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文档简介
1、 3d打印在steam教育中的应用课例 张凯摘要:本研究源于生活,借助淮南二中创客实验室开展steam教学实践,分享教学案例,并给出开展steam教育的一些思考。关键词:steam,3d打印,教学案例目前,国内学校教育逐步融合steam教育理念,来加强技术与工程教育。如何开展steam教育实践,是很多教师关注的问题。笔者在教育实践中尝试结合steam理念开展3d打印课程,其中设计实施了“陀螺的设计与制作”项目课程。一、教学整体规划最近有安全隐患的“飞镖指尖陀螺”成了众矢之的。在山西夏县新石器时代遗址中,就有石制陀螺。可见,陀螺在我国有四、五千
2、年的历史。通过调查发现学生都有把玩陀螺的经历,既然是文化遗产又如此流行,那么我们就通过3d打印还原出每个学生心里的陀螺。教学流程:1、发布任务。按要求设计:a.请勿使用尖刺设计,避免产生危险;b.怎样提高旋转时间。2、学生分组收集有关陀螺的资料。3、学习物理学知识。通过教师的讲解,知道影响陀螺旋转时长的要素,并能运用到自己的设计中。4、绘制陀螺草图。学生完成陀螺的初步设计。组间讨论,改进设计。5、3d建模、打印和修改。使用123d软件建立模型,cura切片打印,安装、测试和修改。6、项目展示、评价和总结。举行“时长争霸赛”,“最具创意者”比赛,先小组赛,后班内赛。获胜者介绍设计思路,师生点评、
3、颁奖。二、课堂教学设计1.学前准备知识储备:课前学生已经获取一些陀螺的相关资料,但对陀螺的物理学知识了解不足。工具准备:pla耗材+3d打印机(8套),热熔胶+热熔枪(2套),热风枪(1把)、细砂纸(6张)、美工刀(6把)、稿纸若干、轴承、钢珠等。2.教学过程回顾(1)展示实例,创造感知场景。老师展示几种陀螺的样式,竹蜻蜓打破了学生对陀螺的认知。教师点拨,“正式提出陀螺术语的是19世纪法国物理学家博科,陀螺定义为“回转体”。竹蜻蜓是在空的回转体,所以它也是一种陀螺。竹蜻蜓在国外又被叫做中国陀螺”。通过点拨,拓宽学生对陀螺概念的理解。(2)了解物理学知识。陀螺在旋转的时候,不但围绕自身轴线转动,
4、还围绕一个轴作锥形运动。就是说,陀螺一边围绕本身的轴线作自转,一边围绕垂直轴作公转。陀螺围绕自身轴线作“自转”运动的快慢,决定其摆动角的大小。转得越慢,摆动角越大,稳定性越差;转得越快,摆动角越小,稳定性也越好。陀螺高速自转时,在重力偶作用下,不沿力偶方向翻倒,而绕着支点的垂直轴作圆锥运动的现象,就是陀螺原理。因此,可以从如下5个方面考虑来延长陀螺的旋转时间:a.加大陀螺的质量,质量大惯性就大,摩擦力不变时,转得更久。b.陀螺的外形和材质,要均匀,对称。这样可以减小陀螺转动轴的摆动,转得更久。c.尽可能减小外界摩擦力的影响。比如陀螺脚底采用钢珠。d.降低陀螺的重心。这样可减小陀螺的转轴摆动,可
5、以减小外力对陀螺的影响。(3)改进陀螺设计图,建立3d模型。通过教师的指导,同学们对自己的陀螺又有了新的想法,改进了自己设计的陀螺。这里选取了一些据有代表性的学生作品。其中,a同学设计为一个指尖陀螺,一开始的设计为两叶片的,外形上重心分布不够稳固,同时,pla材质的叶片较轻。经过指导修改加大了叶片的配重,改为3叶片。b同学的原始设计的陀螺重心过高,改进后重心下移,并在底部加钢珠减小摩擦。3.3d打印实操与展示评价3d打印耗时较长,通常一节课不能完成打印,确保打印机正常工作后。打印实操结果和分析放在下一節课进行。其中:c同学在给陀螺结构件做切片时,摆放的角度不对,导致打印过多“支撑”,可以借助细
6、砂纸反复打磨达到最佳效果;d同学打印的结构件底座无法剥离。学生在使用cura切片时参数设置的问题,在教师的建议下将悬空间隙设置成0.22mm后发现更易剥离。随后举行“时长争霸赛”和“最具创意者”比赛,每组组内选出该组旋转时间最长的陀螺作品,投票选出组内最具创意作品。再组间pk,最终角逐产生“时长王”和“创意王”,既对学生的科学技术能力有要求,又考察培养了学生的艺术素养。最后“时长王”和“创意王”分别介绍自己的作品,教师对各作品进行点评。三、反思总结本项目课程最初设想每位同学的作品都能打印出来,实操中发现存在雷同设计,为了避免浪费,实际处理上,笔者把学生的作品分类,同类的作品选取代表性的打印出来。同时,笔者也注意到部分作品出了细节问题,学生不能持续的改进,缺乏匠人的精神。基于实际开展中的种种问题,笔者认为steam教育实践中应该注意以下几点:1、问题尽量来源于生活,且容易研究解决。2、注重动手实践,传承匠人精神。3、强调3d打印的工具性。3d打印只是众多物化实现工具中的一个,教学的重点应该是解决实际问题。4、注重多学科知识的融合。参考文献:1何沣燊、高佳平:基于3d打印的steam学习资源包设计开发
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