15三維打印小臺(tái)燈教案-2024-2025學(xué)年人民版勞動(dòng)八年級(jí)上冊(cè)

課題三維打印小臺(tái)燈單元第4單元學(xué)科勞動(dòng)技術(shù)年級(jí)八年級(jí)教學(xué)目標(biāo)學(xué)生能夠了解三維打印技術(shù)的基本原理、工藝流程和常用材料。掌握三維建模軟件（如Tinkercad）的基本操作，包括創(chuàng)建基本幾何體、組合編輯、尺寸設(shè)定等，能夠設(shè)計(jì)出小臺(tái)燈的三維模型。學(xué)會(huì)操作三維打印機(jī)，包括打印機(jī)的預(yù)熱、模型文件的導(dǎo)入、打印參數(shù)的設(shè)置（如層高、填充密度、打印速度等）以及打印機(jī)的啟動(dòng)與監(jiān)控，最終成功打印出小臺(tái)燈的零部件并進(jìn)行組裝。教學(xué)準(zhǔn)備材料與工具準(zhǔn)備三維打印機(jī)及配套耗材（如PLA材料）、電腦（安裝三維建模軟件Tinkercad及三維打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序）、小臺(tái)燈的電子元件（如燈泡、燈座、電線、開關(guān)）、螺絲刀、尖嘴鉗、剪刀、砂紙、膠水。教學(xué)資源準(zhǔn)備收集三維打印技術(shù)的相關(guān)視頻資料，包括三維打印原理動(dòng)畫演示、三維打印機(jī)工作過(guò)程視頻、精彩的三維打印作品展示等，制作成教學(xué)課件，用于課堂導(dǎo)入和知識(shí)講解，讓學(xué)生直觀地了解三維打印技術(shù)。教學(xué)重點(diǎn)三維打印技術(shù)的原理和工藝流程。讓學(xué)生理解三維打印是如何通過(guò)逐層堆積材料的方式來(lái)構(gòu)建物體的，掌握從數(shù)字模型到實(shí)物打印的完整過(guò)程，包括模型設(shè)計(jì)、文件格式轉(zhuǎn)換、打印參數(shù)設(shè)置等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。運(yùn)用Tinkercad軟件進(jìn)行小臺(tái)燈的三維建模。指導(dǎo)學(xué)生掌握Tinkercad軟件中各種工具的使用方法，如創(chuàng)建基本形狀、調(diào)整形狀大小和位置、進(jìn)行布爾運(yùn)算實(shí)現(xiàn)復(fù)雜造型、設(shè)置模型的尺寸精度等，能夠根據(jù)自己的創(chuàng)意設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理、外觀美觀的小臺(tái)燈三維模型。教學(xué)難點(diǎn)復(fù)雜小臺(tái)燈造型的三維建模。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，涉及到一些曲線、曲面造型以及多個(gè)零部件的精確組合與裝配，對(duì)于初中學(xué)生來(lái)說(shuō)，空間想象能力和建模技巧要求較高，需要進(jìn)行詳細(xì)的指導(dǎo)和示范，幫助學(xué)生克服建模困難。三維打印過(guò)程中的參數(shù)優(yōu)化與故障排除。不同的小臺(tái)燈模型結(jié)構(gòu)和打印要求需要選擇合適的打印參數(shù)，如層高設(shè)置不當(dāng)會(huì)影響模型表面質(zhì)量，填充密度不合理會(huì)影響小臺(tái)燈的強(qiáng)度等。同時(shí)，在打印過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)各種故障，如噴頭堵塞、模型翹邊、層間剝離等，學(xué)生需要學(xué)會(huì)分析故障原因并采取有效的解決措施，這需要學(xué)生具備一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和問(wèn)題解決能力。教學(xué)過(guò)程（一）導(dǎo)入講臺(tái)上展示一個(gè)精美的三維打印小臺(tái)燈成品，打開開關(guān)，小臺(tái)燈亮起。提問(wèn)學(xué)生：“同學(xué)們，你們看這個(gè)小臺(tái)燈漂亮嗎？它和我們平時(shí)見(jiàn)到的小臺(tái)燈有什么不同呢？”引導(dǎo)學(xué)生觀察小臺(tái)燈的外觀和材質(zhì)特點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的好奇心和興趣。