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《第三章三維模型設計》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一個重要模塊，它旨在通過三維打印技術的學習與實踐，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。其中，《第三章三維模型設計》是該模塊的核心章節之一，涵蓋了從簡單模型設計到復雜組合模型設計與切片的全過程，是連接理論學習與實際操作的關鍵環節。本章內容分為三節：第一節“簡單模型設計”主要介紹三維設計軟件的基本操作和三維建模的基礎知識，引導學生掌握創建基本幾何體、編輯形體和組合形體等技能；第二節“模型測試與優化”則強調對設計出的三維模型進行功能性、結構性和美學性的評估，并學會使用工具對模型進行優化；第三節“組合模型設計與切片”則進一步提升難度，要求學生能夠設計具有組合結構的復雜模型，并掌握切片軟件的使用，為后續的三維打印做準備。（二）單元內容分析簡單模型設計：本節是三維模型設計的入門，重點在于讓學生掌握三維設計軟件的基本操作和三維建模的基礎知識。通過本節的學習，學生應能夠熟悉三維設計軟件界面，了解常用的建模工具和命令，并能夠獨立創建出簡單的三維模型。模型測試與優化：在掌握基本建模技能的基礎上，本節要求學生對設計出的三維模型進行全面測試，包括功能性測試、結構性測試和美學性測試。通過測試，學生應能夠發現模型中存在的問題，并使用工具對模型進行優化，以提高模型的質量和性能。組合模型設計與切片：本節是三維模型設計的進階，要求學生能夠設計出具有組合結構的復雜模型。學生還需要掌握切片軟件的使用，將三維模型轉換成打印機可以識別的指令文件。這一環節對于后續的三維打印操作至關重要。（三）單元內容整合本章內容從簡單到復雜，逐步引導學生深入掌握三維模型設計的全過程。在實際教學中，可以將這三節內容有機整合起來，形成一個完整的教學單元。具體整合思路如下：導入階段：通過展示一些精美的三維打印作品，激發學生的學習興趣，并簡要介紹三維打印技術和三維模型設計的基本概念。基礎技能學習：在第一節中，詳細講解三維設計軟件的基本操作和三維建模的基礎知識，并通過實例演示和動手實踐，幫助學生掌握建模技能。測試與優化：在第二節中，引導學生對設計出的三維模型進行測試，并教授模型優化的方法。通過小組討論和合作學習，讓學生共同發現和解決問題。組合設計與切片：在第三節中，進一步提升難度，要求學生設計出具有組合結構的復雜模型，并掌握切片軟件的使用。通過項目式學習，讓學生在實際操作中深化對三維模型設計的理解。總結與展示：對整個單元的學習內容進行總結，并組織學生進行作品展示和交流，分享學習心得和體會。通過以上整合，可以使學生系統地掌握三維模型設計的全過程，提高他們的技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達和物化能力。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是培養學生具備適應未來社會發展和個人終身發展所需要的關鍵能力和必備品格。根據《普通高中通用技術課程標準（2017年版2020年修訂）》，通用技術的核心素養目標主要包括技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達和物化能力五個方面。（一）技術意識技術意識是對技術現象及技術問題的感知與體悟，是形成技術認識、觀念及付諸實踐的愿望。在本單元的學習中，學生應能夠：感知三維打印技術的價值和應用前景，認識到三維打印技術在現代制造業和日常生活中的重要性。關注三維打印技術的發展動態，了解其在不同領域的應用案例。形成積極的技術價值觀，愿意將所學技術知識應用于實際問題的解決中。（二）工程思維工程思維是以系統分析和比較權衡為核心的一種籌劃性思維。在本單元的學習中，學生應能夠：運用系統分析的方法，對三維模型設計進行整體規劃，考慮模型的功能性、結構性和美學性等方面。在設計過程中，能夠進行多因素分析和比較權衡，優化設計方案，提高模型的性能和質量。考慮到三維打印的工藝特點和限制，合理設計模型的結構和尺寸，確保模型能夠順利打印出來。（三）創新設計創新設計是指基于技術問題進行創新性方案構思的一系列問題解決過程。在本單元的學習中，學生應能夠：針對實際問題，提出具有創新性的三維模型設計方案，體現出獨特的設計理念和創意。運用所學的三維建模技能，將設計方案轉化為具體的三維模型，并進行不斷優化和改進。在設計過程中，能夠綜合考慮技術、經濟、環境和社會等因素，提出可行的解決方案。（四）圖樣表達圖樣表達是指運用圖形、符號、文字和數字等方式將設計構思和設計結果清晰、準確地表達出來。在本單元的學習中，學生應能夠：熟練掌握三維設計軟件的操作，繪制出準確、規范的三維模型圖樣。能夠運用不同的視圖和投影方法，清晰地表達三維模型的結構和尺寸。在圖樣中標注必要的技術要求和說明，確保他人能夠準確理解設計意圖。（五）物化能力物化能力是指將設計構思轉化為實際產品的能力。