《创意笔筒——3D建模设计》教学案例

周晓明

教材分析

《创意笔筒——3D建模设计》一课是我校校本课程3D打印的第四课。本课主要内容是围绕笔筒的模型设计学习123D中抽壳工具以及相减工具的使用。这两个工具是123D中非常重要的技巧性工具：使用抽壳可以掏空物体，而选择操作和选择抽壳工具两个不同操作步骤会产生物体中空和有敞开面的掏空两种不同的效果；布尔运算的相减操作能将基本体外形改变，而在使用时要先区分好目标实体和源实体。教学中为了让学生掌握工具的使用，教师应注重引导学生自主探究时工具选择的提示，并仔细观察和分析操作后物体的外形，从而灵活地使用工具进行物体的创作。

学情分析

本课的教学对象是小学五年级的学生，他们通过之前的学习，已经对123D的界面比较熟悉，能比较熟练地使用各个视角观察物体，也能够在工作台上放上各种基本物体并对其进行移动、旋转、缩放等基本的编辑处理。本课的知识点是抽壳和相减，这是学生第一次接触将基本物体的外形进行改变。为了帮助学生理解和掌握，笔者使用学生熟悉的笔筒作为任务载体，在设计“创意笔筒”的活动过程中，鼓励学生在掌握技术的同时放飞想象，大胆创新。

教学目标

知识与技能目标：了解抽壳的作用，掌握抽壳工具和相减工具的使用。

过程与方法目标：通过观察和分析，了解123D不同的操作步骤能制作不同的物体；通过自主探究，掌握123D中工具使用的基本方法。

情感态度与价值观目标：在制作笔筒的过程中感受3D建模的神奇，激发兴趣，培养自主探究能力，培养创新精神。

教学重点、难点

重点：掌握抽壳工具、相减工具的使用。

难点：能够灵活使用相减改变物体的外形。

● 教学准备

PPT课件、“使用相减工具”学件、橡皮泥及制作工具。

● 教学过程

1.创设情境，导入课题

教师出示一组笔筒的图片。

师：笔筒是我们生活中常用的文房用具，能和大家说说你家的笔筒吗？

學生交流各自使用的笔筒。

师：想不想用上自己设计的笔筒呢？这节课我们一起来设计一款有个性的创意笔筒。

设计意图：选择学生非常熟悉的笔筒作为主题引出学习任务，由此激发学生的学习兴趣及创作热情。

2.探究新知，初步体验

（1）使用“抽壳”工具

师：笔筒应该具备哪些特点呢？

生：一个面是开放的，底部可以放稳，有合适的高度。

师：笔筒的实用性是它最重要的特点，怎样的笔筒才能更讨人喜爱呢？

生：在实用的基础上再给它附加上用于装饰或特殊功能的纹饰。

师：以基本体中的圆柱体为例，它怎么样才能够成为一个笔筒呢？

生：中间掏空并敞开顶面。

师：要想实现这个效果，“修改”菜单中的“抽壳”工具或许能帮助到我们。

教师选择“抽壳”工具，并提醒学生阅读软件中抽壳的使用提示。

师：阅读了工具的使用提示，谁有信心来尝试一下使用抽壳工具？

学生上台尝试操作。

师：真棒，一个简易的笔筒出现了，老师也想来试一试。

教师演示先选择物体，后选择抽壳工具。

师：为什么结果不一样呢？

生：第一次是先选抽壳工具，然后单击物体的一个面，第二次是先选物体，然后选择抽壳工具。

师：老师的抽壳操作为什么失败了？

学生猜测操作失败的原因。

师：再用第一种方法对这个物体抽壳，将会有“非法操作”的错误提示。因为暂时看不出这个物体有没有变化，请先保留你们的猜测。

教师小结抽壳的一种操作：先选择抽壳工具，然后选择物体的一个面，可以掏空物体并敞开一个面（如图1）。

师：请选择一个你们喜欢的笔筒外形，用抽壳工具做出一个简易的笔筒吧。

学生实践操作。

师：抽壳时可以做什么设置？

学生回答并演示修改厚度或抽壳的方向。

设计意图：引导学生自主阅读软件中工具的使用提示，鼓励学生大胆实践，能培养学生的探究能力，增强他们的学习自信心。笔者演示时故意将操作步骤颠倒，意图一是通过表扬两次操作过程步骤不同的学生来提醒他们养成上课集中注意力这一良好的学习习惯，意图二是为随后抽壳工具的另一种使用方法的教学埋下伏笔。

