后，用热熔胶或胶带将两部分组合在一起。
 

四、作品展示，反思及创新
 

教师引导学生对本组作品的不足之处进行反思，鼓励学生观察生活，多思考，利用3D打印技术将创意变为现实。
 

实践反思
 

本课的设计重点在于让学生体验“创意物化”的过程，通过项目制作，让学生有机会综合应用3D打印和电子电路等多种知识技能，鼓励学生将所学技能应用于自己的实际生活。
 

在教学实施的过程中，学生对夜光杯的神奇，即电子电路的实现充满好奇，能够完成制作，但对原理的理解相对困难。对造型设计上所使用的3D打印技术学生能够较快掌握，但是启发学生的造型设计创意相对困难，在今后的教学中可鼓励学生设计出更加个性化的产品。
 

专家点评
 

本节课是对3D打印课程在学校中有效实施途径的一种有益尝试，将3D打印与电子电路知识相结合，以项目制的学习方式开展教学活动，使学生能够学以致用，将所学技术应用于实际生活。本节课以神奇的夜光杯为主题，指导学生应用3D打印技术进行创意产品原型设计，这一创作活动不仅可以提高学生的创新意识和创新能力，也是指导学生理解和应用设计思维很好的机会。（赵宇，中国人民大学附属中学实验小学高级教师，北京市海淀区信息技术学科带头人）