在本單元的學習中，學生應能夠：掌握三維打印的基本原理和操作流程，將設計好的三維模型進行切片處理，并生成打印機可以識別的指令文件。在三維打印過程中，能夠監控打印進度和質量，及時處理打印過程中出現的問題。對打印出來的三維模型進行后處理，如去除支撐結構、打磨和上色等，使其達到預期的效果和質量。通過以上五個方面的核心素養目標的培養，學生將能夠全面掌握三維模型設計的全過程，提高他們的技術能力、創新能力和實踐能力，為未來的學習和工作奠定堅實的基礎。三、學情分析（一）已知內容分析在前面的學習過程中，學生已經具備了一定的通用技術基礎，包括技術設計的一般過程、三維打印技術的基本原理、三維設計軟件的基本操作等。具體來講：技術設計基礎：學生已經學習了技術設計的一般過程，包括發現與明確問題、制訂設計方案、制作模型或原型、優化設計方案、編寫技術作品說明書等步驟。學生已經掌握了技術設計的基本原則，如創新性、實用性、美觀性、經濟性等，并能夠在設計過程中綜合考慮這些因素。三維打印技術基礎：學生已經了解了三維打印技術的基本原理和發展歷程，知道三維打印技術在現代生產和生活中的應用。學生已經掌握了常見三維打印機的運行原理和安全操作規范，能夠正確、安全地操作三維打印機。三維設計軟件基礎：學生已經熟悉了三維設計軟件的基本界面和常用工具，能夠使用軟件進行基本的圖形繪制和編輯。學生已經掌握了三維設計軟件中的一些基本特征工具，如拉伸、旋轉、放樣、掃掠等，能夠將這些工具應用于模型設計中。（二）新知內容分析本單元的教學重點是三維模型的設計與優化，包括簡單模型設計、模型測試與優化、組合模型設計與切片等內容。這些新知內容具體表現在以下幾個方面：簡單模型設計：學生需要掌握如何使用三維設計軟件中的草圖繪制工具，將二維草圖轉換成三維數字模型。學生需要學會運用拉伸、旋轉、放樣、掃掠等特征工具，對三維模型進行進一步的設計和修改。模型測試與優化：學生需要了解模型測試的重要性，學會對三維模型進行功能、外形和尺寸等方面的測試。學生需要掌握模型優化的方法，能夠根據測試結果對模型進行調整和改進，以提高模型的性能和實用性。組合模型設計與切片：學生需要學會將多個簡單模型組合成一個復雜的模型，并能夠考慮模型之間的配合和約束關系。學生需要掌握切片軟件的使用，能夠對三維模型進行合理的切片設置，并生成打印文件。（三）學生學習能力分析空間想象能力：三維模型設計需要學生具備較強的空間想象能力，能夠將二維草圖在腦海中轉換成三維模型，并進行進一步的設計和修改。這種能力對于部分學生來說可能存在一定的挑戰。軟件操作能力：學生需要熟練掌握三維設計軟件的操作，能夠靈活運用各種工具進行模型設計。這要求學生具備較強的軟件操作能力和學習能力。問題解決能力：在模型測試與優化過程中，學生需要發現問題、分析問題并解決問題。這要求學生具備較強的問題解決能力和創新思維。團隊合作與溝通能力：在組合模型設計與切片過程中，學生需要與團隊成員進行密切合作，共同完成任務。這要求學生具備較強的團隊合作與溝通能力。（四）學習障礙突破策略針對上述學習障礙，可以采取以下突破策略：空間想象能力的培養：通過多媒體教學手段，如三維動畫、虛擬現實等，幫助學生更好地理解三維模型的結構和特征。組織學生進行實物觀察和實踐操作，讓學生在實踐中增強空間想象能力。提供豐富的案例和模型庫，供學生參考和學習，以拓寬學生的視野和思維。軟件操作能力的提升：提供詳細的軟件操作指南和視頻教程，幫助學生快速掌握軟件的基本操作。組織學生進行小組學習和互助合作，讓學生在交流中提高軟件操作能力。安排定期的軟件操作測試和競賽活動，激發學生的學習興趣和積極性。問題解決能力的培養：創設真實的問題情境，引導學生發現問題、分析問題和解決問題。鼓勵學生進行自主探究和實踐操作，讓學生在實踐中提高問題解決能力。提供豐富的問題解決案例和思路，供學生參考和學習，以拓寬學生的思維和視野。團隊合作與溝通能力的培養：組織學生進行小組合作學習，明確任務分工和合作要求，提高學生的團隊合作與溝通能力。定期組織學生進行成果展示和交流活動，讓學生在交流中增強團隊合作與溝通能力。提供團隊合作與溝通的培訓和指導，幫助學生掌握有效的團隊合作與溝通技巧。針對學生的學習能力和學習障礙，教師還可以采取以下措施：分層教學：根據學生的學習能力和水平，將學生分為不同的層次，針對不同層次的學生制定不同的教學計劃和目標，以實現個性化教學。差異化指導：針對不同學生的學習需求和問題，提供個性化的指導和幫助，以滿足學生的學習需求和提高教學效果。及時反饋與評估：及時對學生的學習成果進行反饋和評估，讓學生了解自己的學習進度和不足之處，以便及時調整學習策略和提高學習效果。通過以上措施的實施，可以有效突破學生的學習障礙，提高學生的學習能力和興趣，為三維模型設計與制造單元的教學奠定堅實的基礎。四、大主題或大概念設計本大單元教學設計的主題為“三維模型設計與制造的實踐探索”，旨在通過三維設計軟件的應用、三維模型的創建與優化、以及組合模型的設計與切片處理等實踐活動，培養學生的技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達及物化能力。