沈志宏   上海外国语大学附属浙江宏达南浔学校信息技术教师，中小学一级教师，浙江省湖州市技术能手，南浔区教学能手，3D打印造型师（国家职业资格三级）。曾辅导学生在2017年全国中小学生电脑制作活动中获3D创意设计三等奖；2018年荣获第二届湖州市“南太湖计划”青少年创客大赛一等奖；2019年中国科学院ACME未来科技挑战赛无人机自动巡航与定点降落竞赛冠军。个人著作《轻松玩转3D One与3D打印》由人民邮电出版社于2018年5月出版发行。
 

教学背景

生态环境一直以来备受大家的关注，我们与许多生物共处在同一个生态系统中。鸟类是我们非常熟悉的动物朋友，它们可以帮助植物传播种子，也可以吃掉农田里的害虫，是生态系统中不可或缺的生物。鸟类是如何度过冬季的？它们的种群数量会因为环境变化受到影响吗？通过调查，我们发现生态环境的恶化导致鸟类死亡较多，特别是在冬季，鸟类因缺少食物而难以生存。为了帮助鸟儿顺利过冬，我们可以利用三维建模软件设计制作一款能够为鸟类提供食物的喂鸟器，让鸟儿在冬季也能有足够的食物。
 

教学目标
 

1.学会利用123D Design设计喂鸟器的造型；

2.能够运用已有的知识技能设计出功能多样的喂鸟器；
 

3.在制作设计喂鸟器的同时了解各类鸟类过冬所需的食物，习得更多的鸟类知识。

教学过程
 

一、创设情境，提出问题
 

教师播放鸟儿冬季觅食的视频，提出问题：你观察到了什么？你觉得是什么导致鸟类死亡数目增多的？通过问题情境，学生认识到在冬季给鸟类喂食的重要性，为制作喂鸟器提供了现实意义和内在动力。
 

二、图纸绘制，创意设计
 

学生通过观察图片、视频和真实的喂鸟器后，分组设计、绘制喂鸟器图纸，并在绘制完成后，与全班同学交流本组喂鸟器的设计选用了哪些材料，分别用来做什么结构，有什么作用；其他同学对该设计提出自己的建议；交流小组根据同学的建议进行修改。

三、实践探究，模型设计
 

（一）喂鸟器底座
 

1.利用工具栏中的“基本体”—“圆柱体”命令，在网格面中绘制一个半径为25mm、高度为10mm的圆柱体；随后选择“修改”—“倒角”命令，选中圆柱体的顶面和底面的边线，倒角距离设为4mm。
 

2.使用工具栏中的“修改”—“圆角”命令，选择圆柱体中间的上下边线，圆角距离为3mm；再次使用“圆角”命令，对圆柱体的顶面和底面的边线进行圆角，距离为45mm。
 

3.鼠标单击工具栏中的“基本体”—“圆柱体”命令，在圆柱体顶面上绘制一个半径为22mm、高度为20mm的圆柱体；使用“变换”—“移动/旋转”命令，选中第二个圆柱后拖动Z轴方向的箭头调整圆柱体的位置，移动距离-5mm。
 

4.随后使用工具栏中的“合并”—“相减”命令，对喂鸟器的底座和底座顶面圆柱进行“减运算”处理，完成喂鸟器底座的制作，如图1。

（二）喂鸟器储物仓
 

1.使用“圆柱体”命令，在喂鸟器底座顶面上绘制一个半径为20mm、高度为60mm的圆柱体；随后利用“抽壳”命令，将圆柱形储物仓进行抽壳，开口面选上口面，内侧厚度设置为2mm。
 

2.调整视图导航器到“上”，使用“长方体”命令，在喂鸟器底座左侧第一个网格交叉点上绘制一个长度为2mm、宽度为5mm、高度为60mm的长方体；随后将视图导航器调整到“前”，利用“移动/旋转”命令，选中长方体后拖动Z轴方向的向上箭头调整长方体的位置，移动距离5mm；随后移动Y轴方向箭头向右移动9mm。
 

3.使用“环形阵列”命令，复制喂鸟器储物仓外侧的长方体，“轴”为喂鸟器储物仓的开口边线，数量为8个，选择“圆周”参数。
 

4.调整视图导航器到“前”，使用“圆柱体”命令，在喂鸟器底座上方第一个网格交叉点上绘制一个半径为15mm、高度为50mm的圆柱体；随后选择“移动/旋转”命令，选中圆柱体后拖动Z轴方向的向上箭头调整圆柱体的位置，移动距离11mm。
 

5.选择“环形阵列”命令，“实体”选喂鸟器储物仓外侧的圆柱体，“轴”为喂鸟器储物仓的开口边线，数量为2个，选择“圆周”参数，完成圆柱体的复制；随后使用“相减”命令，“目标实体/网格”选喂鸟器储物仓，“源实体/网格”选喂鸟器储物仓外侧的圆柱，完成喂鸟器喂食口的制作。合并后选中喂鸟器储物仓外侧开口处的长方体，按键盘上的删除键（Delete）删除多余的两个长方体，如图2。

（三）喂鸟器顶盖
 

1.选择“矩形阵列”命令，“实体”选喂鸟器底座，“方向”为喂鸟器储物仓外侧的长方体Z轴方向边线，数量为2个，阵列距离为-64mm，选择“圆周”参数，完成喂鸟器底座的复制；随后利用“移动/旋转”命令，将复制的喂鸟器底座旋转-180度，使喂鸟器底座翻转过来，开口向下，功能转变为喂鸟器的顶盖，如图3。
 

2.使用“圆环体”命令，在喂鸟器顶盖上方中心处绘制一个主半径为6mm、次半径为2mm的圆环体；接着选择“移动/旋转”命令，旋转圆环体，旋转角度-90度，使圆环体垂直于喂鸟器顶盖。
 

3.利用“合并”命令，将喂鸟器储物仓外侧的长方体、喂鸟器底座、喂鸟器顶盖和圆环体进行合并，如图4。合并后调整视图导航器到“前下”，鼠标单击喂鸟器顶盖下方的圆环体，出现绿色边框后，鼠标指针移开圆环体后再次单击喂鸟器顶盖下方的圆环体部分，随后按键盘上的删除键（Delete）删除。

4.选择“圆角”命令，依次选中喂鸟器储物仓外侧开口处下方边线和开口处左右两侧边线，圆角半径1mm；再次选择“圆角”命令，依次选中喂鸟器储物仓底部内侧边线，圆角半径3mm。这样，喂鸟器就制作完成了，如图5。

（四）切片打印
 

喂鸟器模型可以整体切片，然后通过3D打印机进行打印。
 

教学反思
 

本课例充分体现了STEAM教育的优势，在跨学科方面，喂鸟器制作课程不局限于单一课程，利用了科学、技术、工程、艺术和数学等学科相互关联的知识解决问题，跨越了学科界限，实现了从多学科知识综合应用的角度提高学生解决实际问题能力的教育目标。
 

本课程兼备趣味性、体验性、情境性等特性，学生在现实情境中解决问题，体验和获得了分享时的快乐感与创造中的成就感。这种在参与、体验中习得了知识的方式，对学生今后的工作和生活的长远发展会产生深刻影响。