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【导师分享】岳尊龙:3DOne与学科融合的尝试与探索

2016-4-18 16:16| 发布者: 代发| 查看: 1984| 评论: 0


本文由淄博创客空间 岳尊龙老师供稿(社区昵称:淄博创客空间老岳)

创客导师个人作品空间:http://www.i3DOne.com/u/62075622

 

(编者注:岳尊龙老师是淄博创客空间的专业从事人员,淄博创客空间一直致力于青少年的创客文化推广,而“为孩子种下一颗创新的种子”是岳老师的宗旨,岳老师也欢迎大家与他进行各种创客教育方面问题的交流。)

 

随着3D打印技术的快速发展,人性化、生活化、智能化的3D打印技术已经渐渐融入到我们的日常生活,走进我们的家庭,成为我们动手制作、创意成型的得力助手。以前教学生使用3DMAX、草图大师等软件,对于小学生来说,这些软件过于专业,操作难度较大,学生很难在短时间内掌握。当我第一次接触3DOne的时候,突然发现这款软件就是专门为孩子们设计的,这才是真正适合中小学生学习3D建模的利器,再加上3DOne社区丰富的课程资源和激励机制,更是实现了让孩子们在“学中玩,玩中学”。以下是我在教学设计中的几个小实例,仅供大家参考。

 

一、制作scratch小车

任务是为我们的智能硬件兴趣社团scratch智能蓝牙小车设计漂亮的外观和底盘。让学生通过测量arduino板的长宽、孔距,然后使用3DOne设计打印出小车底盘,然后再设计一个漂亮的外壳和其他配件。在课程设计上我们进行了如下尝试:

 

1. 小车外形设计。现实生活中的车辆一般都采用车身和底盘的形式,我们在设计的时候也可以参照这种设计方法,采用车身和底盘分离的方式,这样可以让智能小车更具有拓展性。车身决定小车的外观,可以用3DOne进行设计,设计方法可以参照社区中老师和同学们设计的消防车、救护车、警车等模型。下图是我们的创客导师安仁中学的李海伦老师的作品,萌萌的样子是孩子们的最爱。

底盘主要是用于承载Arduino控制板、超声波传感器、电池盒、舵机、车轮等器材,对强度和精度都有一定要求。后期需要在底盘上设计好放置器材的位置,在合适的地方开孔,方便将来用螺丝把器材固定到底盘上,这就需要使用游标卡尺等工具进行精确的数据测量和采集,然后结合3DOne的测量功能确定好器材的安放位置。

大兴一中dike为我们提供的作品

 

这种基于动手实做的学习可以让学生很好的理解物理学科中的测量、误差等概念,以及误差和测量工具有关,因为如果用他们自己的普通刻度尺误差很大,然后使用3DOne设计出来的器件,很可能安装不到小车底盘上。

 

二、3DOne建模体验数学的魅力

通过3DOne建模学习,让学生建立立体几何的概念有着天然的优势。在课程设计中通过拉伸、变形、扭曲、弯折等操作,可以让学生很容易理解点、线、面、体等概念。进行了如下课程设计:

 

1.什么是3D?

我们要设计3D的物体,你有没有想过,什么是3D?D是英文单词dimension的缩写,在这里可以翻译成为维度,3D也就是我们说的三维,是指在平面二维系中又加入了一个方向向量构成的空间系。三维既是坐标轴的三个轴,即x轴、y轴、z轴,其中x表示左右空间,y表示上下空间,z表示前后空间,这样就形成了人的视觉立体感。简单说三维物体就是具有长、宽、高三个维度信息的物体,它能使我们产生立体的视觉。

 

仔细观察下面的图片,你发现二维和三维的区别了吗?

仔细想想我们生活的世界,是不是到处充满了几何图形的影子?

看完这些图片你建立一个3D物体有什么想法?

一个复杂的3D模型其实可以分解为各种基本的几何体,而这些基本的几何体又是通过基本的几何图形旋转或推拉而成。接下来,我们就从基本开始,今天的任务是制作一个立方体。

 

2.制作立方体

从今天开始,我们要采用一款使用简单,但是功能却很强大的软件来学习制3D模型文件,这款软件叫做3DOne,是一款直接面向对象的直观、灵活、易于使用的设计工具。接下来我们就采用3DOne来绘制一个立方体……

 

简单设计之后,再通过3D打印机打印出来,学生真实的体验可以增强他们对知识的理解,后期可以加入各种几何体组合让学生设计“橱子”、“跳棋”、“雪花”……。

北京队长的雪花

 

三、通过真实问题的情景引入增加对工程课程理解

3D技术的最终价值是它的工具性价值,做为工具就要体现它的实用性。所以我们在课程设计中应该用真实生活中实例导入,让学生认识到3D打印机就如常见的普通打印机一样,只是我们生活中用到的一种工具,有了这样一种思想,就会很自然的把他应用到日常生活中。   

 

现代的工业制造,为了降低成本,抹杀了我们个性化需求,而以3D技术为代表的桌面加工业却可以实现我们的个性化需求。我们经常会遇到这样一些“小麻烦”:家中的某些物品因为丢失或者损坏了一个小部件而不能正常工作;与孩子一起动手制作玩具时,需要一些异形的小零件却无处购买;晚上家里的某个设施出现了小故障,破损的零件暂时找不到替代品;想把自己的创意和设计变成实物,却无法实现……,这些小麻烦可以用工业化方式解决,如果你掌握了3D打印技术,也可以用3D打印的方式解决。

 

情景设置:

 

一是获取水龙头配件关键部位的相关数据。建议使用游标卡尺测量,如果没有游标卡尺,也可以使用普通的米尺替代,不过使用游标卡尺测得数据比较准确,可以大大降低将来打印实物的废品率。如上图,我们要打印一个圆形的水龙头把手,得到的相关数据如下:

二是使用3DOne开始设计。打开设计软件后,经过平面画圆、平面画矩形、推拉成体这样简单的三个操作,3D版的简易水龙头把手就这样在3分钟内搞定。3D效果如下图。

 

 

三是要对stl文件进行切片,常用的开源软件有RepetierHost中的Cura进行切片,切片前可以先设置好打印速度、打印精度、打印温度、填充率等相关的打印参数,然后进行切片。这时候我们设计的3D模型将被转换为打印机可以识别的G代码,形成一个gcode文件。建议打印时最好先打印一个试用品。试用品的填充率可以调至10%左右,这样可以大大缩减打印时间和打印成本。

 

经过这样一个基于真实问题的项目设计和实施,学生不但加强了3D打印技术的工具性理解,而且还通过后期的应用观察,了解打印物品材质不同,对使用带来的影响。引发他们对打印材质的思考。

 

总之,通过自己的一些尝试,希望以后的3DOne打印教学设计中,应该尽快跳过打印一些网上下载的精美模型的炫酷阶段,进入到真实问题需要的情景导入,精确工具测量的数据采集,和在数学基础上的模型设计,或许这样更能接近于STEM课程中工程的理念。

 

【关于3DOne中小学三维创意社区www.i3done.com】

    结合中小学三维创意设计软件--3DOne,为中小学提供3D设计+3D打印的创新课程方案,并打造激发青少年创造力的在线创客教育互动社区。

 


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