3D创意设计初体验

朱振栋 吉林松花江中学初、高中物理实验教师兼科技辅导员，中学物理高级教师，《发明与创新》杂志社“发明与创新专家团”专家，全国创新学科带头人，优秀创客导师，宋庆龄少儿发明奖优秀辅导教师，吉林省自制教具能手，全国校园发明创意大赛等多个全国大赛评委。连续多年组织辅导学生参加省内和国内多项科技活动，并取得了较好的成绩。近年来，发表物理实验（教具）、航空模型、发明创新（作品+经验体会）教研论文近100篇，论文多次在全国、省、市获奖。

教学背景

随着创客教育的深入开展，3D打印技术已经逐渐成为中小学校的创客教学内容之一。而3DOne是专为中小学教育打造的，致力于提高学生思维能力，实现创新素质教育发展的一款专用软件，具备简单易用的程序环境，支持专业级的涂鸦式平面草图绘制，可进行丰富实用的3D实体设计，提供多种多样的显示控制，还能通过内嵌于软件的社区网站下载3D打印模型。3DOne软件将这些强大的功能与简单易用的程序环境相结合，使得学生们更易上手。

因此，我校于2019年依托3DOne教学软件，在基础年级开设了3D创意设计课程。本节课设计来源于一个科技作品“单杠玩偶”，主要目的是通过制作单杠玩偶，让学生体验3DOne与科技课的结合，在制作过程中学会各工具的使用，制作后能够体验并分享劳动成果。

教学目标

知识与技能 学会灵活运用3DOne软件，利用基本实体命令设计制作科技活动作品。

过程与方法 通过设计单杠玩偶模型，让学生掌握3DOne相应的工具使用，同时体验3DOne与科技活动课程的结合。

教学重点与难点

教学重点 学会动态移动工具的使用。

教学难点 模型结构的位置关系和各参数选择。

教学准备

PPT课件、电脑、3DOne软件、大屏幕投影设备等。

教学过程

师：同学们见过或玩过单杠玩偶吗？

师：想想单杠玩偶是如何操作的。

师：请同学们仔细观察并思考单杠玩偶的结构特征，如由几部分组成，各部分之间有什么位置关系，制作各部分需要用到哪些3D工具。

通过观察学生发现：单杠玩偶模型共有三部分组成。

1.支架

支架由底座和两个立柱支架组成。这两部分是通过组合加运算构成的一个整体。

2.摇把

摇把由轴和摇把组成，也是一个组合实体。

3.玩偶

玩偶由头部、身体、上肢、下肢组成，这里头部、身体、下肢是一个组合实体。

上肢是和搖把中的轴相连的实体。上肢和下肢（身体、头部）通过转轴相连。

玩偶的操作步骤（玩法）：通过转动手柄，小木偶会绕单杠做翻转动作。

制作过程中要多次使用移动命令（该命令在左侧工具栏中基本编辑下子菜单中），一般选择移动命令中的动态移动命令选项，可将零件从一点移动到另一点。此处的移动不仅仅指沿轴线平移，还包括沿轴旋转，并且平移量和旋转量可使用三维手柄进行拖动，也可以输入调节。此命令对绘制的草图和实体均适用。

使用时要注意移动方向（如X-Y，Y-X等）、移动距离，往往要通过多次移动才能达到满意效果。

下面按照课件提示分三部分进行制作，也可以自己创意制作。

1.底座与支架

这部分由三个六面体组合加运算组成。支架部分先做好一个，另一个可通过镜像命令得到。

参考底板尺寸：200mm×80mm×20mm的六面体。

参考支架尺寸：200mm×40mm×20mm的六面体。

运用工具：六面体命令、镜像命令、组合加运算、圆角命令等。

2.摇臂与转轴

这部分由球体、三个圆柱体组合加运算组成。三个圆柱体的半径要保持相同。

参考尺寸：球体半径15mm，轴半径8mm，长度分别为270mm、50mm、50mm。

运用工具：球体命令、圆柱体命令、动态移动命令、复制命令、组合加运算、组合减运算命令等。

摇把可通过原位置复制后，通过动态移动确定。

3.制作玩偶

这部分由圆柱体、球体、六面体等组合加运算和组合减运算组成。

参考尺寸：

上肢：手臂为半径12mm、厚度12mm的圆柱体，上肢为5mm×12mm×60mm的六面体。

头部：半径20mm、厚度5mm的圆柱体。

身体：50mm×60mm×5mm的六面体。

下肢：50mm×12mm×5mm的六面体。

脚：5mm×12mm×25mm的六面体。

轴：半径4mm的球体，半径1.5mm、长85mm的圆柱体。

运用工具：六面体、圆柱体、球体、动态移动、复制命令、组合加运算、组合减运算、圆角命令、渲染等。

教学总结

本课是对单杠玩偶这一科技模型进行设计与制作的3D创意设计课，在制作中要知道模型由哪几部分组成，需明确各组成部分间的相对位置关系，各组成部分间的组合方式。只有这样才能满意地完成作品的制作。

移动工具的使用：使用动态移动选项。

六面体参数的确定：可通过键盘输入，按回车键确定。

课后拓展

在完成模型制作后，可以把玩偶替换成其他动物，如小猴等，也可以自己设计制作一件其他科技作品。