沈志宏

教學(xué)背景

由于新冠肺炎疫情的特殊性，學(xué)生返校后在校園內(nèi)的學(xué)習(xí)、生活都需要遵循上級(jí)部門和學(xué)校的防疫要求，例如在課間休息、就餐排隊(duì)、體育課時(shí)，需要保持一米的距離，不能出現(xiàn)扎堆現(xiàn)象。但在實(shí)際實(shí)施過程中，小學(xué)生的年齡特征使得他們很難做到時(shí)刻保持一米距離，尤其是低年級(jí)的小學(xué)生，天生活潑好動(dòng)，難以管教。班主任很煩惱，學(xué)生也很痛苦，那么有什么好的方法可以幫助解決教師和學(xué)生的困擾呢？

在這樣的前提下，本課例以保持一米距離的要求為依據(jù)，使用3D One和開源硬件、圖形化編程，設(shè)計(jì)并制作一款排隊(duì)提示裝置，可以讓學(xué)生每人佩戴一件，時(shí)刻提醒學(xué)生保持距離，解決師生的困擾。

教學(xué)目標(biāo)

1.學(xué)會(huì)利用3D One設(shè)計(jì)排隊(duì)提示裝置的外殼，并結(jié)合硬件合理設(shè)計(jì)安裝位，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和設(shè)計(jì)思維;

2.了解好好搭搭“好搭酷mini”、超聲波模塊的工作原理;

3.學(xué)會(huì)通過編程實(shí)現(xiàn)“一米距離”提醒功能，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維、高階思維。

教學(xué)準(zhǔn)備

好好搭搭“好搭酷mini”、超聲波模塊、蜂鳴器模塊、LED模塊、鋰電池、開關(guān)、杜邦線、電烙鐵、熱熔膠槍、游標(biāo)卡尺。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn) 根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)設(shè)計(jì)個(gè)性化的排隊(duì)提示裝置外殼，同時(shí)根據(jù)開源硬件的尺寸實(shí)現(xiàn)各模塊及線材的精準(zhǔn)安裝。

教學(xué)難點(diǎn) 理解好好搭搭“好搭酷mini”、超聲波模塊的工作原理，通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)“一米距離”提醒功能。

教學(xué)過程

一、現(xiàn)場(chǎng)觀察，提出問題

教師帶領(lǐng)學(xué)生觀察同學(xué)課間休息、中午就餐和體育課時(shí)的活動(dòng)情況，詳細(xì)記錄在這些過程中出現(xiàn)的不符合防疫要求的現(xiàn)象，讓學(xué)生討論如何讓人們保持距離，不出現(xiàn)扎堆現(xiàn)象。

學(xué)生思考并進(jìn)行交流和分享。

二、初識(shí)開源硬件，暢想創(chuàng)意設(shè)計(jì)

“好搭酷mini”是一款針對(duì)造物的核心板（如圖1），造型小巧，便于與各種通用模塊連接，并且采用U盤下載模式，使程序下載更加簡單，用戶可展現(xiàn)無窮的想象，進(jìn)行簡單又有趣的造物之旅。

超聲波模塊只需提供一個(gè)10μs以上脈沖觸發(fā)信號(hào)，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個(gè)40kHz周期電平并檢測(cè)回波，一旦檢測(cè)到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)，由此通過對(duì)發(fā)射信號(hào)到回響信號(hào)的時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)算可得到距離，有效探測(cè)距離范圍為4—400cm。

三、創(chuàng)意設(shè)計(jì)，實(shí)踐探究

（一）精準(zhǔn)測(cè)量，合理規(guī)劃

教師引導(dǎo)學(xué)生使用游標(biāo)卡尺測(cè)量“好搭酷mini”、超聲波模塊、蜂鳴器模塊、LED模塊、開關(guān)的外形數(shù)據(jù)并記錄。

（二）外形設(shè)計(jì)

1.打開3D One，在網(wǎng)格面中繪制一只小熊的外形草圖，頭部圓半徑35mm，耳朵圓半徑20mm，隨后利用“修剪”命令將多余的線條進(jìn)行刪除并點(diǎn)擊“完成”按鈕退出草圖繪制界面。

2.使用“拉伸”命令將小熊的外形草圖進(jìn)行拉伸，拉伸高度為30mm;選擇“抽殼”命令對(duì)小熊造型進(jìn)行抽殼，厚度為-3mm，開放面選擇小熊造型的頂面。

（三）裝配設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)的過程中，可將超聲波模塊和蜂鳴器模塊設(shè)計(jì)成小熊的眼睛和嘴巴，這樣方便模塊的安裝和使用。

1.調(diào)整視圖導(dǎo)航器到“下”視圖，使用“直線”命令點(diǎn)擊小熊造型的底面進(jìn)入草圖，沿圓心向左右兩側(cè)各繪制一條長15.3mm的線段;接著選擇“圓形”命令，以線段的左右兩個(gè)端點(diǎn)為圓心，各繪制一個(gè)半徑為8.5mm的圓形;隨后以坐標(biāo)（0，30）為圓心繪制一個(gè)半徑為6.5mm的圓形，最后刪除兩條輔助用的線段。