通過這一主題的學習，學生將能夠掌握三維模型設計的基本流程和方法，理解三維打印技術的原理和應用，提升解決實際工程問題的能力。五、大單元目標敘寫（一）技術意識理解三維打印技術的原理和應用場景，認識到三維打印技術在現代制造業和日常生活中的重要性。形成對三維模型設計過程的整體認知，能夠識別并分析三維模型設計中的關鍵技術和要素。（二）工程思維運用系統分析和比較權衡的方法，對三維模型設計方案進行優化，提高設計效率和產品質量。理解并應用三維模型設計中的基本工程原理，如結構穩定性、材料選擇、制造工藝等。（三）創新設計能夠根據實際需求進行創新性設計，提出具有創意和實用價值的三維模型設計方案。掌握多種設計方法和工具，如草圖繪制、三維建模、應力分析等，提升設計創新能力。（四）圖樣表達熟練掌握三維設計軟件的操作，能夠準確繪制和表達三維模型的結構和細節。學會使用技術圖樣進行設計和交流，包括二維圖紙和三維模型文件，提高圖樣表達能力。（五）物化能力能夠將設計意圖轉化為具體的三維模型，并通過切片處理準備打印。了解并掌握三維打印設備的操作流程和注意事項，能夠獨立完成三維模型的打印和后期處理。六、大單元教學重點三維設計軟件的操作與應用：教授學生如何使用三維設計軟件（如SolidWorks、AutoCAD、SketchUp等）進行草圖繪制、三維建模和渲染等操作，使學生能夠熟練掌握軟件的基本功能和操作技巧。三維模型的設計與優化：引導學生理解三維模型設計的基本原則和方法，包括結構穩定性、材料選擇、制造工藝等方面的考慮。通過案例分析和實操練習，培養學生的設計思維和優化能力。組合模型的設計與切片處理：教授學生如何將多個獨立的三維模型組合成一個完整的項目，并進行切片處理以準備打印。此過程中，學生需要掌握模型裝配、約束設置、切片參數調整等關鍵技術。三維打印技術的應用與實踐：介紹三維打印技術的原理、設備和材料，并引導學生進行實際操作。通過打印自己設計的三維模型，學生可以深入理解三維打印技術的工藝流程和應用價值。七、大單元教學難點如何將設計意圖準確轉化為三維模型：學生在設計過程中往往難以將抽象的想法具象化為具體的三維模型，需要教師通過示范、講解和實操練習等方式，幫助學生掌握建模技巧和設計思維。如何優化三維模型的結構和性能：在三維模型設計過程中，學生需要考慮結構穩定性、材料選擇、制造工藝等多種因素，這對學生的工程思維和綜合能力提出了較高要求。教師需要通過案例分析、小組討論等方式，引導學生深入理解這些因素對模型性能的影響，并學會進行優化設計。如何進行組合模型的裝配與約束設置：在組合模型設計過程中，學生需要掌握裝配原理、約束設置等關鍵技術，以確保模型的正確性和穩定性。這些操作具有一定的復雜性和技術性，需要學生通過反復練習和實踐來掌握。如何處理三維打印過程中的問題與故障：三維打印過程中可能會出現各種問題，如打印失敗、模型變形等。學生需要了解這些問題的原因和解決方法，并能夠在實踐中進行應對。這需要教師通過案例分析、實操演練等方式，培養學生的問題解決能力和實踐經驗。以下是一個基于上述教學重點和難點的教學案例設計，以“多功能手機支架”的設計為例：教學案例：多功能手機支架的設計與制造教學目標：掌握三維設計軟件的基本操作，能夠繪制出多功能手機支架的三維模型。理解三維模型設計的基本原則和方法，能夠對手機支架模型進行優化設計。學會將多個獨立的三維模型組合成一個完整的項目，并進行切片處理以準備打印。了解三維打印技術的原理和設備操作，能夠獨立完成手機支架的打印和后期處理。教學過程：引入課題：通過展示市場上常見的手機支架產品，引導學生思考如何設計一款具有創新性和實用性的多功能手機支架。三維設計軟件教學：教授學生使用三維設計軟件（如SolidWorks）進行草圖繪制、三維建模和渲染等操作。通過實例演示和實操練習，使學生掌握軟件的基本功能和操作技巧。手機支架模型設計：引導學生根據設計需求，繪制出手機支架的三維模型。在此過程中，重點講解三維模型設計的基本原則和方法，如結構穩定性、材料選擇、制造工藝等。鼓勵學生發揮創意，設計出具有獨特功能和外觀的手機支架。模型優化與裝配：對初步設計的手機支架模型進行優化處理，確保結構的穩定性和材料的合理性。然后，將多個獨立的三維模型組合成一個完整的項目，并設置適當的約束以確保模型的正確性和穩定性。切片處理與打印：將優化后的手機支架模型進行切片處理，準備打印。在此過程中，介紹三維打印技術的原理和設備操作，并引導學生進行實操練習。打印完成后，對手機支架進行后期處理，如去除支撐結構、打磨表面等。展示與評價：組織學生展示自己的設計作品，并進行相互評價。評價內容包括模型的創意性、實用性、結構穩定性以及打印質量等方面。通過評價活動，鼓勵學生相互學習、共同進步。教學反思：在本次教學活動中，學生積極參與、認真操作，基本掌握了三維設計軟件的操作技巧和三維模型設計的方法。通過實踐操作和案例分析，學生對三維打印技術有了更深入的了解和認識。部分學生在模型優化和裝配過程中仍存在一定的困難，需要在后續教學中加強指導和練習。對于三維打印設備的操作和后期處理等方面的教學也需要進一步完善和提高。