喻晨亮 馬敏 賀森

喻晨亮 安徽省合肥一六八玫瑰園學(xué)校信息技術(shù)教師，華南師范大學(xué)教育技術(shù)學(xué)研究生。曾獲“合肥市優(yōu)秀科技輔導(dǎo)員”，多次指導(dǎo)學(xué)生參加青少年科技創(chuàng)新大賽獲得市一等獎(jiǎng);受中國科技大學(xué)數(shù)字科學(xué)學(xué)院邀請開設(shè)“我眼中的STEAM教育”講座;獨(dú)立設(shè)計(jì)開發(fā)《3D創(chuàng)意設(shè)計(jì)》校本教材。

課程背景

PBL（Problem Based Learning）是以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法，強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)者為中心、以真實(shí)生活的問題為情境，有目的、有效率地完成知識技能的學(xué)習(xí)。

近些年，3D打印在中小學(xué)科技類課程中相當(dāng)火熱，它不僅鍛煉了學(xué)生的空間想象能力，更提升了他們的審美能力和創(chuàng)造力。將3D打印與PBL教學(xué)模式融合后，學(xué)生不僅能夠?qū)W會3D建模軟件中的操作技能，更可以為自己的實(shí)際生活設(shè)計(jì)出有意義的作品。本課就是基于拱橋這一中國傳統(tǒng)建筑，教學(xué)生們?nèi)绾卫媒＼浖O(shè)計(jì)出美麗又實(shí)用的拱橋作品。

課例特色

1.將科學(xué)技術(shù)與建筑藝術(shù)相結(jié)合

拱橋是一種中國傳統(tǒng)建筑，在許多園林水域都可以看到，但是學(xué)生們很少去思考拱橋美麗的造型背后的科學(xué)依據(jù)是什么。例如：為什么橋拱都是對稱設(shè)計(jì)的？橋面的坡度如何保證人們上橋和下橋時(shí)不至于太陡？拱橋的扶手有什么作用？拱橋一般設(shè)計(jì)多高比較美觀？諸如此類的問題既能調(diào)動(dòng)起學(xué)生的思考積極性，又能進(jìn)一步領(lǐng)略拱橋的建筑之美。

2.將生活實(shí)際與工程問題相關(guān)聯(lián)

本節(jié)課中，教師以一位建橋工程師的來信為引子，啟發(fā)學(xué)生思考如何在一條水域上建一座經(jīng)濟(jì)、美觀、實(shí)用的拱橋，讓學(xué)生想象自己就是一位工程師，從而設(shè)身處地地去思考拱橋的跨度、橋體的寬度以及橋梁的材料等問題。這些工程類問題能幫助學(xué)生更好地設(shè)計(jì)規(guī)劃模型，讓自己的作品更富有實(shí)際意義。

3.提升學(xué)生合作意識和創(chuàng)新能力

對于拱橋的設(shè)計(jì)，每位學(xué)生都有自己的想法，一節(jié)課的時(shí)間學(xué)生很難獨(dú)立完成整座橋的設(shè)計(jì)，小組合作學(xué)習(xí)此時(shí)發(fā)揮了很大作用。小組內(nèi)部可以根據(jù)討論的結(jié)果，創(chuàng)造性地合作設(shè)計(jì)拱橋模型。

教學(xué)目標(biāo)

1.能夠了解拱橋的力學(xué)結(jié)構(gòu)和受力原理。

2.能夠欣賞領(lǐng)略我國傳統(tǒng)建筑——拱橋的美。

3.能夠使用3D軟件中的陣列命令制作拱橋的扶手和欄桿。

4.能夠使用3D軟件中的組合編輯功能制作橋的拱洞。

5.能夠初步掌握將平面草圖轉(zhuǎn)換為三維作品的方法與技巧。

6.在小組合作的過程中，學(xué)會如何表達(dá)觀點(diǎn)、辯證思考與大膽創(chuàng)新。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn) 使用3D軟件中的各種功能設(shè)計(jì)橋拱和扶手。

教學(xué)難點(diǎn) 掌握將平面草圖轉(zhuǎn)換為三維作品的方法與技巧。

教學(xué)過程

一、激趣導(dǎo)入，認(rèn)識拱橋

課程一開始，教師通過提問和播放視頻的方式，快速地將學(xué)生帶入本節(jié)課的學(xué)習(xí)氛圍中。通過連續(xù)提問，激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

問題1：同學(xué)們，你們知道哪些中國的傳統(tǒng)建筑？（徽派建筑、吊腳樓、拱橋、四合院……）

問題2：說到拱橋，大家能夠給老師列舉一些著名的拱橋嗎？（盧溝橋、趙州橋、五亭橋……）

師：同學(xué)們的知識面可真廣，接下來我們來通過一段簡短的視頻，近距離地欣賞這些拱橋的美。觀看時(shí)留意一下，橋一般由幾部分組成，外觀造型有什么特點(diǎn)。（師生共同觀看《中國的拱橋》視頻片段）

問題3：請大家小組內(nèi)討論交流，總結(jié)概括老師在你們觀看視頻前布置問題的答案。（拱橋一般由橋面、階梯、扶手、欄桿組成。拱橋的造型是半圓形的，橋體上的拱是對稱分布的。拱橋通常是石質(zhì)材料建造的）