2.使用“拉伸”命令，拉伸小熊造型上的三個(gè)圓形草圖，拉伸高度-15mm，選擇“減運(yùn)算”參數(shù)。

3.使用“圓柱體”命令在小熊造型的側(cè)面，兩只耳朵中間的中心處繪制一個(gè)半徑為2.5mm的圓柱體，高度為-40mm，選擇“減運(yùn)算”參數(shù);隨后在小熊造型的兩只耳朵上使用“圓柱體”和“鏡像”命令各繪制一個(gè)半徑為1.5mm、高度為-15mm的圓柱體;隨后選擇“組合編輯”—“減運(yùn)算”參數(shù)，“基體”選小熊造型，“合并體”選耳朵上繪制的圓柱，點(diǎn)擊“確定”完成掛繩孔的制作。

（四）底蓋設(shè)計(jì)

1. 選擇“參考幾何體”命令，點(diǎn)擊小熊造型邊框頂面進(jìn)入草圖，依次點(diǎn)擊小熊造型的邊框外邊線，完成底蓋草圖的繪制;選擇“拉伸”命令拉伸草圖，拉伸高度3mm;點(diǎn)擊“移動(dòng)”—“動(dòng)態(tài)移動(dòng)”參數(shù)，拖動(dòng)Z軸方向的箭頭，移動(dòng)距離35mm。

2.再次選擇“參考幾何體”命令，點(diǎn)擊小熊造型邊框頂面進(jìn)入草圖，依次點(diǎn)擊小熊造型的邊框內(nèi)邊線，完成草圖繪制;選擇“拉伸”命令對(duì)草圖進(jìn)行拉伸，拉伸高度2mm;點(diǎn)擊“移動(dòng)”—“動(dòng)態(tài)移動(dòng) “組合編輯”—“加運(yùn)算”參數(shù)，將兩塊底蓋造型進(jìn)行組合。

3.使用“六面體”命令，在底蓋上合適位置繪制一個(gè)長15mm、寬7.5mm、高20mm的六面體;隨后點(diǎn)擊“移動(dòng)”命令，選擇“動(dòng)態(tài)移動(dòng)”參數(shù)，拖動(dòng)Z軸方向的箭頭，移動(dòng)距離-22mm;選擇“組合編輯”—“減運(yùn)算”參數(shù)，“基體”選底蓋，“合并體”選六面體，點(diǎn)擊“確定”完成開關(guān)孔的初步制作。

4.使用浮動(dòng)工具欄上的“顯示/隱藏”—“隱藏幾何體”命令，將小熊造型隱藏;選擇“六面體”命令，在底蓋開關(guān)孔上繪制一個(gè)長6.5mm、寬4.5mm、高-20mm的六面體，并選擇“減運(yùn)算”參數(shù)，完成開關(guān)孔的制作。

5.使用浮動(dòng)工具欄上的“顯示/隱藏”—“顯示幾何體”命令將小熊造型顯示;使用“圓角”命令，“邊E”選中小熊造型頂面的外邊線，圓角距離5mm;隨后選中小熊兩只耳朵間的連接線執(zhí)行“圓角”命令，圓角距離5mm。這樣，排隊(duì)提示裝置的小熊造型就完成了?。ㄈ鐖D2）

（五）切片打印

把小熊造型分成外殼、底蓋兩個(gè)模塊進(jìn)行切片，然后通過 3D 打印機(jī)進(jìn)行打印。

四、安裝調(diào)試

（一）模塊安裝

將準(zhǔn)備好的好好搭搭“好搭酷mini”、超聲波模塊、蜂鳴器模塊、LED模塊、鋰電池、開關(guān)、杜邦線，利用電烙鐵、熱熔膠槍組裝在小熊造型中。

（二）模塊接線

將超聲波模塊、蜂鳴器模塊、LED模塊和“好搭酷mini”進(jìn)行連接：超聲波模塊接在A0接口，LED模塊接在D0接口，蜂鳴器模塊接在D1接口，鋰電池接在電源接口，如圖3。

（三）程序設(shè)計(jì)

進(jìn)入好好搭搭網(wǎng)站（http：//www.haohaodada.com/），登錄賬號(hào)，選擇“創(chuàng)作—U 盤下載模式編程—好搭酷mini”，進(jìn)入程序設(shè)計(jì)界面，根據(jù)功能需求完成程序的設(shè)計(jì)，如圖4。程序設(shè)計(jì)完成后，將程序下載到“好搭酷mini”，通上電源就可以模擬使用了。

教學(xué)反思

疫情返校后，學(xué)生的健康成了學(xué)校工作的重中之重，學(xué)生們雖然明白教師的良苦用心，但有時(shí)候他們無法自控，時(shí)不時(shí)就會(huì)出現(xiàn)排隊(duì)交頭接耳、課間休息扎堆的現(xiàn)象。本項(xiàng)目的目的在于讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)一款能時(shí)刻提醒人們保持距離的裝置，解決師生學(xué)習(xí)生活中的困擾，保障自己的健康。

本課例是一個(gè)綜合性的項(xiàng)目，不僅有三維創(chuàng)意設(shè)計(jì)，還有開源硬件和編程的運(yùn)用，既培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力，同時(shí)又培養(yǎng)了學(xué)生使用已有的知識(shí)儲(chǔ)備解決實(shí)際問題的能力，提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

（本課件由i3DOne青少年三維創(chuàng)意社區(qū)推薦）