八、大單元整體教學思路教學目標設定本大單元的教學目標是基于《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》第三章《三維模型設計》的教學內容，旨在通過實踐活動，全面提升學生的通用技術核心素養，包括技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達和物化能力。（一）技術意識理解三維設計與制造的價值：學生能夠認識到三維設計與制造技術在現代工業生產、日常生活及創新創造中的重要性，理解其對經濟社會發展、科技進步的推動作用。培養技術敏感性：培養學生對三維設計與制造相關技術的興趣，關注三維打印技術的發展動態，形成對新技術、新工藝的敏銳洞察力。樹立技術倫理觀念：在三維設計與制造過程中，學生能夠考慮到材料選擇、能源消耗、環境影響等因素，形成可持續發展的技術倫理觀念。（二）工程思維系統分析與設計能力：學生能夠通過系統分析的方法，明確三維設計的需求和目標，設計出符合功能、結構、美學等多方面要求的三維模型。邏輯思維與問題解決能力：在三維設計與制造過程中，學生能夠運用邏輯思維，分析問題、拆解任務、制定解決方案，并逐步優化設計方案。項目管理與團隊協作能力：學生能夠有效地管理三維設計與制造項目的時間、資源和進度，同時能夠與團隊成員有效溝通、協作，共同完成復雜的三維設計與制造任務。（三）創新設計創新思維培養：鼓勵學生發揮想象力，打破常規思維束縛，提出具有創新性的三維設計思路和解決方案。設計美學素養：培養學生的審美能力和設計美學素養，使設計出的三維模型不僅滿足功能需求，還具備良好的視覺效果和用戶體驗。跨學科融合能力：引導學生將數學、物理、計算機科學等其他學科知識融入三維設計中，實現跨學科知識的融合與創新。（四）圖樣表達二維與三維圖樣繪制能力：學生能夠熟練掌握二維和三維圖樣繪制軟件，準確、清晰地表達三維設計的構思和細節。圖樣規范與標準意識：了解并遵守三維設計與制造領域的圖樣繪制規范與標準，確保設計圖樣的可讀性和實用性。技術交流能力：通過圖樣表達，學生能夠有效地與團隊成員、工程師、制造商等溝通設計意圖和技術要求，促進技術合作的順利進行。（五）物化能力三維打印技術操作能力：學生能夠熟練操作三維打印機，掌握三維打印材料的特性、打印參數的設置及后處理方法。模型制作與調試能力：根據三維設計圖樣，學生能夠制作出符合設計要求的三維模型，并對模型進行調試和優化，確保其功能和性能達到預期目標。技術迭代與創新能力：在三維模型制作與調試過程中，學生能夠不斷總結經驗教訓，進行技術迭代和創新，提升三維設計與制造的整體水平。一、教學內容整合本大單元的教學內容圍繞《產品三維設計與制造》第三章《三維模型設計》展開，具體包括簡單模型設計、模型測試與優化、組合模型設計與切片等三個主要環節。通過這三個環節的教學，學生將全面掌握三維模型設計的基本流程、方法和技能。（一）簡單模型設計教學目標：使學生掌握三維設計軟件的基本操作，包括界面布局、工具欄使用、草圖繪制、特征工具應用等；能夠獨立完成簡單三維模型的設計。教學內容：介紹三維設計軟件的基本功能和操作界面；通過實例演示，教授草圖繪制、拉伸、旋轉、放樣、掃掠等特征工具的使用方法；引導學生設計簡單的三維模型，如圓柱體、圓錐體、圓臺、內六角扳手等。（二）模型測試與優化教學目標：培養學生的模型測試與優化能力，使其能夠通過仿真分析、實驗測試等手段驗證模型設計的合理性和可行性，并根據測試結果對模型進行優化。教學內容：介紹三維模型測試的方法與工具，如應力分析、運動仿真等；通過實例演示，教授如何對三維模型進行仿真分析，并根據分析結果對模型進行優化；引導學生對設計的三維模型進行測試與優化，如調整結構尺寸、改進材料選擇等。（三）組合模型設計與切片教學目標：使學生掌握組合模型的設計方法，能夠合理地將多個簡單模型組合成一個復雜的整體模型；掌握三維模型的切片處理技術，為三維打印做好準備。教學內容：介紹組合模型設計的基本原則和技巧，如零件間的配合關系、裝配順序等；通過實例演示，教授如何將多個簡單模型組合成一個整體模型，并進行渲染和裝配；引導學生對組合模型進行切片處理，設置合理的打印參數，生成打印機可識別的Gcode文件。二、教學重難點分析（一）教學重點三維設計軟件的操作與應用：掌握三維設計軟件的基本操作方法和常用工具的使用，能夠獨立完成三維模型的設計。模型測試與優化方法：了解并掌握三維模型的測試方法與工具，能夠根據測試結果對模型進行優化，提高模型的合理性和可行性。組合模型設計與切片處理：掌握組合模型的設計原則和技巧，能夠進行復雜模型的設計；掌握三維模型的切片處理方法，為三維打印做好準備。（二）教學難點復雜模型的設計與優化：對于結構復雜、功能多樣的三維模型，如何合理地進行設計和優化是一個難點。學生需要具備較強的空間想象能力、系統分析能力和創新思維。三維打印材料的選擇與打印參數的設置：不同的三維打印材料具有不同的物理和化學性質，對打印參數的要求也不同。學生需要根據實際情況選擇合適的打印材料和參數，以確保打印質量。三維打印過程中的問題解決：在三維打印過程中，可能會出現各種意外情況，如打印失敗、模型變形等。