（2）使用“相减”工具

师：大家想想，用球形的物体能做笔筒吗？为什么？

生：没有敞开的面，底部不稳，所以球形物体不能做笔筒。

师：有没有办法能让球有一个用于抽壳的敞开的面呢？

生：切掉顶上的一块。

教师出示两个物体，球的上半部分叠着一个方块。

师：我们以前用“合并”工具将它们相加，如果让它们相减会有什么结果呢？大胆尝试一下“相减”工具吧（如图2）。

学生打开教师课前下发的“使用相减工具”文件尝试操作，并根据不同的操作步骤交流相减工具的作用和使用方法。

师：目标实体指执行完相减操作后要保留下来的物体；源实体指执行完相减后，与目标实体的重叠部分及其本身被减去的那个物体。两者必须要有重叠。

笔者出示橡皮泥实物。

师：橡皮泥是大家非常喜欢的手工制作原料，现在有一根小棒作为工具，它们之间可以做哪些相减呢？

学生用一根小棒在橡皮泥上戳几个洞，或者用棒的侧面在橡皮泥上刻几条印等。

师：这时的相减，目标实体和源实体分别是哪个物体呢？

生：橡皮泥是目标实体，工具是源实体。

设计意图：以学生在操作过程中产生的问题作为教学资源，顺势学习相减工具的使用。这一环节笔者采用知识迁移的方法，学生已经使用过“合并”工具，在合并工具使用中目标实体和源实体是不作区分的，而此时“相减”工具的使用中将不同的物体作为目标实体，产生的结果截然不同，放手让学生去尝试和体验，通过分析不同的操作产生的不同结果，得出“相减”工具的使用方法。接着，借助橡皮泥实物的操作，加深学生对相减时目标实体和源实体的区分及理解。

（3）知识巩固

师：哪位同学有信心在软件中再现刚才的实物操作？

学生使用之前教师抽壳过的圆柱作为目标实体演示相减操作，观察相减后的结果，并发现这个圆柱体内部是空心的。教师小结抽壳的另一种操作：先选择物体，然后使用抽壳工具，会把物体内部掏空。

师：现在这个球可以做笔筒了吗？可以怎么做呢？

学生讨论后回答。

教师根据学生的回答分别出示物体的效果图（如图3）。

设计意图：通过让学生在软件中再现工具对橡皮泥的操作，巩固学生对相减工具的使用技能，并将之前抽壳过的圆柱体作为此时相减的目标实体，巧妙地让学生观察到物体的特点，顺势掌握抽壳工具的另一种操作方法。通过如何解决让球面稳固这一问题，鼓励学生展开想象，并利用思维导图培养学生的发散性思维。

3.巩固提升，设计创新

师：你想设计一个怎样独特的笔筒呢？先思考一下，然后把你的创意和旁边的同学说一说。

学生交流。

师：大家都准备好了吗？行动起来吧！

學生实践。

教师出示两种效果图。

学生观察先抽壳后组合和先组合后抽壳的不同效果（如图4）。

师：已经完成笔筒外形设计的同学可以继续考虑笔筒上的装饰，或者设置合适的材质。

学生实践并展示作品，说一说自己作品的特点。

学生互评并以小组为单位评选出最佳创意奖，课后去综合实践教室打印作品。

设计意图：这个环节的目的是让学生发挥想象，综合运用所学知识和技术，自主创作。在学生创作过程中，由于不同的操作顺序产生的作品效果不同，笔者有意识地引导学生观察比较，拓宽学生的创作思路。在作品汇报中，学生进行自评和互评，不断获得成功的喜悦和认同感，从而大大激发他们学习的兴趣和持续创作的欲望，进一步体现学生在教学中的主体地位。

4.归纳小结，拓展延伸

师：今天我们通过笔筒的设计制作，学习了抽壳和相减两个新工具的使用。抽壳和相减这两个工具，可以用在我们生活中的哪些作品的创作中呢？

学生联想后回答。

师：无限的想象会带来无限的创意，相信我们的生活会无限精彩！

设计意图：通过总结，为学生梳理本课所学的知识，简单的总结有助于学生对知识的构建，让学生联想新学的工具可以应用在哪些物品的设计制作中，这样的拓展延伸是发散学生思维的有效手段。

教学反思

我校的校本课程3D打印教学，不仅是让学生学习3D打印的基础知识和123D的基本操作，更重要的是激发学生的想象力，开发学生的创造潜能，培养学生的创新能力，让学生在物品设计和项目探究中体验新技术带来的巨大能量，打通他们想象世界、虚拟世界和现实世界的三个维度。

本课是一节3D建模设计课，为了培养学生的创造性思维，笔者设计了制作创意笔筒这一活动主题，给学生搭建思维的支架，并在教学过程中鼓励学生大胆想象。为了培养学生的自主探究能力，笔者鼓励学生大胆实践，并引导他们仔细观察和分析改变后的物体外形，使其熟练地掌握抽壳和相减两个工具的使用方法。在这节课中，学生都能主动参与学习及探究活动，在发展创造性思维的同时，将所学的技术灵活、独特地表现在作品中，取得了较好的教学效果。