三维设计与制作

曹莹莹 毕业于首都师范大学，硕士研究生，现任北京市通州区运河中学造物坊社团教师，教授创客系列课程。多次参加教学设计和课堂教学比赛，指导学生多次在科技创新类比赛中取得优异的成绩。曾获2018年三维设计与成型比赛北京市一等奖，2018年创客奥斯卡比赛最佳人文奖，2019年全国未来工程师比赛创意微拍全国二等奖，创意花窗全国三等奖。

教学背景

随着计算机及其外围设备的发展，三维设计与制作在中小学阶段已慢慢普及，是现代设计方法和手段的综合体现。三维设计有着手工制图不可比拟的优越性，可将产品的结构、功能、特点、工作原理等立体展现出来，使人们可以更直观、翔实、全方位地了解物体的功能及特色，便于表达想法，进行创新设计，并广泛应用于机械、电子、建筑、航空、汽车、艺术、化工等众多领域。中小学生拥有活跃的思维，对新鲜事物十分感兴趣，因此应用三维设计可以更好地将自己的创意表达出来，对学生发展和教育有一定帮助。

教学目标

1.了解三维建模软件3D One Plus，掌握建模步骤、方法和部分特殊功能。

2.以茶具套装为例，掌握产品功能结构、尺寸、比例，启发工程思维和设计兴趣。

3.体验三维设计软件建模，提高空间想象力和逻辑思维能力，体会3D打印作为设计验证工具的重要性和意义。

教学重点与难点

教学重点 掌握常用的建模步骤、操作命令和方法。

教学难点 分析和编辑较复杂物体的放样截面、放样路径;灵活使用“扫掠”命令，选择相应的路径和轮廓完成物体;熟悉“组合编辑”命令的三种逻辑运算。

教学过程

一、导入新课

教师引导学生对比不同建模软件，回顾常见建模命令，温习3D One Plus软件界面及常用命令。

二、分析茶具套装结构

茶壶由壶盖、壶身、壶嘴、壶把等部分构成，茶杯由杯身、杯托两部分构成。在设计与制作时，要注意茶壶整体的尺寸与其各部分的比例，以及茶杯与茶壶的尺寸比例。

三、讲解建模步骤和方法

教师指导学生观察物体整体形状结构，由大到小入手，先学习制作茶壶壶身。

（一）绘制壶身

1.使用“草图绘制”命令，绘制不同大小的圆环，并移动使其位于不同层。（圆环距离越近，平滑效果越不明显）

2.使用“特征造型”命令中的“放样”，“轮廓”选择由下而上。

（二）绘制壶嘴

1.使用“草图绘制”命令，绘制不同大小的椭圆，并移动使其位于不同层。

2.使用“特征造型”命令中的“放样”，“轮廓”选择由壶嘴顶端开始，注意方向，如图1。

（三）组合壶身与壶嘴

1.移动壶嘴，使其位于壶身中间偏上位置。

2.选择“组合编辑”命令中的“加运算”，“基体”为壶身，“合并体”为壶嘴，如图2。

3.点击壶身与壶嘴的合并体，选择“特殊功能”命令中的“抽壳”，厚度为-1.5，“开放面”选择壶身顶面。

（四）绘制壶嘴开口

1.使用“草图绘制”命令，在壶嘴处绘制椭圆。

2.打开“DV工具条”中的“渲染模式”，选择“隐藏”，模型变为线框模式，将视图调为“前”视图，使用“草图绘制”命令，在壶嘴中间绘制直线，如图3。

3.选择“特征造型”命令中的“扫掠”，“轮廓”选择椭圆，“路径”选择直线，“坐标”为在轮廓，其他正常，如图4。

4.打开“DV工具条”中的“渲染模式”，选择“着色模式”;点击“组合编辑”命令选择“减运算”，“基体”选择壶身，“合并体”选择扫掠后的圆柱，如图5。

（五）绘制壶把

1.使用“草圖绘制”命令中的“通过点绘制曲线”，绘制出壶把的路径，如图6。

2.使用“草图绘制”命令绘制圆形，使圆形的圆心位于路径上，然后进行“扫掠”，如图7。

（六）组合壶身与壶把

选择“组合编辑”命令中的“加运算”，“基体”选择壶身，“合并体”选择壶把，“边界”选择壶身外壁，如图8。

四、学生练习，教师辅导

壶盖和茶杯的制作方法参考壶身制作的方法与步骤，学生练习制作茶壶与茶杯，教师在必要时给予指导，注意提醒学生使用“特征造型”中的“圆角”命令，处理如图9中画线部位，完善细节。

教学反思

3D One Plus软件建模时更像搭积木，通过对简单图形的堆砌和编辑生成复杂形状，让学生们产生极大的兴趣。然而要熟练地运用它完成设计，需要时间的积累和技巧的运用，学生要多试多练才能领会到其中的巧妙所在。

部分学生在设计制作时掌握不好尺寸与比例，教师可提醒学生提前在纸上绘制好草图，协调好尺寸后再进行建模。学生在建模过程中，教师应多次提醒其对比原图或实物，修改完善模型。