學生需要具備較強的問題解決能力和應變能力，能夠及時排除故障并調整打印參數。三、教學策略與方法（一）項目式學習采用項目式學習的方法，將三維模型設計與制造的任務分解為若干個具體項目，每個項目圍繞一個具體的設計任務展開。通過項目實施，使學生能夠系統地掌握三維模型設計與制造的全過程，提高解決實際問題的能力。（二）案例教學通過引入典型的三維設計與制造案例，引導學生分析案例中的設計思路、技術難點和解決方案，從而加深對三維設計與制造技術的理解和掌握。（三）實踐操作強調實踐操作的重要性，通過大量的實踐操作使學生熟練掌握三維設計軟件的操作方法和三維打印技術。在實踐操作中，注重培養學生的動手能力和解決問題的能力。（四）小組合作鼓勵學生組成學習小組，共同完成三維設計與制造的任務。通過小組合作，培養學生的團隊協作能力、溝通能力和創新思維。（五）反思與迭代在項目實施過程中，注重引導學生進行反思和總結，及時發現和解決問題。鼓勵學生進行技術迭代和創新，不斷提高三維設計與制造的水平。四、學業評價（一）評價原則全面性：評價應涵蓋三維模型設計與制造的全過程，包括設計思路、設計方案、設計過程、設計成果等多個方面。客觀性：評價應基于客觀的事實和數據，避免主觀臆斷和偏見。公正性：評價應公正無私，對所有學生一視同仁，不偏袒、不歧視。發展性：評價應注重學生的發展和進步，鼓勵學生在評價過程中不斷提高自己的三維設計與制造能力。（二）評價方式自評與互評：鼓勵學生進行自我評價和相互評價，通過自評和互評的方式發現自己的優點和不足，促進自我反思和改進。教師評價：教師應根據學生的設計成果、實踐操作能力、團隊協作能力等方面進行評價，給予針對性的指導和建議。項目評價：通過項目實施的情況來評價學生的三維設計與制造能力，包括項目完成的質量、效率、創新性等方面。（三）評價內容設計思路：評價學生的設計思路是否清晰、合理，是否符合設計要求。設計方案：評價學生的設計方案是否可行、創新，是否考慮到材料、結構、功能等多方面的因素。設計過程：評價學生在設計過程中的操作規范性、問題解決能力和創新思維等方面。設計成果：評價學生的設計成果是否符合設計要求，是否具有實用性、美觀性和創新性。實踐能力：評價學生的三維設計軟件操作能力、三維打印技術掌握程度以及問題解決能力等方面。團隊協作能力：評價學生在小組合作中的表現，包括溝通能力、協作精神和領導能力等方面。五、教學實施步驟（一）導入新課（1課時）創設情境：通過展示三維打印技術的應用實例，如醫療器械、航空航天部件、藝術品等，激發學生的學習興趣和好奇心。明確目標：向學生介紹本大單元的學習目標和教學內容，使學生對本大單元的學習有一個整體的認識。（二）簡單模型設計（4課時）第1課時：介紹三維設計軟件的基本功能和操作界面，引導學生熟悉軟件環境。第2-3課時：通過實例演示和學生實踐相結合的方式，教授草圖繪制、拉伸、旋轉、放樣、掃掠等特征工具的使用方法。第4課時：引導學生設計簡單的三維模型，如圓柱體、圓錐體、圓臺、內六角扳手等，并進行展示和評價。（三）模型測試與優化（4課時）第1-2課時：介紹三維模型測試的方法與工具，如應力分析、運動仿真等，并通過實例演示如何進行模型測試。第3-4課時：引導學生對設計的三維模型進行測試與優化，調整結構尺寸、改進材料選擇等，并根據測試結果進行修改和完善。（四）組合模型設計與切片（6課時）第1-2課時：介紹組合模型設計的基本原則和技巧，如零件間的配合關系、裝配順序等。第3-4課時：引導學生將多個簡單模型組合成一個整體模型，并進行渲染和裝配。鼓勵學生發揮創意，設計出具有創新性的組合模型。第5-6課時：教授三維模型的切片處理方法，引導學生設置合理的打印參數，生成打印機可識別的Gcode文件。進行三維打印實踐操作，體驗三維打印技術的魅力。（五）項目總結與評價（2課時）第1課時：組織學生進行項目總結，分享學習心得和體會。鼓勵學生提出在學習過程中遇到的問題和困惑，共同探討解決方案。第2課時：對學生的設計成果進行展示和評價。采用自評、互評和教師評價相結合的方式，全面、客觀地評價學生的三維設計與制造能力。給予針對性的指導和建議，促進學生不斷進步和提高。六、教學資源與環境（一）教學資源三維設計軟件：如SolidWorks、UG、3DsMax等，用于三維模型的設計與優化。三維打印機：用于三維模型的打印制作。教學案例與素材：包括典型的三維設計與制造案例、設計圖紙、操作視頻等，用于輔助教學。網絡學習資源：提供相關的學習網站、論壇、視頻教程等網絡資源，供學生自主學習和拓展知識。（二）教學環境三維設計實驗室：配備高性能計算機和三維設計軟件，滿足學生進行三維設計的需求。三維打印室：配備多臺三維打印機和相關耗材，供學生進行三維打印實踐操作。小組討論區：設置多個小組討論區，便于學生進行小組合作學習和交流。展示區：用于展示學生的設計成果和優秀作品，激發學生的學習熱情和創作靈感。通過以上教學思路的實施，旨在全面提升學生的通用技術核心素養，培養其成為具有創新精神和實踐能力的新時代人才。九、學業評價一、學業評價概述學業評價是檢驗學生學習成效的重要手段，對于促進學生學習和發展具有重要意義。