師：同學(xué)們觀察得非常仔細(xì)，今天我們就來學(xué)習(xí)如何設(shè)計(jì)一座精美的拱橋。

二、繪制草圖，設(shè)計(jì)拱橋

1.閱讀材料，明確目的

教師呈現(xiàn)一份魯工程師的求助信（如圖1）通過這種方式，學(xué)生可以將模型設(shè)計(jì)和具體的生活問題相聯(lián)系。

師：請各位同學(xué)仔細(xì)閱讀這封求助信，明確模型的制作要求。（保證8人在橋面上同時(shí)行走時(shí)不擁擠，這就大致確定了橋面的寬度;保證3艘游船能同時(shí)經(jīng)過橋洞，這就大致確定了最大拱的寬度和高度）

2.明確參數(shù)，設(shè)計(jì)圖紙

給出設(shè)計(jì)中的具體參數(shù)（如圖2），供學(xué)生設(shè)計(jì)模型。

師：請同學(xué)們思考一下，在設(shè)計(jì)圖紙時(shí)應(yīng)該注意什么？（及時(shí)標(biāo)注各個(gè)部分的參數(shù);設(shè)置統(tǒng)一的比例尺，方便在3D軟件中設(shè)計(jì)模型，可參考圖3）

三、學(xué)習(xí)技能，制作拱橋

1.利用草圖繪制工具制作拱橋截面

師：之前的課上我們已經(jīng)學(xué)會了如何使用直線工具和曲線工具繪制封閉的草圖，接下來我們先將拱橋的截面繪制出來。

教師演示繪制的方法，學(xué)生觀看，根據(jù)自己的草圖設(shè)計(jì)參數(shù)模仿繪制出拱橋的截面圖。

2.利用拉伸工具做出橋身

師：之前的課上我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了拉伸命令，接下來請大家使用這個(gè)命令將橋的整體造型制作出來。

根據(jù)之前繪制的草圖，學(xué)生自己動(dòng)手拉伸制作橋身部分，如圖4。

3.使用組合編輯工具制作橋拱

給學(xué)生觀看一段3D軟件中組合編輯工具使用的微課，通過微課學(xué)生能夠直觀明了地學(xué)習(xí)加運(yùn)算、減運(yùn)算、交運(yùn)算等功能。

師：制作橋拱應(yīng)該用哪種組合編輯功能呢？（減運(yùn)算。學(xué)生動(dòng)手制作橋拱，如圖5）

4.使用陣列命令制作階梯和扶手欄桿

師：拱橋的橋體已經(jīng)基本設(shè)計(jì)完成了，但為了讓行人可以更加平穩(wěn)地上下橋，我們還需要在橋的兩端增加一些階梯，在橋身上增加一些扶手欄桿來提升橋的安全性和美觀性。

教師演示如何使用陣列命令快速制作階梯。（學(xué)生觀看，并舉一反三動(dòng)手設(shè)計(jì)自己作品中的階梯和欄桿，如圖6）

四、師生互評，作品欣賞

學(xué)生耐心細(xì)致地完成自己的作品并提交，教師邀請學(xué)生上臺展示自己的成果，并簡要說明自己作品的設(shè)計(jì)理念和獨(dú)到之處。師生互評并賞析。

五、歸納總結(jié)，創(chuàng)新提升

教師展示3D打印機(jī)打印出來的拱橋作品。

師：通過今天的學(xué)習(xí)，同學(xué)們已經(jīng)熟練地掌握了3D軟件中陣列和組合運(yùn)算功能的使用。拱橋是我國傳統(tǒng)建筑之一，不僅外部造型美觀，更重要的是它堅(jiān)固耐用，是我們祖先智慧的結(jié)晶。利用今天這節(jié)課學(xué)到的知識，你還能設(shè)計(jì)出什么有意義的傳統(tǒng)建筑模型呢？（比如城堡、吊橋、長廊……）

教學(xué)反思

本課以設(shè)計(jì)拱橋?yàn)轫?xiàng)目任務(wù)，主要目的是讓學(xué)生學(xué)會聯(lián)系實(shí)際生活，分析具體問題，理解拱橋的建筑特點(diǎn)以及如何使用3D建模軟件設(shè)計(jì)制作拱橋模型，啟發(fā)學(xué)生觀察生活中的各種事物，嘗試用學(xué)校學(xué)到的知識解決身邊的問題。

由于時(shí)間的關(guān)系，本節(jié)課將兩課時(shí)（草圖設(shè)計(jì)和模型設(shè)計(jì)）合并成一課時(shí)，致使一些在設(shè)計(jì)上追求精致的同學(xué)個(gè)別任務(wù)沒有當(dāng)堂完成，但是回家后他們利用課余時(shí)間還是完成了模型的設(shè)計(jì)。本節(jié)課面向的對象是中高年級的學(xué)生，他們具有獨(dú)立思考的能力，但在交流和溝通上顯得不夠活躍。在今后類似的課程中，我會加入更多討論甚至是辯論的環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在習(xí)得知識的同時(shí)具備活躍的思維。