版人教版高中通用技術選擇性必修11產品三維設計與制造《第四章三維打印技術應用》大單元整體教學設計[2020課標]一、內容分析與整合二、《普通高中通用技術課程標準（2017年版2020年修訂）》分解三、學情分析四、大主題或大概念設計五、大單元目標敘寫六、大單元教學重點七、大單元教學難點八、大單元整體教學思路九、學業評價十、大單元實施思路及教學結構圖十一、大情境、大任務創設十二、單元學歷案十三、學科實踐與跨學科學習設計十四、大單元作業設計十五、“教-學-評”一致性課時設計十六、大單元教學反思一、內容分析與整合（一）教學內容分析《產品三維設計與制造》是高中通用技術選擇性必修課程中的重要模塊，其中《第四章三維打印技術應用》更是該模塊的核心內容之一。本章節通過介紹三維打印技術在組合結構產品制造和三維掃描與打印中的應用，旨在提升學生的技術素養，培養他們的工程思維、創新設計能力，以及將設計轉化為實物的物化能力。具體來說，本章分為兩節內容：第1節組合結構的產品制造：本節內容聚焦于利用三維打印技術制造具有組合結構的產品。學生將通過實例學習如何設計并制作一個實用且具有簡單組合結構的產品，如哨子、臺燈等。此過程不僅要求學生掌握三維設計軟件的使用，還需要他們了解組合結構產品的設計要點和打印技巧，以及如何對產品進行后期處理和功能測試。第2節三維掃描與打印：本節則引入三維掃描技術，介紹如何通過三維掃描儀獲取實物的三維模型數據，并利用這些數據進行產品的三維打印。學生將了解三維掃描技術的基本原理、操作步驟，以及其在逆向工程中的應用。通過實踐，學生將體驗到從實物到數字模型，再到實體產品的完整轉化過程。（二）單元內容分析組合結構的產品制造知識點：三維設計軟件的使用、組合結構產品的設計要點、三維打印技術原理及操作流程、產品的后期處理與功能測試。技能點：利用三維設計軟件繪制組合結構產品的三維模型、根據產品特點選擇合適的打印參數、對打印出的產品進行組裝和測試。素養點：培養學生的工程思維，使其能夠綜合考慮產品的結構、功能和外觀進行設計；提升其創新設計能力，鼓勵學生在設計中融入個人創意；增強其物化能力，使其能夠將設計轉化為實物。三維掃描與打印知識點：三維掃描技術的基本原理、三維掃描設備的操作、三維掃描數據的處理、逆向工程的概念及應用。技能點：掌握三維掃描儀的操作流程、對掃描數據進行處理以生成三維模型、利用三維打印技術將模型轉化為實物。素養點：提升學生的技術意識，使其認識到三維掃描與打印技術在現代制造業中的重要性；培養其圖樣表達能力，使其能夠準確理解并傳達三維模型的信息；增強其創新能力，鼓勵其在逆向工程中發揮個人創意。（三）單元內容整合本單元將三維打印技術與組合結構產品制造、三維掃描技術緊密結合，形成了一個從設計到制造、從實物到數字模型再回到實物的完整閉環。通過這一閉環的學習和實踐，學生不僅能夠掌握三維打印技術和三維掃描技術的基本原理和操作流程，還能夠提升他們的工程思維、創新設計能力和物化能力。在單元內容的整合上，我們將注重以下幾點：理論與實踐相結合：通過理論學習使學生掌握三維打印技術和三維掃描技術的基本原理，通過實踐操作使學生熟練掌握這些技術的應用。項目式學習：以項目為載體，讓學生在完成具體項目的過程中學習知識和技能。例如，設計一個具有組合結構的實用產品（如哨子或臺燈），并利用三維打印技術將其制造出來；或者對一個實物進行三維掃描，獲取其三維模型數據，并進行打印和組裝。跨學科融合：鼓勵學生將數學、物理、計算機等學科知識融入到三維打印技術和三維掃描技術的學習中，培養他們的綜合素養。強調創新與個性化：鼓勵學生在設計和制造過程中發揮個人創意，設計出具有個性化的產品；尊重學生的個性差異，提供多樣化的學習資源和實踐機會。二、《普通高中通用技術課程標準（2017年版2020年修訂）》分解通用技術的核心素養目標包括技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達和物化能力五個方面。結合《第四章三維打印技術應用》的教學內容，我們將這些核心素養目標進行具體分解如下：（一）技術意識目標：培養學生對三維打印技術和三維掃描技術的興趣和敏感性，使其能夠認識到這些技術在現代制造業和日常生活中的重要性。內容：通過學習三維打印技術的原理、應用領域和發展趨勢，以及三維掃描技術的基本原理和操作步驟，增強學生的技術意識。實現途徑：引入三維打印和三維掃描技術的最新案例和應用場景，激發學生的學習興趣。組織學生參觀三維打印和三維掃描技術的應用現場或展覽，加深學生的直觀感受。鼓勵學生關注相關技術的發展動態，培養其技術敏感性。（二）工程思維目標：培養學生的系統分析和比較權衡能力，使其在設計和制造過程中能夠綜合考慮產品的結構、功能和外觀等因素。內容：通過組合結構產品的設計和制造過程，以及三維掃描與打印的實踐操作，訓練學生的工程思維。實現途徑：引導學生對設計方案進行系統的分析和比較，選擇最優方案。在制造過程中，要求學生考慮材料的性能、成本、加工難度等因素，進行權衡和優化。鼓勵學生參與實際工程項目的設計和實施過程，積累工程實踐經驗。（三）創新設計目標：培養學生的創新意識和設計能力，使其能夠在設計中融入個人創意和新穎元素。內容：通過三維設計軟件的學習和實踐操作，以及組合結構產品的創新設計，提升學生的創新設計能力。實現途徑：鼓勵學生發揮想象力，設計出具有個性化和創新性的產品。提供多樣化的設計案例和參考資料，拓寬學生的設計思路。組織設計競賽和展示活動，激發學生的創新熱情。（四）圖樣表達目標：培養學生的圖樣表達能力，使其能夠準確繪制和解讀三維模型圖、裝配圖等技術圖樣。內容：通過學習三維設計軟件的使用和三維掃描數據的處理過程，提升學生的圖樣表達能力。實現途徑：組織學生進行圖樣繪制和解讀的練習活動。引導學生分析設計圖樣中的尺寸、公差、形位公差等技術要求。鼓勵學生參與圖樣設計的實踐項目，提升其實戰能力。（五）物化能力目標：培養學生的物化能力，使其能夠將設計轉化為實物產品，并對產品進行測試和優化。內容：通過三維打印技術和三維掃描技術的實踐操作過程，提升學生的物化能力。實現途徑：組織學生進行三維打印和三維掃描的實踐操作活動。引導學生對打印出的產品進行組裝、測試和優化。鼓勵學生參與創新項目的設計和實施過程，將創意轉化為實物產品。三、學情分析（一）已知內容分析在進入《第四章三維打印技術應用》的教學之前，學生已經完成了《第三章三維模型設計》的學習，具備了一定的三維建模基礎。具體來說，學生對三維設計軟件的操作界面、草圖繪制、特征工具（如拉伸、旋轉、放樣、掃掠等）的應用已較為熟悉，并能夠利用這些工具將二維草圖轉換為三維數字模型。學生還掌握了一定的模型優化與測試方法，如應力分析、模型渲染等。在三維打印技術方面，學生已經了解了三維打印技術的基本原理、常見三維打印機的運行原理及應用領域，并實際操作過三維打印機，對三維打印的流程有了初步認識。通過之前的實踐，學生還學會了如何選擇合適的打印參數，以及如何進行模型的后處理與組裝。在理論知識層面，學生已經掌握了技術設計的一般過程，理解了結構、流程、系統和控制等基本概念，并能夠在設計中初步運用這些概念。學生也具備了一定的創新思維和問題解決能力，能夠在設計過程中考慮多種因素，進行權衡與優化。（二）新知內容分析《第四章三維打印技術應用》將進一步深化學生對三維打印技術的理解和應用，特別是在組合結構產品的制造和三維掃描與打印方面。本章將涵蓋以下新知內容：組合結構的產品制造：學習如何設計并制造具有簡單組合結構的產品，理解組合結構在產品設計中的重要性。掌握組合結構產品在三維設計軟件中的建模方法，如布爾運算、裝配約束等。了解組合結構產品在打印過程中的注意事項，如支撐結構的設計、打印順序的安排等。學會對打印出的組合結構產品進行后期處理、組裝與功能測試。三維掃描與打印：了解三維掃描儀的工作原理和操作步驟，知道如何通過三維掃描獲取實物的數字化模型。掌握三維掃描數據的后處理方法，如點云處理、數據轉換等。理解逆向工程在三維打印技術中的應用，能夠將掃描得到的數字化模型用于三維打印。學習如何利用三維掃描技術改進和優化現有產品設計，提高產品的創新性和實用性。（三）學生學習能力分析經過之前的學習，學生已經具備了一定的自主學習能力、合作學習能力和問題解決能力。