徐芬芬   上海市梅陇中学信息科技教师，学校3D创新实验室负责人，从事3D创新教学4年，参与开发3D打印校本课程，指导学生设计的3D打印作品多次获市、区级奖项。

课程背景

三维模型可以由二维模型转变而来，这是三维设计的重要建模思想，也是3D打印课程的重要内容。3D创意挂饰DIY课程通过讲授挂饰的建模过程，使学生掌握在三维设计软件中绘制草图，并通过拉伸命令将二维图形转化成立体，经过修饰和处理，最终打印作品。

教学目标

知识与技能 参照演示，操作草图绘制工具、拉伸工具和组合编辑命令；根据需求，制订设计方案，绘制挂饰的外观；操作打印机，将3D模型打印成实物作品。

过程与方法 通过小组合作，制订解决方案，并建模实现；通过交流展示，分享成果，提高表达能力。

情感态度与价值观 在“设计—实现—再设计”的过程中，养成科学研究的精神；提高用3D建模与打印技术解决生活中实际问题的意识。

教学重点与难点

教学重点 参照演示，操作草图绘制工具、拉伸工具和组合编辑命令。

教学难点 通过小组合作，制订解决方案，并实现建模。

教学过程

一、创设情境

师：我想亲手制作一个既特别又有科技含量的礼物——3D打印的挂饰（如图1）送给妈妈，表达我对她的祝愿。同学们想不想也设计一个3D挂饰，打印出来送给你在乎的他？

二、模仿制作

生活中的挂饰形态多样，在进行创新设计之前，请大家先模仿制作一个最为常见的挂饰——爱心挂饰。

在爱心挂饰的建模过程中，教师带领学生学习使用草图绘制工具绘制平面图形，并学习新的二维平面向三维立体转换的命令——拉伸，同时配合减运算来实现爱心的中空效果和挂饰的小孔。

（一）建模具体步骤

爱心挂饰范例的建模主要包含五个步骤，分别是绘制平面图形、拉伸成立体、减运算修饰、添加小孔和加运算组合。

1.绘制平面图

选择草图绘制中的圆弧工具，绘制两条相连的弧线，然后使用镜像工具，以中心线为参考线，复制另一半造型。（如图2）在图形绘制过程中，必须保证最终绘制的图形是闭合的，避免有缺口的图形和交叉的线。

2.拉伸成立体

选中上一步绘制的爱心图形，在快捷菜单中选择拉伸工具，将爱心图形拉伸为立体，参考拉伸高度为2mm。（如图3）

3.减运算修饰

使用组合编辑中的减运算，为实心的挂饰主体添加中空效果，使得挂饰更加灵动、多样。在已建立的爱心上面，再绘制一个小一点的爱心形状；拉伸上一步绘制的爱心形状，拉伸高度参考值

为-10mm，使其穿透之前的爱心主体；使用组合编辑中的减运算，得到中空的爱心挂饰主体。（如图4）

4.添加小孔

用同样的方法，建立挂饰的小孔：建立圆柱体，参考半径3.5mm，高度2mm；在圆柱体上方绘制圆形，参考半径1.5mm；对上一步绘制的圆形进行拉伸和减运算。（如图5）

5.加运算组合

通过组合编辑中的加运算使得挂饰和小孔合为一体。（如图6）选择组合编辑，选择加运算，基体选择挂饰主体，合并体选择小孔。至此，爱心挂饰建模完成。

（二）切片打印

1.模型切片

使用3D One软件设计出的三维模型文件名后缀为“.zl”，不可直接打印，在打印前需将其导出为stl格式的文件，然后导入Cura模型切片软件进行切片，再导出gcode格式文件，即可送至打印机进行打印。（如图7）

2.模型打印

调整好打印机平台并加热打印材料后，选择对应的gcode文件，即可进行打印。一般挂饰的打印需要5~10分钟，打印后根据需要对作品进行细节处理。如若打印失败，分析原因后重新打印或者返回修改模型再重新打印。

三、设计方案

（一）作品欣赏和分析

师：通过草图绘制、拉伸和减运算，我们制作了爱心挂饰，用同样的方法可以设计出不一样的挂饰作品，请大家欣赏其他班级的挂饰作品，谈谈这些作品如何实现。

注：通过分析其他挂饰的实现方法，引导学生认识到所学的建模方法可以设计形态多样的挂饰，促进学生迁移本课所学的建模知识，增强自主设计的信心和动力。

（二）设计方案

学生以两人为一组，共同设计创意挂饰，讨论作品的含义（创意）、外观、尺寸等问题并填写设计方案表格。

注：在学生填写设计方案的初期，教师对学生的设计方案不宜做过多的评价或者否定，让学生将自身意愿和创意自由地表达出来。

四、建模实现

挂饰的3D建模有两个关键步骤：用线条绘制挂饰的平面形状和通过拉伸命令将平面图形拉伸成立体。学生根据小组设计的创意挂饰草图，操作草图绘制、拉伸、减运算以及加运算等命令完成建模，实现创意。

教师提供学习资源和环境，学生通过探究、交流与合作依次解决内心疑问，实现设计方案。教师对遇到困难的小组提供个别指导。

五、作品打印

学生操作3D打印机，将3D模型打印成实物作品。打印好的作品在精细程度上可能有所差别，学生需要对作品进行打磨或者调整模型的某些部分重新打印，又或是需要调整打印机平台，等等。这是一个试错、纠错的反复循环的过程，如图8中的挂饰，小孔未打印完全，需要修改3D模型。

六、成果交流

成果交流是集中锻炼学生交流与表达能力的过程，成果交流时笔者建议学生展示以下内容：打印出来的挂饰，并进行创意说明；制作该挂饰的主要步骤；在活动中遇到的关键问题，以及自己是如何解决的；其他想自由表达的内容。在这个过程中，学生分享成功的喜悦，锻炼了交流与表达能力。

教学反思

通过这节课的学习，小创客们设计出了各式各样的挂饰作品，锻炼了他们的创新与设计能力。同时，学生在建模、打印、交流的过程中领会到一个成功的作品不可能一次性完成，而是需要不断地反思和改进，培养了学生的工程思维与设计思维。