播放一段三維打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)、醫(yī)療、建筑等領(lǐng)域應(yīng)用的精彩視頻片段，展示三維打印如何將創(chuàng)意快速轉(zhuǎn)化為實(shí)物，如定制化的醫(yī)療器械、復(fù)雜的建筑模型等。視頻結(jié)束后，提問(wèn)：“看了這些神奇的應(yīng)用，你們想不想知道這個(gè)小臺(tái)燈是怎么通過(guò)三維打印制作出來(lái)的呢？今天就讓我們一起走進(jìn)三維打印的世界，學(xué)習(xí)制作屬于自己的三維打印小臺(tái)燈?！睆亩霰竟?jié)課的主題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和探索欲望。（二）知識(shí)講解三維打印技術(shù)原理介紹利用動(dòng)畫演示課件，詳細(xì)講解三維打印的基本原理——增材制造。以常見(jiàn)的熔融沉積成型（FDM）技術(shù)為例，向?qū)W生展示三維打印機(jī)是如何將絲狀的打印材料（如PLA）加熱熔化后，通過(guò)噴頭按照預(yù)設(shè)的路徑逐層擠出并堆積在打印平臺(tái)上，最終形成三維物體的。在講解過(guò)程中，結(jié)合示意圖和動(dòng)畫，讓學(xué)生理解模型的切片處理過(guò)程，即如何將設(shè)計(jì)好的三維模型在軟件中切割成一層一層的薄片數(shù)據(jù)，打印機(jī)再根據(jù)這些數(shù)據(jù)一層一層地構(gòu)建物體，使學(xué)生對(duì)三維打印的工作過(guò)程有一個(gè)清晰、直觀的認(rèn)識(shí)。簡(jiǎn)單介紹三維打印的其他常見(jiàn)技術(shù)類型，如光固化成型（SLA）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）等，讓學(xué)生了解不同技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景，拓寬學(xué)生的知識(shí)面。三維打印工藝流程講解模型設(shè)計(jì)：告訴學(xué)生三維打印的第一步是使用三維建模軟件創(chuàng)建物體的數(shù)字模型。模型的設(shè)計(jì)要考慮物體的結(jié)構(gòu)合理性、尺寸精度以及后期打印的可行性等因素。文件格式轉(zhuǎn)換：講解設(shè)計(jì)好的三維模型需要保存為特定的文件格式（如STL格式），才能被三維打印機(jī)識(shí)別和讀取。介紹STL格式的特點(diǎn)以及在轉(zhuǎn)換過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，如模型的破損、法向量錯(cuò)誤等，以及如何進(jìn)行修復(fù)。打印參數(shù)設(shè)置：詳細(xì)介紹三維打印機(jī)的主要打印參數(shù)，包括層高（決定模型的表面精細(xì)程度）、填充密度（影響模型的強(qiáng)度和重量）、打印速度（與打印質(zhì)量和時(shí)間有關(guān)）、噴頭溫度（根據(jù)打印材料的特性設(shè)置）等。通過(guò)舉例說(shuō)明不同參數(shù)設(shè)置對(duì)打印結(jié)果的影響，讓學(xué)生明白如何根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的參數(shù)，以達(dá)到最佳的打印效果。打印過(guò)程監(jiān)控：強(qiáng)調(diào)在打印過(guò)程中需要對(duì)打印機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，觀察打印進(jìn)度、噴頭狀態(tài)、材料供應(yīng)等情況，及時(shí)處理可能出現(xiàn)的問(wèn)題，如噴頭堵塞、材料纏繞等，確保打印過(guò)程順利進(jìn)行。后處理：向?qū)W生介紹打印完成后的后處理步驟，包括去除模型的支撐結(jié)構(gòu)（對(duì)于一些有懸空部分的模型需要添加支撐，打印后要小心去除）、打磨模型表面（使表面光滑平整）、上色（根據(jù)需要對(duì)模型進(jìn)行色彩裝飾）等，讓學(xué)生了解到一個(gè)完整的三維打印作品不僅需要精準(zhǔn)的打印，還需要精心的后處理才能達(dá)到理想的效果。Tinkercad軟件操作基礎(chǔ)打開Tinkercad軟件，向?qū)W生展示軟件的界面布局，包括菜單欄、工具欄、工作區(qū)、形狀面板等主要區(qū)域。