他們能夠獨立完成三維模型的設計與優化，并在團隊合作中有效溝通、共同完成任務。在三維打印技術的實踐操作中，學生也展現出了較強的動手能力和創新思維。面對《第四章三維打印技術應用》的新知內容，學生可能會遇到以下挑戰：對于組合結構產品的設計，學生需要更強的空間想象能力和結構設計能力，以確保各部件之間的精準配合和整體結構的穩定性。在三維掃描與打印過程中，學生需要掌握更多的軟件操作技巧和數據處理方法，這對他們的信息技術應用能力提出了更高的要求。如何將三維掃描技術有效應用于產品設計和優化中，需要學生具備較強的創新思維和問題解決能力。為了幫助學生克服這些挑戰，教師需要在教學過程中注重引導學生思考、探究和實踐，培養他們的自主學習能力和創新思維。（四）學習障礙突破策略針對學生在學習過程中可能遇到的學習障礙，教師可以采取以下策略進行突破：加強空間想象能力的訓練：通過展示組合結構產品的實物或圖片，引導學生觀察、分析和理解其結構特點。設計一些空間幾何問題的練習題，讓學生在實際操作中鍛煉空間想象能力。在三維設計軟件中設置一些具有挑戰性的建模任務，鼓勵學生嘗試不同的建模方法和思路。提升信息技術應用能力：在課堂上詳細演示三維掃描和數據處理軟件的操作步驟和技巧，確保每位學生都能熟練掌握。鼓勵學生利用課余時間自主學習相關軟件教程或參加線上培訓課程，以提高信息技術應用能力。組織學生進行小組合作學習，共同解決在軟件操作過程中遇到的問題和困難。培養創新思維和問題解決能力：在教學過程中注重引導學生發現問題、分析問題和解決問題，培養他們的批判性思維和創新能力。鼓勵學生提出自己的設計想法和解決方案，并給予積極的反饋和指導。創設一些開放性的設計任務或項目實踐，讓學生在解決實際問題的過程中鍛煉創新思維和問題解決能力。加強實踐操作和反饋指導：安排充足的時間讓學生進行實踐操作，包括三維模型的設計、組合結構產品的制造、三維掃描與數據處理等。在學生實踐過程中給予及時的反饋和指導，幫助他們發現和糾正錯誤，提高實踐效果。組織學生進行作品展示和交流活動，讓他們相互學習、借鑒和啟發。整合多學科知識：引導學生將數學、物理、化學、藝術等多學科知識融入三維打印技術的設計和應用中。通過跨學科的項目實踐或案例分析，讓學生體會到多學科知識在解決實際問題中的重要作用。鼓勵學生在設計過程中綜合考慮材料性能、結構穩定性、美觀性等多個因素，培養他們的系統思維和綜合應用能力。通過以上策略的實施，相信學生能夠克服在學習《第四章三維打印技術應用》過程中遇到的各種挑戰，全面提升自己的三維打印技術應用能力和創新能力。四、大主題或大概念設計本大單元教學設計的主題為“三維打印技術的創新應用與實踐”，旨在通過三維打印技術的組合結構設計、三維掃描與逆向工程等實踐活動，培養學生的技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達和物化能力。通過實際項目的設計和制作，學生能夠掌握三維打印技術的基本原理和操作流程，理解三維設計與制造在現代工程中的重要性，提升解決實際問題的能力。五、大單元目標敘寫結合《普通高中通用技術課程標準（2017年版2020年修訂）》的要求，本大單元的具體教學目標如下：（一）技術意識感知與體悟三維打印技術：學生能夠識別并解釋三維打印技術在日常生活、工業生產中的應用實例，理解三維打印技術對社會發展和個人生活的影響。技術問題的敏感性與應對：面對實際設計問題，學生能夠運用三維打印技術提出創新性的解決方案，并評估其可行性和潛在影響。（二）工程思維系統分析與決策：學生能夠運用系統思維，對三維打印項目進行整體規劃和分析，明確項目需求、限制條件和資源分配，并作出合理的工程決策。風險評估與管理：在三維打印項目的設計和實施過程中，學生能夠識別潛在風險，進行風險評估，并制定有效的風險管理策略。（三）創新設計創新構思與方案提出：學生能夠基于實際問題，結合三維打印技術的特點，提出具有創新性的設計方案，并闡述設計思路和創新點。方案優化與迭代：在設計過程中，學生能夠根據反饋和評價，對設計方案進行不斷優化和迭代，提升設計的實用性和創新性。（四）圖樣表達三維模型構建：學生能夠熟練使用三維設計軟件，構建精確的三維模型，并準確表達設計意圖。技術圖樣與文檔編制：學生能夠編制完整、規范的技術圖樣和文檔，包括設計說明書、裝配圖、材料清單等，以便于制造和溝通。（五）物化能力工藝選擇與實施：學生能夠根據設計方案，選擇合適的制造工藝和材料，制定詳細的制造工藝流程，并實施三維打印。產品測試與優化：學生能夠對打印出的產品進行嚴格的測試和評估，根據測試結果進行優化和改進，確保產品質量和性能滿足設計要求。六、大單元教學重點三維設計軟件的應用：熟練掌握三維設計軟件的基本操作，包括草圖繪制、特征建模、裝配設計等功能，能夠獨立完成三維模型的構建和編輯。組合結構的設計與優化：理解組合結構的特點和優勢，掌握組合結構的設計方法，能夠根據實際需求進行結構優化，提高產品的穩定性和可靠性。三維掃描與逆向工程：掌握三維掃描技術的基本原理和操作流程，能夠將實物轉化為三維數字模型，并進行逆向工程設計和優化。三維打印技術的實踐應用：了解三維打印技術的基本原理和工藝流程，能夠獨立完成三維模型的切片處理、打印參數設置和打印操作，解決打印過程中出現的問題。七、大單元教學難點復雜結構的設計與優化：對于具有復雜結構和特殊功能要求的產品，如何合理設計結構、選擇材料、制定制造工藝，并進行有效的優化和改進，是一個具有挑戰性的任務。三維掃描精度的控制：三維掃描過程中，如何控制掃描精度、減少噪聲和誤差，確保掃描結果的準確性和可靠性，是一個需要解決的技術難題。三維打印參數的設置與調整：三維打印過程中，如何根據產品的結構特點和材料性能，合理設置打印參數（如層厚、填充率、支撐結構等），并進行有效的調整和優化，以獲得高質量的打印產品，是一個需要不斷實踐和探索的過程。創新設計與實現：如何在掌握基本三維設計和打印技能的基礎上，結合創新思維和實際問題，提出具有創新性的設計方案，并通過三維打印技術將其實現，是一個需要不斷培養和提升的能力。教學設計詳細內容5.1教學流程設計5.1.1引入階段（1課時）活動內容：展示三維打印技術的最新應用案例，如醫療植入物、航空航天部件、個性化定制產品等，激發學生的學習興趣和好奇心。教師活動：介紹三維打印技術的基本原理、發展歷程和應用領域，引導學生思考三維打印技術如何改變我們的生活和生產方式。學生活動：分組討論三維打印技術的優勢和局限性，提出自己感興趣的應用領域和潛在問題。5.1.2理論學習階段（2課時）活動內容：學習三維設計軟件的基本操作和組合結構的設計方法。教師活動：講解三維設計軟件界面、工具欄、命令的使用方法，演示組合結構的設計流程和優化技巧。學生活動：在教師指導下，進行三維設計軟件的實踐操作，完成簡單的組合結構設計任務。5.1.3實踐操作階段（4課時）活動內容：進行三維模型的構建、切片處理、打印參數設置和打印操作。教師活動：演示三維模型的構建流程、切片處理軟件和打印機的操作方法，指導學生進行實踐操作。學生活動：分組進行三維模型的構建、切片處理和打印操作，記錄操作過程中遇到的問題和解決方法。5.1.4測試與優化階段（2課時）活動內容：對打印出的產品進行測試、評估和優化。教師活動：講解產品測試的方法和標準，引導學生分析測試結果并提出優化方案。學生活動：對打印出的產品進行外觀檢查、功能測試和性能測試，根據測試結果提出優化方案并進行改進。5.1.5總結與展示階段（1課時）活動內容：總結本單元的學習內容和收獲，展示學生的設計作品。教師活動：組織學生進行小組匯報和作品展示，評價學生的學習成果和進步。學生活動：準備匯報材料，展示自己的設計作品和制作過程，分享學習心得和體會。5.2教學策略與方法項目式學習：通過實際項目的設計和制作，引導學生綜合運用所學知識解決實際問題。合作學習：分組進行學習和實踐操作，促進學生之間的交流和合作。案例教學：展示三維打印技術的實際應用案例，幫助學生理解技術的價值和意義。探究式學習：鼓勵學生自主探索和實踐操作，發現問題并尋求解決方案。5.3教學資源與工具三維設計軟件：如SolidWorks、AutoCAD、Fusion360等。