根據《普通高中通用技術課程標準（2017年版2020年修訂）》的要求，學業評價應全面反映學生的學科核心素養發展情況，包括技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達和物化能力等方面。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》第三章《三維模型設計》的教學內容，以下是對該章節的學業評價設計。二、教學目標（一）技術意識學生能夠認識到三維模型設計在產品設計、制造及工程應用中的重要性，理解三維模型設計對提升產品性能和質量的作用。學生能夠分析三維模型設計對環境保護、資源節約等方面的影響，形成可持續發展的技術意識。（二）工程思維學生能夠運用系統分析的方法，對三維模型設計進行整體規劃，考慮結構、材料、工藝等因素對模型性能的影響。學生能夠通過模擬和簡易建模等方法，對三維模型進行優化設計，提高模型的實用性和經濟性。（三）創新設計學生能夠基于實際需求，提出創新性的三維模型設計方案，解決產品設計中的難點問題。學生能夠運用多種設計思維和技法，對三維模型進行改進和優化，提高產品的市場競爭力。（四）圖樣表達學生能夠熟練運用三維設計軟件，繪制準確、規范的三維模型圖樣，表達設計構想。學生能夠將三維模型圖樣轉化為二維機械加工圖，為產品制造提供準確的技術依據。（五）物化能力學生能夠根據三維模型圖樣，選擇合適的材料和工藝，進行產品原型制作。學生能夠運用三維打印等技術手段，將三維模型物化實現，并對產品進行測試和優化。三、學習目標（一）簡單模型設計了解三維設計軟件界面各按鈕的功能，掌握草圖繪制的基本方法。能夠運用拉伸、旋轉、掃掠、放樣等特征工具，將二維草圖轉換成三維數字模型。能夠將三維數字模型導出為常見的文件格式，如STL、OBJ等。（二）模型測試與優化掌握模型測試的基本方法，能夠對三維數字模型進行應力分析、運動仿真等測試。能夠根據測試結果，對三維數字模型進行優化設計，提高模型的性能和質量。能夠將優化后的三維數字模型導出為二維機械加工圖，為產品制造提供技術支持。（三）組合模型設計與切片了解組合模型設計的基本原則和方法，能夠設計具有復雜結構的組合模型。掌握模型裝配的基本流程，能夠對組合模型進行精確的裝配和調整。熟悉切片軟件的使用，能夠將三維數字模型切片處理，生成適用于三維打印機的Gcode文件。四、評價目標設定（一）技術意識評價要點：學生對三維模型設計在產品設計中的重要性認識程度，以及對環境保護、資源節約等方面的考慮。評價方式：通過課堂討論、問卷調查等方式，收集學生對三維模型設計的認識和看法；通過案例分析，評估學生對三維模型設計對環境保護、資源節約等方面的影響理解程度。（二）工程思維評價要點：學生運用系統分析方法進行三維模型設計的能力，以及對結構、材料、工藝等因素的綜合考慮。評價方式：通過觀察學生在設計過程中的表現，評估其系統分析能力和整體規劃能力；通過作品展示和評審，評估學生對結構、材料、工藝等因素的考慮程度和優化設計能力。（三）創新設計評價要點：學生提出創新性三維模型設計方案的能力，以及運用多種設計思維和技法對模型進行改進和優化的能力。評價方式：通過創意提案、設計競賽等方式，鼓勵學生提出創新性的設計方案；通過作品展示和評審，評估學生對設計思維和技法的運用程度和改進優化能力。（四）圖樣表達評價要點：學生繪制三維模型圖樣的準確性和規范性，以及將三維模型圖樣轉化為二維機械加工圖的能力。評價方式：通過作業提交和課堂展示等方式，收集學生的三維模型圖樣和二維機械加工圖；通過圖樣評審和討論，評估學生的圖樣表達能力和技術依據的準確性。（五）物化能力評價要點：學生根據三維模型圖樣進行產品原型制作的能力，以及運用三維打印等技術手段將三維模型物化實現的能力。評價方式：通過實物制作和展示等方式，評估學生的物化實現能力和產品質量；通過測試報告和現場演示等方式，評估學生對三維打印等技術手段的運用程度和優化能力。五、學業評價設計（一）過程性評價課堂參與度：觀察學生在課堂上的表現，包括提問、回答、討論等環節的參與度，評估其對三維模型設計內容的理解和興趣程度。作業完成情況：定期檢查學生的作業完成情況，包括草圖繪制、三維模型設計、二維機械加工圖繪制等，評估其圖樣表達能力和物化能力。小組討論與合作：組織學生進行小組討論和合作設計，評估其在團隊中的協作能力和創新思維。（二）項目式評價設計項目：要求學生完成一個具體的三維模型設計項目，包括需求分析、方案設計、模型構建、測試優化等環節。通過項目報告和實物展示等方式進行評價。創新提案：鼓勵學生提出創新性的三維模型設計方案，包括新產品設計、現有產品改進等。通過創意提案和評審會等方式進行評價。技能競賽：組織學生參加三維模型設計技能競賽，包括建模速度、精度、創意等方面。通過競賽成績和獲獎情況進行評價。（三）總結性評價期末考試：設計期末考試試卷，包括選擇題、判斷題、簡答題、設計題等題型，全面考察學生對三維模型設計知識的掌握程度和應用能力。作品展示與評審：組織學生進行三維模型設計作品展示和評審會，邀請校內外專家、教師、學生代表等參與評審。通過作品質量、創意性、實用性等方面進行評價。