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(六) 模型的制作環(huán)節(jié)
教師指導(dǎo)學(xué)生將繪制完成的造型導(dǎo)入3D打印機的切片軟件中，設(shè)置打印參數(shù)，制作零件實物。學(xué)生學(xué)習(xí)3D打印機的使用，了解3D打印加工工藝。
學(xué)生首次打印出的零件并不成功，教師引導(dǎo)學(xué)生分析原因，師生共同處理了兩個生成性問題：
第一，零件變形問題。教師引導(dǎo)學(xué)生觀察打印機的工作過程，逐步分析得出由于打印零件的橫截面過小，下一層打印材料還沒有充分冷卻，新一層材料就堆積上去而造成變形。由此學(xué)生認(rèn)識到自動打印布局是不可行的，并提出將兩個零件置于打印平臺兩端，盡可能增加零件間距離以延長堆積兩層材料間的時間間隔，有效改善了這一問題。
圖 4 打印零件變形問題及解決方案
第二，打印零件強度較差。學(xué)生提出了增大零件間的孔軸尺寸以增強零件強度的方法。通過對零件尺寸進行重新設(shè)計，打印出的零件強度明顯增加，且可以實現(xiàn)良好的尺寸配合，使爬蟲恢復(fù)正常行走。
圖 5 增強零件強度的學(xué)生設(shè)計作品
設(shè)計意圖：在三維建模并打印成型的過程中，教師對生成的問題及時進行指導(dǎo)，和學(xué)生共同優(yōu)化設(shè)計方案，完善設(shè)計作品。學(xué)生經(jīng)歷親身實踐，會對教師在方案制定階段提出關(guān)于3D打印加工精度和零件配合的問題有更加深入的理解。這樣經(jīng)歷觀察、探索、實踐得到的經(jīng)驗會給學(xué)生留下更為深刻的印象，符合STEM教育的體驗性特征。
(七) 作品測試環(huán)節(jié)
零件打印完成后，學(xué)生組裝并測試爬行情況，對有問題的零件進行修理調(diào)整，體會設(shè)計過程是需要不斷優(yōu)化的。
(八) 展示交流與評價環(huán)節(jié)
本課的評價方式是學(xué)生自評、互評與教師評價相結(jié)合。為了更好地達到教學(xué)目標(biāo)，教師制作了自評和互評量表。評價過程強調(diào)多元評價主體、面向?qū)W習(xí)過程的評價。
(九) 歸納總結(jié)環(huán)節(jié)
項目結(jié)束后，通過總結(jié)深化工程設(shè)計過程對解決實際問題的指導(dǎo)作用，也梳理多學(xué)科知識在解決實際問題過程中發(fā)揮的作用，促進學(xué)習(xí)者將零散的知識系統(tǒng)化。
在此基礎(chǔ)上，如果我們對蜘蛛爬行運動的生物學(xué)知識有更加深入的研究，并將智能控制技術(shù)加入其中，這只蜘蛛將完成超乎想象的任務(wù)。教師播放一段智能蜘蛛隨音樂跳舞的視頻，拓展學(xué)生視野，進一步激發(fā)學(xué)生探索創(chuàng)新的愿望。
四、實踐反思
本課立足于通過項目實踐培養(yǎng)學(xué)生在圖樣表達和物化能力方面的技術(shù)核心素養(yǎng)，體現(xiàn)了STEM教育的跨學(xué)科性、體驗性和情境性的核心特征。在STEM教育理念的指引下，教師合理選擇教學(xué)內(nèi)容，恰當(dāng)梳理與其他學(xué)科的交叉融合。項目的問題一方面基于真實的生活情景，另一方面又蘊含著要教授的結(jié)構(gòu)性知識。通過工程實踐實現(xiàn)情境性問題的解決，讓學(xué)生體驗真實的生活，獲得社會性成長。
五、教學(xué)點評
本課中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，提出方案，利用數(shù)學(xué)知識進行測量，運用三維設(shè)計軟件實現(xiàn)設(shè)計圖的表達，使用3D打印技術(shù)完成制作，通過解決打印中的問題，分析部件損壞原因并加強易損部件，進一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)對學(xué)生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，也體現(xiàn)了對學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，充分踐行了STEM的教育理念。
本課用短片引入新課，既體現(xiàn)了技術(shù)滿足人類需求的人文關(guān)懷，也把發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程展示給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生進入主題，也樹立了應(yīng)用技術(shù)解決問題的技術(shù)意識。
生成性問題的解決是本課的又一亮點，體現(xiàn)著老師的教學(xué)智慧。在傳授學(xué)生技術(shù)、體驗操作實踐的過程中還承載著思想方法的傳承與潤物無聲的影響。生成性問題的的解決也給學(xué)生以榜樣示范，激勵學(xué)生進一步探索技術(shù)世界。
（點評人：劉曉巖，北京市朝陽區(qū)教研員）
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更新時間：2017-03-21
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