三維掃描儀：用于實物的三維數據采集。三維打印機：用于打印三維模型和產品原型。教學課件：包括三維打印技術的基本原理、操作流程和應用案例等內容。網絡資源：提供相關網站和論壇鏈接，供學生查閱和學習更多知識。通過以上教學設計，學生將能夠全面掌握三維打印技術的基本原理和操作流程，提升技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達和物化能力，為未來的學習和職業發展奠定堅實基礎。八、大單元整體教學思路教學目標設定根據《普通高中通用技術課程標準（2017年版2020年修訂）》和《第四章三維打印技術應用》的教學內容，本單元旨在通過三維打印技術的實際應用，全面提升學生的通用技術核心素養。具體教學目標設定如下：（一）技術意識理解三維打印技術的價值與應用：學生能夠理解三維打印技術在產品設計、制造以及解決實際問題中的重要作用，認識到該技術對現代制造業和日常生活的影響。形成對三維打印技術的正確態度：通過實踐操作和案例分析，學生能夠形成對三維打印技術的理性認識，理解其優勢與局限性，培養對待新技術的客觀態度。關注三維打印技術的倫理與環境影響：學生能夠思考三維打印技術在使用過程中的倫理問題，如知識產權保護、材料選擇對環境的影響等，形成可持續發展意識。（二）工程思維系統分析與比較權衡：學生能夠運用系統分析的方法，對產品設計方案進行多因素分析，并在多個方案中進行比較和權衡，選出最優方案。整體規劃與分步實施：學生能夠根據設計要求，進行整體規劃，并將任務分解為具體步驟，逐步實施，確保最終產品的實現。風險評估與決策：在設計過程中，學生能夠進行風險評估，預見可能遇到的問題，并作出合理的決策，確保項目的順利進行。（三）創新設計發現與明確問題：學生能夠敏銳地發現問題，明確設計需求，為創新設計提供方向。提出創新方案：基于用戶需求和技術分析，學生能夠提出具有創新性的設計方案，包括產品的功能、結構、外觀等方面。多方案比較與優化：學生能夠設計多個方案，并進行比較和分析，選擇最優方案，或在原有方案基礎上進行改進和優化。（四）圖樣表達識讀技術圖樣：學生能夠識讀和理解常見的三維設計圖樣，如草圖、三視圖、裝配圖等，為后續設計打下基礎。繪制技術圖樣：學生能夠運用三維設計軟件繪制出精確、規范的設計圖樣，表達設計構想。圖樣交流與修改：學生能夠通過圖樣與他人進行有效交流，并根據反饋意見對圖樣進行修改和完善。（五）物化能力選擇合適的材料與工具：學生能夠根據設計要求，選擇合適的材料和工具，確保設計方案的實現。模型制作與調試：學生能夠運用三維打印技術，將設計圖樣轉化為實物模型，并進行必要的調試，確保模型符合設計要求。反思與改進：在制作過程中，學生能夠不斷反思和改進，提高物化能力，為后續設計積累經驗。教學思路與策略（一）創設情境，激發興趣通過展示三維打印技術在各個領域的應用案例，如醫療、建筑、航空航天等，激發學生的學習興趣和好奇心。引導學生思考三維打印技術如何改變我們的生活和生產方式，形成對三維打印技術的初步認識。（二）實踐操作，體驗過程組合結構的產品制造（1）案例分析：選取哨子、閱讀燈等具有組合結構的實用產品作為案例，分析其結構特點、設計思路及制造過程。通過案例分析，讓學生理解組合結構產品在實際應用中的優勢和設計要點。（2）設計實踐：要求學生根據案例分析，自行設計一款具有組合結構的產品。在設計過程中，注重培養學生的創新能力和問題解決能力。引導學生運用系統分析的方法，對設計方案進行多因素分析，確保設計的合理性和可行性。（3）三維建模：利用三維設計軟件，如SolidWorks、Fusion360等，將設計方案轉化為三維模型。在建模過程中，注重培養學生的圖樣表達能力，確保模型的精確性和規范性。（4）三維打印與后處理：將三維模型導入三維打印機進行打印。在打印過程中，引導學生關注打印參數的設置和打印質量的控制。打印完成后，對模型進行必要的后處理，如打磨、上色等，提高模型的外觀質量和實用性。三維掃描與打印（1）三維掃描技術介紹：介紹三維掃描技術的基本原理、工作流程及應用領域。通過實際操作演示，讓學生了解三維掃描設備的使用方法和注意事項。（2）實物掃描：選取具有復雜曲面或精細結構的實物進行三維掃描。在掃描過程中，引導學生關注掃描參數的設置和掃描質量的控制。掃描完成后，對掃描數據進行處理和優化，生成高精度的三維模型。（3）逆向工程設計：基于掃描得到的三維模型，進行逆向工程設計。引導學生分析實物的結構特點、制造工藝及材料選擇等方面的問題，并提出改進方案。通過逆向工程設計，培養學生的工程思維和創新設計能力。（4）三維打印與驗證：將逆向工程得到的三維模型導入三維打印機進行打印。打印完成后，對實物進行驗證和測試，確保其實用性和可靠性。引導學生對打印過程中遇到的問題進行總結和反思，提高物化能力。（三）項目引領，綜合應用結合教學內容和學生實際，設計一系列具有挑戰性的項目任務，如“個性化文具設計”、“智能家居產品設計”等。在項目實施過程中，注重培養學生的綜合運用能力、團隊協作能力和創新能力。鼓勵學生參與各種競賽和活動，展示自己的設計成果和創新能力。（四）評價反饋，持續改進過程性評價：在教學過程中，注重對學生的設計思路、建模過程、打印質量等方面進行過程性評價。通過評價反饋，及時發現和糾正學生在學習過程中存在的問題和不足。成果展示與評價：在項目完成后，組織學生進行成果展示和評價。通過展示和評價活動，激發學生的學習興趣和自信心，同時促進學生之間的交流和合作。在評價過程中，注重培養學生的批判性思維和自我反思能力。持續改進：根據評價結果和反饋意見，引導學生對設計方案和打印質量進行持續改進。鼓勵學生積極參與各種創新實踐活動和技術交流活動，不斷提高自己的創新能力和技術水平。教學資源與環境教學資源：包括三維設計軟件（如SolidWorks、Fusion360等）、三維打印機、三維掃描儀、相關教材和案例資料等。積極利用網絡資源和技術社區獲取最新的技術動態和解決方案。教學環境：配備專用教室或實驗室，配備必要的教學設備和工具。保持教學環境的整潔和安全，確保學生在良好的環境中進行學習和實踐操作。教學方法與手段案例教學：通過選取具有代表性的案例進行分析和討論，幫助學生理解三維打印技術的原理和應用。引導學生從案例中汲取經驗和教訓，提高自己的設計水平和物化能力。項目教學：設計一系列具有挑戰性的項目任務，讓學生在實踐中學習和掌握三維打印技術的相關知識和技能。通過項目實施過程中的交流與合作，培養學生的團隊協作能力和創新能力。啟發式教學：在教學過程中，注重啟發學生的思維和創造力。通過提問、討論等方式引導學生主動思考和探索問題解決方案，培養學生的自主學習能力和問題解決能力。現場教學：組織學生參觀三維打印企業或實驗室等場所進行現場教學。通過現場觀察和實踐操作等方式幫助學生更好地理解三維打印技術的原理和應用場景。總結與展望通過本單元的教學實踐，學生不僅能夠掌握三維打印技術的基本原理和應用技能，還能夠在設計、建模、打印等過程中全面提升自己的通用技術核心素養。本單元的教學實踐也為后續課程的學習打下了堅實的基礎。我們將繼續探索和實踐更多創新的教學方法和手段，努力提高學生的創新能力和技術水平，為培養更多具有創新精神和實踐能力的高素質人才做出貢獻。九、學業評價一、學業評價概述學業評價是高中通用技術課程教學的重要組成部分，旨在全面、公正、有效地評估學生的學習成效，促進學生核心素養的全面發展。根據《普通高中通用技術課程標準（2017年版2020年修訂）》的要求，學業評價應圍繞技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達、物化能力這五個核心素養目標展開。本章節的學業評價將針對《第四章三維打印技術應用》的教學內容，具體涵蓋第1節“組合結構的產品制造”和第2節“三維掃描與打印”兩個部分，通過明確的教學目標、學習目標和評價目標，確保評價的科學性和有效性。二、教學目標技術意識：通過三維打印技術的學習與實踐，學生能夠理解三維打印技術在現代制造業中的應用及其對社會、經濟、環境的影響，形成對三維打印技術的敏感性和責任感。