自我反思與改進：要求學生撰寫自我反思報告，總結本學期在三維模型設計學習中的收獲與不足，并提出改進措施。通過報告內容和質量進行評價。六、學業評價實施建議注重過程性評價與總結性評價相結合：在注重總結性評價的同時，也要重視過程性評價的實施。通過課堂觀察、作業檢查、小組討論等方式及時了解學生的學習情況并給予反饋和指導。鼓勵創新與實踐：在學業評價中要注重培養學生的創新能力和實踐能力。通過設計項目、創新提案、技能競賽等方式激發學生的學習興趣和創造力。多元化評價方式：采用多元化的評價方式對學生進行全面評價。除了傳統的筆試外還可以采用實物制作、現場演示、口頭報告等方式進行評價。強化反饋與指導：在評價過程中要注重對學生的反饋與指導。及時發現學生在學習過程中存在的問題并給予針對性的指導和幫助促進其全面發展。通過以上學業評價設計旨在全面反映學生在三維模型設計學習過程中的核心素養發展情況為其后續學習和職業發展奠定堅實基礎。同時也有助于教師及時了解學生的學習情況調整教學策略提高教學質量。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》第三章《三維模型設計》的教學內容，本大單元的實施思路將從以下幾個方面展開：情境創設與項目引入：通過展示三維打印技術在現實生活中的應用案例，如醫療器械、建筑設計、藝術品復制等，激發學生的學習興趣和探究欲望。引入一個貼近學生生活的實際項目，如設計并制造一個個性化的手機支架，讓學生明確學習目標和實踐任務。知識與技能鋪墊：回顧二維設計基礎，包括草圖繪制、尺寸標注等基本技能。介紹三維設計軟件的基本界面和常用工具，為后續的三維建模打下基礎。分步教學與實踐操作：將大單元內容分為簡單模型設計、模型測試與優化、組合模型設計與切片三個小單元，每個小單元逐步深入，層層遞進。在每個小單元中，先通過教師演示和講解，讓學生掌握基本的方法和步驟，然后學生通過實踐操作進行鞏固和深化。項目驅動與自主學習：以項目為主線，貫穿整個大單元的教學過程，讓學生在實際操作中學習和掌握知識。鼓勵學生自主學習和探究，通過查閱資料、小組討論等方式解決遇到的問題。評價反饋與持續改進：建立多元化的評價體系，包括學生自評、互評和教師評價，及時反饋學生的學習情況。根據評價結果，及時調整教學策略和方法，持續改進教學效果。總結提升與拓展應用：在大單元結束時，組織學生進行成果展示和交流，分享學習心得和體會。引導學生將所學知識應用到實際生活中，拓展三維設計與制造技術的應用領域。2.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）》，本大單元的教學目標設定如下：（一）技術意識學生能夠認識到三維設計與制造技術在現代社會中的重要性和廣泛應用。學生能夠形成對三維設計與制造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。（二）工程思維學生能夠運用系統分析的方法，對三維設計模型進行結構、流程、系統和控制等方面的分析。學生能夠在設計過程中考慮材料、工藝、成本等因素，進行方案的優化和決策。（三）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。（四）圖樣表達學生能夠識讀和繪制三維設計圖樣，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。（五）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。3.教學結構圖產品三維設計與制造|++||簡單模型設計模型測試與優化組合模型設計與切片|||草圖繪制拉伸/旋轉/放樣/掃掠邊界條件設置應力分析模型渲染裝配設計切片設置||||二維到三維測試方案制定材料選擇零件設計參數配置||||模型優化數據分析工藝選擇裝配約束生成Gcode||||模型完善報告撰寫成本估算干涉檢查打印準備4.具體教學實施步驟（一）簡單模型設計（2課時）第一課時：草圖繪制與三維建模基礎引入：展示三維打印技術的應用案例，激發學生的學習興趣。新知講授：介紹三維設計軟件的基本界面和常用工具。演示草圖繪制的基本步驟和技巧。實踐操作：學生在三維設計軟件中繪制簡單的草圖，如矩形、圓形等。教師巡回指導，及時解決學生遇到的問題。第二課時：拉伸/旋轉/放樣/掃掠特征應用新知講授：講解拉伸、旋轉、放樣、掃掠等三維建模特征的應用。演示如何將這些特征應用到實際模型中。實踐操作：學生選擇一種特征，嘗試設計一個簡單的三維模型，如圓柱體、圓錐體等。教師對學生的設計進行點評和指導。（二）模型測試與優化（2課時）第三課時：模型測試與邊界條件設置新知講授：介紹模型測試的重要性和方法。演示如何在三維設計軟件中設置邊界條件。實踐操作：學生為自己的模型設置合適的邊界條件，并進行初步的測試。記錄測試結果，分析可能存在的問題。第四課時：應力分析與模型優化新知講授：講解應力分析的基本原理和步驟。演示如何根據應力分析結果優化模型設計。實踐操作：學生對自己的模型進行應力分析，找出應力集中的區域。根據分析結果對模型進行優化設計，如增加加強筋、調整壁厚等。