演示在形狀面板中選擇基本幾何體（如圓柱體、長(zhǎng)方體、圓錐體等）并拖放到工作區(qū)的操作，讓學(xué)生了解如何創(chuàng)建簡(jiǎn)單的三維形狀。講解對(duì)形狀進(jìn)行編輯的基本操作，如使用縮放工具調(diào)整形狀的大小、使用移動(dòng)工具改變形狀的位置、使用旋轉(zhuǎn)工具改變形狀的角度等，通過(guò)實(shí)際操作讓學(xué)生掌握這些編輯工具的使用方法和技巧。介紹布爾運(yùn)算功能，通過(guò)實(shí)例演示如何使用布爾并集、交集、差集等運(yùn)算將多個(gè)簡(jiǎn)單形狀組合成復(fù)雜的造型，如制作小臺(tái)燈的燈座、燈罩等部件，讓學(xué)生體會(huì)到通過(guò)布爾運(yùn)算可以實(shí)現(xiàn)豐富多樣的設(shè)計(jì)效果。（三）小臺(tái)燈設(shè)計(jì)實(shí)踐設(shè)計(jì)思路引導(dǎo)在屏幕上展示一些不同風(fēng)格和造型的小臺(tái)燈圖片，包括簡(jiǎn)約現(xiàn)代風(fēng)格、復(fù)古風(fēng)格、卡通風(fēng)格等，引導(dǎo)學(xué)生觀察小臺(tái)燈的各個(gè)組成部分，如燈罩、燈座、燈桿的形狀、比例和連接方式等，啟發(fā)學(xué)生的設(shè)計(jì)靈感。提出設(shè)計(jì)要求：小臺(tái)燈要具備穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，能夠正常放置在桌面上；燈罩要有一定的遮光性和美觀性；燈座要能夠容納電子元件并便于組裝；整體造型要新穎獨(dú)特，體現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)意和個(gè)性。小組討論與設(shè)計(jì)方案確定將學(xué)生分成小組，每組34人。每個(gè)小組圍繞設(shè)計(jì)要求進(jìn)行討論，確定小臺(tái)燈的設(shè)計(jì)方案，包括整體造型、各部件的形狀和尺寸等。鼓勵(lì)學(xué)生在討論中充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，結(jié)合小組內(nèi)成員的想法和建議，形成獨(dú)特的設(shè)計(jì)概念。巡視各小組，參與學(xué)生的討論，對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行引導(dǎo)和啟發(fā)，幫助學(xué)生解決在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，如結(jié)構(gòu)不合理、造型難以實(shí)現(xiàn)等，確保每個(gè)小組都能制定出可行的設(shè)計(jì)方案。Tinkercad建模操作實(shí)踐各小組根據(jù)確定的設(shè)計(jì)方案，在Tinkercad軟件中開始進(jìn)行小臺(tái)燈的三維建模。學(xué)生運(yùn)用之前所學(xué)的軟件操作知識(shí)，創(chuàng)建小臺(tái)燈的各個(gè)部件，并通過(guò)布爾運(yùn)算等編輯工具將它們組合成一個(gè)完整的小臺(tái)燈模型。在建模過(guò)程中，繼續(xù)巡視指導(dǎo)，及時(shí)糾正學(xué)生的操作錯(cuò)誤，解答學(xué)生的疑問(wèn)，幫助學(xué)生解決遇到的技術(shù)難題，如復(fù)雜形狀的創(chuàng)建、部件之間的精確對(duì)齊等問(wèn)題，確保學(xué)生能夠順利完成小臺(tái)燈的三維建模任務(wù)。（四）三維打印實(shí)踐模型檢查與修復(fù)各小組完成小臺(tái)燈的三維建模后，首先對(duì)模型進(jìn)行檢查，查看是否存在模型漏洞、重疊面、法向量錯(cuò)誤等問(wèn)題。演示使用Tinkercad軟件自帶的檢查工具或其他專業(yè)的模型修復(fù)軟件（如Meshmixer）對(duì)模型進(jìn)行檢查和修復(fù)的方法，讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何發(fā)現(xiàn)并解決模型中的錯(cuò)誤，確保模型能夠正確打印。文件導(dǎo)出與打印機(jī)準(zhǔn)備指導(dǎo)學(xué)生將修復(fù)好的模型文件導(dǎo)出為STL格式，并保存到指定的文件夾中。