工程思維：學生能夠運用系統分析和比較權衡的方法，對組合結構產品進行整體設計和優化，解決三維打印過程中的實際問題，培養工程決策和管理能力。創新設計：激發學生的創新思維，鼓勵學生基于三維打印技術進行產品創新設計，提出具有創意和實用性的設計方案，并進行技術試驗和驗證。圖樣表達：學生能夠熟練使用三維設計軟件繪制產品的三維數字模型，并通過圖樣清晰、準確地表達設計意圖，掌握將三維模型轉化為二維機械加工圖的方法。物化能力：通過三維打印技術的實際操作，學生能夠獨立完成產品的模型制作、組裝與測試，體驗從設計到成品的完整過程，提升動手實踐與創造能力。三、學習目標第1節組合結構的產品制造技術意識：了解三維打印技術在組合結構產品制造中的應用，認識其對提高生產效率和降低成本的優勢。工程思維：掌握組合結構產品的設計原則和方法，能夠運用系統分析的方法對產品結構進行優化設計。創新設計：基于實際需求，設計一款具有創新性和實用性的組合結構產品，并繪制三維數字模型。圖樣表達：將設計的三維數字模型轉化為二維機械加工圖，清晰表達產品的尺寸、結構和組裝方式。物化能力：使用三維打印機完成產品的模型制作，并進行組裝與測試，確保產品符合設計要求。第2節三維掃描與打印技術意識：理解三維掃描技術在逆向工程中的應用，認識其對產品設計和制造的重要性。工程思維：掌握三維掃描和打印的流程和方法，能夠運用三維掃描技術獲取實物的三維數字模型，并進行優化處理。創新設計：基于三維掃描數據，設計一款具有創新性的產品，并進行三維打印制作。圖樣表達：熟練使用三維設計軟件對掃描數據進行編輯和修改，繪制出符合設計要求的三維數字模型。物化能力：獨立完成產品的三維打印制作，并進行后期處理和組裝，確保產品質量符合標準。四、評價目標第1節組合結構的產品制造技術意識評價：學生是否能夠闡述三維打印技術在組合結構產品制造中的應用及其優勢。學生是否能夠分析三維打印技術對社會、經濟、環境的影響，形成對技術的敏感性和責任感。工程思維評價：學生是否能夠運用系統分析的方法對組合結構產品進行設計和優化，解決設計中的實際問題。學生是否能夠合理規劃產品的結構和尺寸，確保產品的實用性和可靠性。創新設計評價：學生是否能夠基于實際需求，設計出具有創新性和實用性的組合結構產品。學生的設計方案是否具有創意和獨特性，能否滿足特定的使用需求。圖樣表達評價：學生是否能夠熟練使用三維設計軟件繪制產品的三維數字模型，并通過圖樣清晰、準確地表達設計意圖。學生是否能夠將三維數字模型轉化為二維機械加工圖，圖樣表達是否規范、準確。物化能力評價：學生是否能夠獨立完成產品的模型制作、組裝與測試，確保產品符合設計要求。學生在操作過程中是否表現出良好的動手實踐能力和解決問題的能力。第2節三維掃描與打印技術意識評價：學生是否能夠闡述三維掃描技術在逆向工程中的應用及其重要性。學生是否能夠理解三維掃描技術對產品設計和制造的影響，形成對技術的敏感性和責任感。工程思維評價：學生是否能夠掌握三維掃描和打印的流程和方法，合理運用三維掃描技術獲取實物的三維數字模型。學生是否能夠根據掃描數據對產品設計進行優化處理，提高產品的質量和性能。創新設計評價：學生是否能夠基于三維掃描數據，設計出具有創新性的產品，并提出合理的改進方案。學生的設計方案是否能夠體現創新思維和創造力，能否滿足特定的使用需求和市場前景。圖樣表達評價：學生是否能夠熟練使用三維設計軟件對掃描數據進行編輯和修改，繪制出符合設計要求的三維數字模型。學生的圖樣表達是否清晰、準確，能否充分展示產品的結構、尺寸和組裝方式。物化能力評價：學生是否能夠獨立完成產品的三維打印制作，并進行后期處理和組裝，確保產品質量符合標準。學生在操作過程中是否表現出良好的動手實踐能力和解決問題的能力，能否對制作過程中出現的問題進行有效分析和解決。五、評價方法觀察記錄法：通過觀察學生在課堂上的表現，記錄他們在設計、制作、測試等環節中的具體行為和表現，評價其技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達和物化能力的發展情況。作品評價法：對學生的設計作品和三維打印成品進行評價，包括作品的創新性、實用性、美觀性等方面，以及成品的質量、精度、組裝效果等方面，評價其圖樣表達和物化能力的發展水平。任務評價法：給學生布置具體的任務，如設計一款組合結構產品、完成三維掃描與打印等，根據任務完成情況和質量評價其技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達和物化能力的綜合運用能力。自我評價與互評法：鼓勵學生進行自我評價和互評，通過反思和總結自己的學習過程和成果，以及評價他人的作品和表現，提高學生的自我認知能力和批判性思維能力。測試評價法：通過書面測試或在線測試等方式，對學生的技術知識、圖樣表達能力等進行測試評價，了解其掌握情況和應用能力。六、評價實施明確評價標準：根據教學目標和學習目標，制定具體的評價標準，明確各項核心素養的具體表現和要求，確保評價的公正性和有效性。分階段實施評價：將評價貫穿于整個教學過程中，分階段進行實施。在每個教學階段結束后，及時進行評價反饋，幫助學生了解自己的學習成效和不足之處，及時調整學習策略。綜合運用多種評價方法：根據不同的教學內容和學生的特點，綜合運用觀察記錄法、作品評價法、任務評價法、自我評價與互評法以及測試評價法等多種評價方法，全面、客觀地評價學生的學習成效。注重過程性評價：關注學生的學習過程和學習態度，通過觀察記錄、課堂互動、小組討論等方式，及時了解學生的學習進展和困難，給予針對性的指導和幫助。強化反饋與改進：及時向學生反饋評價結果，指出其優點和不足之處，提出具體的改進建議。鼓勵學生進行自我反思和總結，不斷提高自身的學習能力和核心素養水平。通過以上學業評價的設計與實施，旨在全面、公正、有效地評估學生在《第四章三維打印技術應用》中的學習成效，促進其技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達和物化能力等核心素養的全面發展。十、大單元實施思路及教學結構圖1.大單元實施思路針對2020版人教版高中通用技術選擇性必修11《產品三維設計與制造》第四章《三維打印技術應用》的教學內容，本大單元的實施思路將圍繞“組合結構的產品制造”和“三維掃描與打印”兩大核心主題展開。通過實踐活動，旨在培養學生的技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達和物化能力。本單元的教學將強調理論與實踐的結合，通過項目式學習，讓學生在解決實際問題的過程中掌握三維打印技術的應用，提升學生的技術素養和創新能力。2.教學目標設定（一）技術意識培養學生對三維打印技術的敏感性和興趣，理解三維打印技術在現代制造和創意設計中的應用價值。引導學生關注三維打印技術的發展趨勢，形成對新技術的好奇心和探索欲。（二）工程思維培養學生運用工程思維進行問題分析和解決的能力，特別是在組合結構產品設計和三維掃描與打印過程中。提升學生的系統分析能力，能夠從整體到局部，再從局部到整體地進行產品設計和優化。（三）創新設計激發學生的創新思維，鼓勵學生在組合結構產品設計和三維掃描與打印過程中提出新穎的設計方案。培養學生的想象力，通過三維打印技術將創意轉化為實體產品。（四）圖樣表達提高學生的圖樣表達能力，能夠熟練使用三維設計軟件繪制復雜產品的三維模型。培養學生嚴謹的圖樣表達習慣，確保設計圖樣的準確性和規范性。（五）物化能力增強學生的物化能力，通過三維打印技術將虛擬的三維模型轉化為實體產品。培養學生的動手實踐能力，掌握三維打印機的操作和維護技能。3.教學結構圖三維打印技術應用|+++||組合結構的產品制造三維掃描與打印||++++++||||哨子設計臺燈設計三維掃描技術三維打印技術||||++++++||模型設計與優化模型掃描與處理||++++++||||結構設計模型打印數據采集模型重建||模型組裝與測試后處理與優化4.具體教學實施步驟第1節組合結構的產品制造4.1.1哨子設計步驟1：導入新課展示各種哨子的圖片或實物，引導學生觀察哨子的結構和功能，激發學生興趣。提出問題：如何設計一款音質合適的哨子？步驟2：哨子結構分析講解哨子的基本結構，包括外殼、進氣口、出氣口和彈子等部分。分析哨子發聲的原理，強調氣流通過哨子內部形狀時產生振動的重要性。步驟3：哨子三維模型設計演示如何在三維設計軟件中繪制哨子的三維模型，包括草圖繪制、拉伸、抽殼、倒角等步驟。學生分組進行哨子三維模型設計，教師巡回指導。步驟4：模型優化與打印學生根據教師反饋優化設計，考慮打印效果和組合結構的合理性。使用三維打印機進行模型打印，學生觀察打印過程并記錄遇到的問題。步驟5：模型組裝與測試學生將打印出的哨子各部件進行組裝，并進行音質測試。根據測試結果進行調試和改進，記錄調試過程和結果。4.1.2臺燈設計步驟1：臺燈結構分析展示各種臺燈的圖片或實物，引導學生觀察臺燈的結構和功能。分析臺燈的主要部件，包括燈頭、連接桿和底座等部分。步驟2：臺燈三維模型設計學生在三維設計軟件中繪制臺燈的三維模型，注意各部件的尺寸比例和連接方式。教師巡回指導，幫助學生解決設計中的問題。步驟3：模型打印與組裝使用三維打印機分別打印出臺燈的各部件。學生進行部件組裝，并進行功能測試，確保臺燈能夠正常工作。步驟4：設計與優化鼓勵學生提出臺燈設計的改進方案，如增加調節亮度或色溫的功能。學生根據改進方案重新設計模型并進行打印測試。第2節三維掃描與打印4.2.1三維掃描技術步驟1：三維掃描技術介紹講解三維掃描技術的基本原理和應用領域。展示三維掃描儀的實物或圖片，介紹其工作原理和操作步驟。步驟2：實物掃描實踐學生分組進行實物掃描實踐，選擇合適的掃描對象和掃描模式。教師指導學生進行掃描前的準備工作，如物體表面處理、標定等。步驟3：數據處理與模型重建學生使用三維掃描軟件對掃描數據進行處理，去除噪點并進行平滑處理。進行模型重建，將點云數據轉換為三維模型。步驟4：模型優化與導出學生對重建后的三維模型進行優化，確保模型的準確性和完整性。將優化后的模型導出為STL格式或其他可打印格式。4.2.2三維打印技術步驟1：三維打印技術介紹講解三維打印技術的基本原理和應用領域。展示三維打印機的實物或圖片，介紹其工作原理和操作流程。步驟2：模型切片與打印設置學生使用切片軟件對導出的STL模型進行切片處理，設置打印參數。教師指導學生選擇合適的打印材料和支撐結構。步驟3：模型打印與后處理學生進行模型打印，觀察打印過程并記錄打印參數和打印效果。打印完成后進行后處理，如去除支撐結構、打磨和上色等。步驟4：成果展示與評價學生展示自己打印的三維模型，并進行自我評價和互評。教師總結學生的學習成果，提出改進建議。通過以上教學實施步驟，學生將全面掌握三維打印技術應用的核心知識和技能，提升技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達和物化能力。通過項目式學習的方式，學生將在實踐中鍛煉解決問題的能力和團隊合作精神。十一、大情境、大任務創設教學背景與目標在《普通高中通用技術課程標準（2017年版2020年修訂）》的指導下，針對2020版人教版高中通用技術選擇性必修11《產品三維設計與制造》中的《第四章三維打印技術應用》的教學內容，我們精心設計了一個大情境與大任務。本章教學旨在通過三維打印技術應用，培養學生的技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達和物化能力，提升學生的技術素養和創新能力。教學目標設定技術意識：學生對三維打印技術有深入的理解，認識到其在現代制造和創意設計中的重要性和廣泛應用。學生能夠形成對三維打印技術的積極態度和評價，理解其對個人成長和社會發展的意義。工程思維：學生能夠運用系統分析和比較權衡的方法，對三維打印產品的設計、制造過程進行優化和決策。學生在產品設計與制造過程中，能夠考慮材料、工藝、成本等因素，進行整體規劃和風險評估。創新設計：學生能夠在明確問題的基礎上，提出創新性的設計方案，滿足用戶需求。學生能夠綜合運用多種創造技法，進行設計方案的改進和優化，體現創新思維。圖樣表達：學生能夠熟練使用三維設計軟件繪制復雜產品的三維模型，準確表達設計構想。學生能夠利用三維設計軟件生成二維機械加工圖，為后續的加工制造提供依據。物化能力：學生能夠選擇合適的材料和工具，進行三維模型的成型制作和裝配。學生能夠運用三維打印技術進行模型的打印和后期處理，提高動手實踐能力。大情境設計情境背景隨著科技的飛速發展，三維打印技術作為一種前沿的制造技術，正在逐漸改變我們的生活和生產方式。某高中通用技術社團計劃舉辦一場“未來生活創新設計大賽”，旨在鼓勵學生運用三維打印技術，結合創新思維，設計并制造出能夠改善人們未來生活的實用產品。作為社團的一員，你將參與到這場設計大賽中，與同學們一起探索三維打印技術的無限可能。情境任務你將面臨以下兩大任務：組合結構的產品制造：設計并制造一款具有實用功能的組合結構產品。產品可以是日常生活中的小物件，如臺燈、筆筒等，也可以是具有創新性的產品，如智能花盆、可調節高度的書桌等。在設計過程中，你需要考慮產品的結構合理性、功能實用性以及美觀性。三維掃描與打印：利用三維掃描技術獲取實物的三維模型數據，并通過三維打印技術將其打印出來。你可以選擇校園內的雕塑、建筑模型等作為掃描對象，也可以自行設計并制作一個原型進行掃描。在掃描和打印過程中，你需要掌握三維掃描和打印的基本操作流程，確保最終打印出的模型具有較高的精度和完整性。大任務分解與實施任務一：組合結構的產品制造步驟1：需求分析與市場調研活動描述：你需要進行市場調研，了解當前市場上類似產品的設計特點和用戶需求。通過問卷調查、網絡搜索等方式，收集相關信息，為后續的設計提供靈感和方向。核心素養目標：技術意識、創新設計步驟2：設計方案制定活動描述：在需求分析的基礎上，制定詳細的設計方案。包括產品的功能定位、結構設計、材料選擇等。你可以使用三維設計軟件繪制產品的三維模型，并進行初步的優化和調整。核心素養目標：工程思維、創新設計、圖樣表達步驟3：三維模型設計與優化活動描述：在三維設計軟件中，進一步完善產品的三維模型。考慮產品的組合結構特點，確保各部件之間的連接牢固且易于裝配。對模型進行渲染和測試，確保其符合設計要求。核心素養目標：工程思維、創新設計、圖樣表達步驟4：三維打印與后期處理活動描述：將優化后的三維模型導入三維打印機進行打印。在打印過程中，注意選擇合適的打印參數和材料，確保打印質量。打印完成后，對模型進行后期處理，如去除支撐結構、打磨、上色等。核心素養目標：物化能力步驟5：產品組裝與測試活動描述：將打印出的各部件進行組裝，形成完整的產品。對產品進行功能測試，確保其符合設計要求。記錄測試過程中發現的問題，并進行必要的優化和改進。核心素養目標：物化能力、工程思維任務二：三維掃描與打印步驟1：三維掃描技術學習活動描述：你需要學習三維掃描技術的基本原理和操作流程。通過閱讀相關書籍、觀看教學視頻等方式，掌握三維掃描儀的使用方法和注意事項。核心素養目標：技術意識、物化能力步驟2：實物掃描實踐活動描述：選擇校園內的雕塑、建筑模型等作為掃描對象，進行實物掃描實踐。在掃描過程中，注意調整掃描參數和角度，確保獲取到的三維模型數據具有較高的精度和完整性。核心素養目標：物化能力、圖樣表達步驟3：三維模型數據處理與重建活動描述：使用三維掃描軟件對掃描得到的數據進行處理，去除噪點、進行平滑處理等。然后，將處理后的數據導入三維設計軟件中進行模型重建。在重建過程中，注意保持模型的原始特征和精度。核心素養目標：圖樣表達、物化能力步驟4：三維模型優化與導出活動描述：對重建后的三維模型進行優化，確保模型的準確性和完整性。然后，將優化后的模型導出為STL格式或其他可打印格式，為后續的三維打印做準備。核心素養目標：圖樣表達、物化能力步驟5：三維打印與成果展示活動描述：將導出后的三維模型導入三維打印機進行打印。在打印過程中，注意選擇合適的打印參數和材料，確保打印質量。打印完成后，對模型進行展示和評價，分享設計思路和打印經驗。核心素養目標：物化能力、技術意識教學資源與支持硬件資源：三維設計軟件（如SolidWorks、Fusion360等）、三維打印機、三維掃描儀、計算機等。軟件資源：三維掃描軟件、三維打印切片軟件等。教學支持：教師提供必要的技術指導和支持，解答學生在設計和打印過程中遇到的問題。