然后，帶領(lǐng)學(xué)生來(lái)到三維打印機(jī)旁，向?qū)W生介紹三維打印機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和組成部分，包括打印噴頭、打印平臺(tái)、送料機(jī)構(gòu)、控制面板等，讓學(xué)生對(duì)打印機(jī)有初步的認(rèn)識(shí)。示范三維打印機(jī)的開機(jī)操作，等待打印機(jī)完成預(yù)熱過(guò)程。在預(yù)熱期間，向?qū)W生講解打印機(jī)的安全注意事項(xiàng)，如避免觸摸高溫噴頭、防止異物進(jìn)入打印機(jī)內(nèi)部等，確保學(xué)生在操作過(guò)程中的安全。打印參數(shù)設(shè)置與模型導(dǎo)入根據(jù)小臺(tái)燈模型的特點(diǎn)和打印材料（PLA）的特性，指導(dǎo)學(xué)生在打印機(jī)的控制面板或配套的電腦軟件中設(shè)置合適的打印參數(shù)，如層高設(shè)置為0.2mm（以保證一定的表面質(zhì)量）、填充密度設(shè)置為20%（在保證強(qiáng)度的前提下減少材料消耗）、打印速度設(shè)置為50mm/s（兼顧打印質(zhì)量和時(shí)間）、噴頭溫度設(shè)置為200°C等。設(shè)置完成后，將導(dǎo)出的STL格式模型文件導(dǎo)入到打印機(jī)中。打印過(guò)程監(jiān)控與問(wèn)題處理啟動(dòng)三維打印機(jī)開始打印小臺(tái)燈模型。在打印過(guò)程中，指導(dǎo)學(xué)生密切關(guān)注打印機(jī)的工作狀態(tài)，觀察噴頭的出絲情況、模型的逐層堆積過(guò)程以及打印平臺(tái)的穩(wěn)定性等。如果發(fā)現(xiàn)噴頭堵塞，示范如何暫停打印，使用工具清理噴頭；如果出現(xiàn)模型翹邊現(xiàn)象，講解可能是由于打印平臺(tái)溫度不合適或模型與平臺(tái)附著力不足導(dǎo)致的，可以通過(guò)調(diào)整平臺(tái)溫度、在平臺(tái)上涂抹膠水等方法解決；如果出現(xiàn)層間剝離問(wèn)題，可能是打印速度過(guò)快或?qū)痈咴O(shè)置不當(dāng)，需要相應(yīng)地調(diào)整打印參數(shù)。通過(guò)實(shí)際問(wèn)題的處理，讓學(xué)生學(xué)會(huì)在打印過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取有效的解決措施，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力和問(wèn)題解決能力。后處理操作當(dāng)小臺(tái)燈模型打印完成后，示范如何小心地將模型從打印平臺(tái)上取下，去除模型上的支撐結(jié)構(gòu)（如果有）。然后，使用砂紙對(duì)模型表面進(jìn)行打磨，使表面光滑平整，去除打印過(guò)程中產(chǎn)生的毛刺和瑕疵。最后，根據(jù)需要，學(xué)生可以使用顏料對(duì)小臺(tái)燈模型進(jìn)行上色，使其更加美觀。（五）小臺(tái)燈組裝與調(diào)試電子元件介紹與準(zhǔn)備向?qū)W生展示小臺(tái)燈所需的電子元件，包括燈泡、燈座、電線、開關(guān)等，并介紹它們的功能和連接方式。講解在組裝過(guò)程中需要注意的安全事項(xiàng)，如避免觸電、防止電線短路等。組裝操作示范與實(shí)踐示范小臺(tái)燈的組裝過(guò)程，首先將燈泡安裝到燈座上，然后連接電線，將開關(guān)串聯(lián)在電路中，最后將燈座固定在小臺(tái)燈的燈座部件上。在示范過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)各部件連接的牢固性和正確性，如電線的絕緣處理、螺絲的擰緊程度等。學(xué)生在的指導(dǎo)下，分組進(jìn)行小臺(tái)燈的組裝操作。巡視各小組，及時(shí)糾正學(xué)生在組裝過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，確保每個(gè)小組都能正確地完成小臺(tái)燈的組裝任務(wù)。調(diào)試與優(yōu)化組裝完成后，學(xué)生進(jìn)行小臺(tái)燈的調(diào)試。將小臺(tái)燈連接到電源上，打開開關(guān)，檢查燈泡是否正常發(fā)光，電路是否存在短路或斷路等問(wèn)題。如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，學(xué)生