鼓勵學生進行小組合作，共同完成任務。評價與反饋評價方式：采用自評、互評和師評相結合的方式，對學生的設計作品、打印成品以及整個設計過程進行評價。評價指標：包括設計方案的創新性、三維模型的準確性、打印成品的質量、團隊協作能力等方面。反饋機制：及時給予學生反饋，指出其設計中的優點和不足，并提出改進建議。鼓勵學生相互學習和借鑒，共同提高。通過以上大情境與大任務的創設與實施，學生將全面掌握三維打印技術應用的核心知識和技能，提升技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達和物化能力。通過項目式學習的方式，學生將在實踐中鍛煉解決問題的能力和團隊合作精神，為未來的學習和生活打下堅實的基礎。十二、單元學歷案（一）單元主題與課時單元主題：產品三維設計與制造——三維打印技術應用課時設計：第1課時：組合結構的產品制造——哨子設計第2課時：組合結構的產品制造——哨子模型優化與打印第3課時：組合結構的產品制造——臺燈設計第4課時：組合結構的產品制造——臺燈模型打印與組裝第5課時：三維掃描與打印——三維掃描技術介紹與應用第6課時：三維掃描與打印——三維掃描與打印實踐（二）學習目標通用技術的核心素養目標：技術意識：培養學生對三維打印技術的敏感性和興趣，理解其在現代制造和創意設計中的應用價值。引導學生關注三維打印技術的發展趨勢，形成對新技術的好奇心和探索欲。工程思維：培養學生運用工程思維進行問題分析和解決的能力，特別是在組合結構產品設計和三維掃描與打印過程中。提升學生的系統分析能力，能夠從整體到局部，再從局部到整體地進行產品設計和優化。創新設計：激發學生的創新思維，鼓勵學生在組合結構產品設計和三維掃描與打印過程中提出新穎的設計方案。培養學生的想象力，通過三維打印技術將創意轉化為實體產品。圖樣表達：提高學生的圖樣表達能力，能夠熟練使用三維設計軟件繪制復雜產品的三維模型。培養學生嚴謹的圖樣表達習慣，確保設計圖樣的準確性和規范性。物化能力：培養學生的動手實踐能力，能夠將三維模型通過三維打印技術物化為實體產品。提升學生的模型組裝與測試能力，確保產品的功能和結構達到預期要求。（三）評價任務哨子設計與制作評價：學生是否能夠準確分析哨子的結構和功能，并設計出合理的三維模型。學生是否能夠根據反饋優化設計，并成功打印出哨子模型。哨子模型的聲音效果是否滿足設計要求。臺燈設計與制作評價：學生是否能夠準確分析臺燈的結構和功能，并設計出合理的三維模型。學生是否能夠成功打印出臺燈的各部件，并進行正確的組裝和測試。臺燈的功能是否滿足設計要求，照明效果是否良好。三維掃描技術應用評價：學生是否能夠正確操作三維掃描儀，獲取實物的三維模型數據。學生是否能夠利用獲取的三維模型數據進行后續的設計和優化。學生是否理解三維掃描技術在逆向工程中的應用價值。三維打印技術應用評價：學生是否能夠根據三維模型數據成功打印出實體產品。產品的打印質量、精度和完整性是否滿足要求。學生是否能夠對打印出的產品進行必要的后處理和優化。（四）學習過程第1課時：組合結構的產品制造——哨子設計教學環節：導入新課：展示各種哨子的圖片或實物，引導學生觀察哨子的結構和功能，激發學生興趣。哨子結構分析：講解哨子的基本結構，包括外殼、進氣口、出氣口和彈子等部分。分析哨子發聲的原理。哨子三維模型設計：演示如何在三維設計軟件中繪制哨子的三維模型，包括草圖繪制、拉伸、抽殼、倒角等步驟。學生分組進行哨子三維模型設計，教師巡回指導。學生活動：觀察哨子實物，記錄哨子的結構和功能特點。嘗試在三維設計軟件中繪制哨子的三維模型。小組內討論設計方案，互相提出改進建議。第2課時：組合結構的產品制造——哨子模型優化與打印教學環節：模型優化：學生根據教師反饋優化設計，考慮打印效果和組合結構的合理性。模型打印：使用三維打印機進行模型打印，學生觀察打印過程并記錄遇到的問題。問題討論：針對打印過程中出現的問題，學生討論解決方案，教師給予指導。學生活動：優化哨子三維模型，確保打印效果。觀察哨子模型的打印過程，記錄打印參數和遇到的問題。小組內討論打印問題的解決方案，并嘗試改進。第3課時：組合結構的產品制造——臺燈設計教學環節：臺燈結構分析：展示各種臺燈的圖片或實物，引導學生觀察臺燈的結構和功能。分析臺燈的主要部件，包括燈頭、連接桿和底座等部分。臺燈三維模型設計：學生在三維設計軟件中繪制臺燈的三維模型，注意各部件的尺寸比例和連接方式。教師巡回指導，幫助學生解決設計中的問題。學生活動：觀察臺燈實物，記錄臺燈的結構和功能特點。嘗試在三維設計軟件中繪制臺燈的三維模型。小組內討論設計方案，互相提出改進建議。第4課時：組合結構的產品制造——臺燈模型打印與組裝教學環節：模型打印：使用三維打印機分別打印出臺燈的各部件。部件組裝：學生進行部件組裝，并進行功能測試，確保臺燈能夠正常工作。設計與優化：鼓勵學生提出臺燈設計的改進方案，如增加調節亮度或色溫的功能。學生根據改進方案重新設計模型并進行打印測試。學生活動：打印出臺燈的各部件，記錄打印參數和遇到的問題。進行部件組裝，測試臺燈的功能是否正常。提出改進方案，并嘗試重新設計和打印優化后的臺燈模型。第5課時：三維掃描與打印——三維掃描技術介紹與應用教學環節：三維掃描技術介紹：講解三維掃描技術的基本原理、工作流程和應用領域。設備操作演示：演示三維掃描儀的操作方法，包括設備校準、物體掃描和數據處理等步驟。案例分析：通過案例分析，讓學生了解三維掃描技術在逆向工程中的應用價值。學生活動：認真聽講，記錄三維掃描技術的基本原理和工作流程。觀察教師操作三維掃描儀，記錄操作要點和注意事項。分析案例，討論三維掃描技術在不同領域的應用前景。第6課時：三維掃描與打印——三維掃描與打印實踐教學環節：實踐操作：學生分組進行三維掃描實踐，獲取實物的三維模型數據。然后利用獲取的數據進行三維打印實踐。問題討論：針對掃描和打印過程中出現的問題，學生討論解決方案，教師給予指導。成果展示：學生展示掃描和打印的成果，分享實踐經驗和心得體會。學生活動：分組進行三維掃描實踐，獲取實物的三維模型數據。利用獲取的數據進行三維打印實踐，記錄打印參數和遇到的問題。小組內討論掃描和打印問題的解決方案，并嘗試改進。展示實踐成果，分享經驗和心得體會。（五）作業與檢測課后作業：完成哨子和臺燈的三維模型設計，并提交給教師審核。準備一份關于三維掃描技術的調研報告，包括技術原理、應用領域和發展趨勢等內容。階段性檢測：組織一次三維模型設計比賽，評選出優秀的設計作品。進行三維打印技術實踐操作考核，檢驗學生的動手實踐能力。（六）學后反思學生反思：通過本單元的學習，我對三維打印技術有了更深入的了解，掌握了三維模型設計和打印的基本技能。在組合結構產品制造過程中，我學會了從整體到局部、再從局部到整體地進行產品設計和優化，提升了我的工程思維能力。三維掃描技術的應用讓我認識到了逆向工程的重要性，為我未來的學習和工作提供了新的思路和方法。在實踐過程中，我遇到了不少問題和挑戰，但通過小組討論和教師指導，我最終找到了解決方案，這讓我深刻體會到了團隊合作的重要性。教師反思：本單元的教學設計注重理論與實踐相結合，通過項目式學習讓學生在解決實際問題的過程中掌握三維打印技術的應用，取得了良好的教學效果。在教學過程中，我注重培養學生的技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達和物化能力等核心素養，為學生的全面發展奠定了堅實基礎。針對學生在實踐過程中遇到的問題和挑戰，我及時給予指導和幫助，并鼓勵學生進行小組討論和合作學習，有效提升了學生的問題解決能力和團隊合作能力。在未來的教學中，我將繼續探索和實踐項目式學習等教學方法，努力提升學生的學習興趣和動手實踐能力，為學生的終身發展奠定堅實基礎。十三、學科實踐與跨學科學習設計教學目標根據《普通高中通用技術課程標準（2017年版2020年修訂）》的要求，結合2020版人教版高中通用技術選擇性必修11《產品三維設計與制造》第四章《三維打印技術應用》的教學內容，本次學科實踐與跨學科學習設計旨在培養學生的技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達和物化能力。通過實踐活動，學生將深入理解三維打印技術在現代制造和創意設計中的應用，掌握三維打印技術應用的核心知識和技能，提升技術素養和創新能力。學習目標技術意識培養學生對三維打印技術的敏感性和興趣，理解三維打印技術在現代制造和創意設計中的應用價值。引導學生關注三維打印技術的發展趨勢，形成對新技術的好奇心和探索欲。工程思維培養學生運用工程思維進行問題分析和解決的能力，特別是在組合結構產品設計和三維掃描與打印過程中。提升學生的系統分析能力，能夠從整體到局部，再從局部到整體地進行產品設計和優化。創新設計激發學生的創新思維，鼓勵學生在組合結構產品設計和三維掃描與打印過程中提出新穎的設計方案。培養學生的想象力，通過三維打印技術將創意轉化為實體產品。圖樣表達提高學生的圖樣表達能力，能夠熟練使用三維設計軟件繪制復雜產品的三維模型。培養學生嚴謹的圖樣表達習慣，確保設計圖樣的準確性和規范性。物化能力增強學生的物化能力，通過三維打印技術將虛擬的三維模型轉化為實體產品。培養學生的動手實踐能力，掌握三維打印機的操作和維護技能。作業目標設定技術意識學生需完成一篇關于三維打印技術發展現狀與未來趨勢的研究報告，分析三維打印技術在不同領域的應用案例，并闡述其對社會和經濟的影響。工程思維學生需設計一個具有組合結構的實用產品（如臺燈或哨子），并提交詳細的設計方案，包括結構設計、材料選擇、工藝流程等，體現從整體到局部、再從局部到整體的設計思維過程。創新設計學生需在現有三維打印產品的基礎上進行創新設計，提出至少一項改進方案，并說明改進后的產品如何更具創新性、實用性和美觀性。圖樣表達學生需使用三維設計軟件繪制所設計產品的三維模型，并提交清晰、準確的設計圖樣，包括各個部件的詳細尺寸、裝配關系等。物化能力學生需將設計的產品通過三維打印技術實現物化，完成產品的打印、組裝和測試，并提交打印過程中的參數設置、打印效果及后處理方法的報告。學科實踐與跨學科學習設計一、實踐活動設計1.組合結構的產品制造活動目標：通過設計并制造一個具有組合結構的產品（如臺燈或哨子），培養學生的技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達和物化能力。活動步驟：步驟1：產品設計與建模學生根據實際需求選擇一個具有組合結構的產品進行設計，如臺燈或哨子。使用三維設計軟件繪制產品的三維模型，注重產品的結構設計和材料選擇。在設計過程中，學生需考慮產品的可制造性、裝配關系和功能性。步驟2：模型切片與打印設置學生使用切片軟件對導出的STL模型進行切片處理，設置合理的打印參數，如層厚、填充率、支撐結構等。在切片過程中，學生需考慮如何優化打印效果，減少打印時間和材料浪費。步驟3：模型打印與后處理學生將切片后的文件導入三維打印機進行打印。打印過程中，學生需觀察打印效果，及時調整打印參數以解決可能出現的問題。打印完成后，學生進行后處理，如去除支撐結構、打磨、上色等，使產品達到設計要求。步驟4：產品測試與優化學生對制造出的產品進行功能測試，檢查其結構強度、裝配精度和使用效果。根據測試結果，學生對產品進行必要的優化和改進，如調整結構設計、改進打印參數等。跨學科整合：在設計過程中，學生可結合物理學原理（如力學、光學）優化產品結構；在材料選擇時，可結合化學知識了解不同材料的性能和應用場景；在打印過程中，可結合信息技術知識優化切片參數和打印路徑。2.三維掃描與打印活動目標：通過三維掃描技術獲取實物模型數據，并通過三維打印技術實現模型的物化，培養學生的技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達和物化能力。活動步驟：步驟1：三維掃描技術介紹與操作教師介紹三維掃描儀的基本工作原理、操作步驟和注意事項。學生使用三維掃描儀對實物模型進行掃描，獲取其三維數據。在掃描過程中，學生需考慮掃描精度、掃描速度和數據處理方法等因素。步驟2：數據處理與模型重建學生對掃描得到的三維數據進行處理，包括去噪、平滑、拼接等步驟。使用三維建模軟件對處理后的數據進行模型重建，得到準確的三維模型。在重建過程中，學生需考慮模型的幾何精度、表面質量和拓撲結構等因素。步驟3：模型優化與打印設置學生對重建后的模型進行優化設計，如簡化結構、調整尺寸比例等。使用切片軟件對優化后的模型進行切片處理，設置合理的打印參數。在切片過程中，學生需考慮如何減少打印時間和材料浪費，同時保證打印質量。步驟4：模型打印與后處理學生將切片后的文件導入三維打印機進行打印。打印完成后，學生進行后處理，如去除支撐結構、打磨、上色等。學生對打印出的模型進行質量檢查和使用測試，確保其滿足設計要求。跨學科整合：在掃描過程中，學生可結合計算機圖形學知識優化掃描路徑和數據處理算法；在模型重建過程中，可結合數學知識進行幾何計算和拓撲優化；在打印過程中，可結合物理學原理分析打印材料的熱塑性和流動性對打印質量的影響。二、跨學科整合點物理與工程：在設計組合結構產品時，學生需結合物理學原理（如力學、光學）優化產品結構，確保產品的穩定性和功能性。學生還需運用工程思維進行問題分析和解決，如考慮產品的可制造性、裝配關系和成本效益等。化學與材料科學：在材料選擇時，學生可結合化學知識了解不同材料的性能和應用場景。例如，了解塑料、金屬、陶瓷等材料的物理性質和化學穩定性對打印效果的影響；分析不同材料的成本、環保性和可持續性等因素對產品設計的影響。計算機科學與信息技術：在三維掃描和打印過程中，學生需運用計算機技術和信息技術知識優化數據處理和打印參數。例如，使用計算機圖形學算法進行三維模型的重建和優化；利用信息技術手段實現切片參數的自動調整和打印路徑的優化等。藝術與設計：在設計過程中，學生可結合藝術和設計知識提升產品的美觀性和創新性。例如，運用色彩搭配、形態構成和裝飾元素等設計手法提升產品的視覺效果；通過創新設計滿足用戶的個性化需求和市場趨勢等。經濟學與管理學：在產品設計和制造過程中，學生還需考慮經濟成本和管理效率等因素。例如，分析不同材料的成本和加工難度對產品定價和市場競爭力的影響；運用管理學原理優化生產流程和資源配置等。通過以上學科實踐與跨學科學習設計，學生不僅能夠深入理解和掌握三維打印技術應用的核心知識和技能，還能夠在實踐中培養跨學科整合能力和創新思維能力，為未來的學習和職業發展奠定堅實的基礎。十四、大單元作業設計一、教學目標根據《普通高中通用技術課程標準（2017年版2020年修訂）》和所給的教學設計結構模板，結合2020版人教版高中通用技術選擇性必修11《產品三維設計與制造》第四章《三維打印技術應用》的教學內容，設定以下教學目標：技術意識：培養學生對三維打印技術的興趣和敏感性，理解其在現代制造和創意設計中的應用價值。引導學生關注三維打印技術的發展趨勢，形成對新技術的好奇心和探索欲。工程思維：培養學生運用工程思維進行問題分析和解決的能力，特別是在組合結構產品設計和三維掃描與打印過程中。提升學生的系統分析能力，能夠從整體到局部，再從局部到整體地進行產品設計和優化。創新設計：激發學生的創新思維，鼓勵學生在組合結構產品設計和三維掃描與打印過程中提出新穎的設計方案。培養學生的想象力，通過三維打印技術將創意轉化為實體產品。圖樣表達：提高學生的圖樣表達能力，能夠熟練使用三維設計軟件繪制復雜產品的三維模型。培養學生嚴謹的圖樣表達習慣，確保設計圖樣的準確性和規范性。物化能力：增強學生的動手實踐能力，能夠將三維模型通過三維打印技術轉化為實體產品。培養學生解決實際問題的能力，能夠根據產品需求進行三維模型的修改和優化。二、作業目標設定結合第四章《三維打印技術應用》的教學內容，具體設定以下作業目標：技術意識：完成作業過程中，學生能夠主動探究三維打印技術的原理和應用，對三維打印技術有更深入的理解。學生能夠通過作業，感受到三維打印技術在解決實際問題中的獨特優勢和應用價值。工程思維：在完成組合作業時，學生能夠運用系統分析的方法，從整體到局部進行產品設計。學生能夠針對產品的功能需求，進行結構設計和優化，體現出良好的工程思維能力。創新設計：鼓勵學生在作業中發揮創新思維，提出具有創意的設計方案。學生能夠通過三維打印技術將創意轉化為實體產品，體驗到創新設計的樂趣和成就感。圖樣表達：學生能夠使用三維設計軟件繪制復雜產品的三維模型，確保圖樣的準確性和規范性。通過作業，學生能夠提高圖樣表達的能力，為后續的設計和制造打下堅實基礎。物化能力：學生能夠將設計好的三維模型通過三維打印技術轉化為實體產品。在作業過程中，學生能夠針對打印過程中出現的問題進行調試和優化，提高解決實際問題的能力。三、作業內容與要求第1節組合結構的產品制造1.1哨子設計作業內容：哨子結構分析：分析哨子的基本結構和發聲原理，并繪制哨子的結構示意圖。哨子三維模型設計：使用三維設計軟件，根據哨子的結構示意圖設計三維模型。注意模型的準確性和規范性。模型優化與打印：對設計好的三維模型進行優化，確保模型能夠順利打印。使用三維打印機打印出哨子模型，并記錄打印過程中的問題和解決方法。模型組裝與測試：將打印好的哨子模型進行組裝，并進行音質測試。根據測試結果對模型進行調試和優化。作業要求：哨子結構分析應詳細準確，示意圖應清晰明了。三維模型設計應符合設計要求，圖樣表達規范。模型優化應充分考慮打印過程中的實際問題，確保打印順利進行。音質測試應記錄詳細數據，針對測試結果進行合理調試。1.2臺燈設計作業內容：臺燈結構分析：觀察和分析常見臺燈的結構，了解其主要部件和功能。臺燈三維模型設計：使用三維設計軟件，根據臺燈的結構分析設計三維模型。注意各部件的尺寸比例和連接方式。模型打印與組裝：將設計好的三維模型進行打印，并將各部件進行組裝。記錄打印和組裝過程中的問題和解決方法。設計與優化：對組裝好的臺燈進行功能測試，并根據測試結果提出改進方案。重新設計模型并進行打印測試。作業要求：臺燈結構分析應全面深入，了解其主要功能和部件。三維模型設計應符合實際使用需求，各部件連接牢固。打印和組裝過程中應詳細記錄問題和解決方法，提高解決問題的能力。改進方案應具體可行，優化后的臺燈功能更加完善。第2節三維掃描與打印2.1三維掃描技術作業內容：三維掃描技術介紹：查閱資料，了解三維掃描技術的基本原理和應用領域。實物掃描實踐：選擇合適的掃描對象和掃描模式，使用三維掃描儀進行實物掃描。記錄掃描過程中的問題和解決方法。數據處理與模型重建：使用三維掃描軟件對掃描數據進行處理，去除噪點并進行平滑處理。將點云數據轉換為三維模型。模型優化與導出：對重建后的三維模型進行優化，確保模型的準確性和完整性。將優化后的模型導出為STL格式或其他可打印格式。作業要求：介紹三維掃描技術時應詳細準確，包括其原理和應用領域。實物掃描實踐應選擇合適的掃描對象和模式，確保掃描效果。數據處理過程中應仔細認真，確保模型重建的準確性。導出的模型應符合打印要求，格式正確無誤。2.2三維打印技術作業內容：三維打印技術介紹：查閱資料，了解三維打印技術的基本原理和應用領域。模型切片與打印設置：使用切片軟件對導出的STL模型進行切片處理，設置合理的打印參數。記錄切片過程中的問題和解決方法。模型打印與后處理：使用三維打印機進行模型打印，觀察打印過程并記錄打印參數和效果。打印完成后進行后處理，如去除支撐結構、打磨和上色等。成果展示與評價：展示自己打印的三維模型，并進行自我評價和互評。根據評價結果對模型進行進一步優化。作業要求：介紹三維打印技術時應詳細準確，包括其原理和應用領域。切片設置應合理準確，確保打印效果。打印過程中應認真觀察記錄，及時解決出現的問題。后處理應仔細認真，確保模型的美觀和實用性。展示和評價過程中應積極參與，根據反饋進行優化。四、作業評價自評與互評標準技術意識：是否對三維打印技術有深入的理解和興趣。是否能夠主動探究三維打印技術的發展和應用。工程思維：是否能夠運用系統分析的方法進行產品設計和優化。是否能夠從整體到局部進行產品結構設計。創新設計：是否能夠提出具有創意的設計方案。是否能夠將創意轉化為實體產品。圖樣表達：三維模型設計是否準確規范。圖樣表達是否清晰明了。物化能力：是否能夠將三維模型成功打印為實體產品。是否能夠解決打印過程中出現的問題并進行優化。師評標準技術意識：學生對三維打印技術的理解和掌握程度。學生對三維打印技術發展趨勢的關注和興趣。工程思維：學生運用系統分析方法進行產品設計和優化的能力。學生從整體到局部進行產品結構設計的能力。創新設計：學生提出的設計方案是否具有創意和實用性。學生將創意轉化為實體產品的能力。圖樣表達：學生三維模型設計的準確性和規范性。學生圖樣表達的清晰度和明了度。物化能力：學生將三維模型成功打印為實體產品的能力。學生解決打印過程中出現的問題并進行優化的能力。五、總結與反思通過本次大單元作業設計，學生能夠深入理解三維打印技術的原理和應用，掌握三維模型設計和打印的基本技能，提高技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達和物化能力。通過作業過程中的問題解決和調試優化，學生的實踐能力和解決問題的能力也得到了顯著提升。在教學過程中，教師應及時關注學生的作業進展和遇到的問題，給予必要的指導和幫助。通過作業評價和反饋，教師可以了解學生的學習情況和掌握程度，為后續教學提供有針對性的指導和改進。十五、“教-學-評”一致性課時設計一、教學目標設定（一）技術意識目標描述：學生能夠認識到三維打印技術在現代制造和創意設計中的重要性，理解其技術原理和應用價值，形成對三維打印技術的積極態度和探索欲。課時分配：第1節（組合結構的產品制造）1課時，第2節（三維掃描與打印）1課時。（二）工程思維目標描述：學生能夠運用工程思維進行系統分析和比較權衡，解決組合結構產品設計和三維掃描與打印過程中的實際問題，提升系統分析能力和優化設計能力。課時分配：第1節（組合結構的產品制造）1課時，第2節（三維掃描與打印）1課時。（三）創新設計目標描述：學生能夠發揮創新思維，提出新穎的設計方案，并在三維打印技術應用過程中實現創意，提升創新設計能力。課時分配：第1節（組合結構的產品制造）1課時，第2節（三維掃描與打印）1課時。（四）圖樣表達目標描述：學生能夠熟練使用三維設計軟件繪制復雜產品的三維模型，確保設計圖樣的準確性和規范性，提高圖樣表達能力。課時分配：第1節（組合結構的產品制造）1課時，第2節（三維掃描與打印）1課時。（五）物化能力目標描述：學生能夠掌握三維打印機的操作和維護技能，將虛擬的三維模型轉化為實體產品，增強動手實踐能力和物化能力。課時分配：第1節（組合結構的產品制造）1課時，第2節（三維掃描與打印）1課時。二、作業目標設定（一）技術意識作業描述：調研不同領域三維打印技術的應用案例，撰寫一篇關于三維打印技術發展前景的小論文，培養學生的技術敏感性和探索欲。評價方式：自評（內容完整性、觀點明確性）、互評（創意性、深度分析）、師評（邏輯清晰度、資料準確性）。（二）工程思維作業描述：選擇一個生活中的實際問題，運用三維打印技術進行解決，提交一份包含問題分析、設計方案、打印過程及效果評估的報告，培養學生的系統分析能力和優化設計能力。評價方式：自評（設計合理性、問題解決效果）、互評（創新性、實用性）、師評（邏輯嚴密性、方案可行性）。（三）創新設計作業描述：設計一款具有創新性的三維打印產品，并繪制詳細的三維模型圖，提交設計說明書和模型圖，培養學生的創新思維和設計能力。評價方式：自評（創意新穎性、設計完整性）、互評（美觀度、實用性）、師評（技術可行性、創新性）。（四）圖樣表達作業描述：根據給定的產品功能需求，繪制一款產品的三維模型圖，并標注詳細尺寸和說明，培養學生的圖樣表達能力和規范性。評價方式：自評（圖樣清晰度、標注準確性）、互評（設計合理性、美觀度）、師評（技術規范性、細節完整性）。（五）物化能力作業描述：利用三維打印機打印自己設計的三維模型，并進行后期處理，提交打印成品和打印過程記錄，培養學生的動手實踐能力和物化能力。評價方式：自評（成品質量、打印過程記錄完整性）、互評（成品創意性、打印效果）、師評（技術規范性、物化能力）。三、課程目標設定（一）技術意識目標描述：通過本單元的學習，學生能夠深刻理解三維打印技術在現代制造業和創意設計中的應用價值，形成對三維打印技術的敏感性和探索欲，為后續學習和應用奠定基礎。（二）工程思維目標描述：通過本單元的學習，學生能夠掌握工程思維的基