（三）組合模型設計與切片（4課時）第五課時：組合模型設計與裝配新知講授：介紹組合模型設計的基本思路和方法。演示如何在三維設計軟件中進行零件裝配。實踐操作：學生分組設計一個組合模型，如機器人、玩具車等。在三維設計軟件中進行零件的裝配和調整。第六課時：模型渲染與材質設置新知講授：介紹模型渲染的基本步驟和技巧。演示如何為模型設置合適的材質和紋理。實踐操作：學生對自己的組合模型進行渲染和材質設置，提升視覺效果。分享和展示各自的設計成果。第七課時：切片設置與打印準備新知講授：介紹切片軟件的基本功能和操作步驟。演示如何設置切片參數，生成打印文件。實踐操作：學生在切片軟件中導入自己的三維模型，進行切片設置。生成打印文件，并檢查文件的完整性和正確性。第八課時：打印與后期處理實踐操作：學生將打印文件傳輸到三維打印機，進行模型打印。打印完成后，進行模型的清理和后期處理，如去除支撐結構、打磨表面等。總結評價：組織學生進行成果展示和交流，分享學習心得和體會。教師對學生的學習情況進行總結評價，提出改進建議。十一、大情境、大任務創設在《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《第三章三維模型設計》教學內容，我們精心設計了一個大情境與大任務，旨在通過一系列實踐活動，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。一、教學目標設定（一）技術意識感知技術價值：學生能夠深刻感知三維模型設計在現代產品設計與制造中的重要性，理解三維打印技術對傳統制造業的革新作用。理性認識技術：通過實踐活動，學生能夠形成對三維打印技術的積極態度和理性認識，認識到該技術在未來社會發展和個人職業發展中的潛在價值。（二）工程思維系統分析：學生能夠運用系統分析的方法，對三維模型設計項目進行整體規劃，考慮產品結構、材料選擇、制造工藝等多方面的因素。比較權衡：在設計過程中，學生能夠比較不同設計方案的優缺點，權衡各種因素，做出合理的決策，優化產品設計。（三）創新設計創新構思：學生能夠基于實際需求和問題情境，提出創新性的三維模型設計方案，滿足用戶的特定需求。綜合應用：學生能夠綜合運用多學科知識，將創新構思轉化為具體的設計方案，展現獨特的設計思維和創造力。（四）圖樣表達準確表達：學生能夠運用三維設計軟件，準確繪制三維模型的設計圖樣，清晰表達設計構想。技術交流：通過圖樣表達，學生能夠與他人有效溝通設計意圖，促進團隊協作和技術交流。（五）物化能力選擇合適的材料與工具：學生能夠根據設計方案，選擇合適的材料和工具，進行三維模型的成型制作和裝配。動手實踐：通過實際操作，學生能夠獨立完成三維模型的打印、后期處理和組裝工作，提高動手實踐能力。二、大情境設計（一）情境背景隨著科技的飛速發展，三維打印技術已經廣泛應用于各個領域，從航空航天到醫療健康，從汽車制造到文化創意產業，三維打印技術正在改變著我們的生活方式和生產方式。為了讓學生更深入地了解三維打印技術，我們設計了一個以“未來智能家居產品設計”為主題的大情境，旨在通過實踐活動，培養學生的三維模型設計與制造能力。（二）情境任務在這個大情境中，學生將扮演智能家居產品設計師的角色，負責設計并制造一款具有創新性和實用性的智能家居產品。具體任務如下：市場調研：學生需要對當前智能家居市場進行調研，了解市場需求、用戶偏好以及競爭對手的產品特點。需求分析：基于市場調研結果，學生需要明確產品的目標用戶群體、功能需求、性能要求等關鍵信息。方案設計：學生需要運用三維設計軟件，設計出一款符合市場需求和用戶需求的智能家居產品，并繪制詳細的設計圖樣。模型制作：學生需要使用三維打印技術，將設計方案轉化為實體模型，并進行后期處理和組裝。測試優化：對制作完成的智能家居產品進行功能測試和性能評估，根據測試結果對設計方案進行優化和改進。三、大任務分解（一）第一階段：市場調研與需求分析（1課時）活動內容：分組進行市場調研，收集智能家居產品的相關信息。分析市場需求、用戶偏好以及競爭對手的產品特點。明確產品的目標用戶群體、功能需求、性能要求等關鍵信息。設計意圖：培養學生的市場敏感度和用戶意識。為后續的產品設計提供方向和依據。（二）第二階段：方案設計（4課時）活動內容：學習三維設計軟件的基本操作，掌握設計圖樣的繪制方法。基于市場調研和需求分析的結果，設計一款具有創新性和實用性的智能家居產品。繪制詳細的設計圖樣，包括產品的結構、外觀、尺寸等信息。設計意圖：培養學生的創新設計能力和圖樣表達能力。為后續的模型制作提供基礎。（三）第三階段：模型制作（6課時）活動內容：學習三維打印技術的基本原理和操作流程。選擇合適的材料和工具，進行三維模型的打印工作。對打印完成的模型進行后期處理和組裝工作，如去除支撐結構、打磨、上色等。設計意圖：培養學生的物化能力和動手實踐能力。讓學生親身體驗三維打印技術的魅力和應用價值。（四）第四階段：測試優化（2課時）活動內容：對制作完成的智能家居產品進行功能測試和性能評估。根據測試結果對設計方案進行優化和改進。撰寫測試報告和總結報告，記錄測試過程和優化結果。設計意圖：培養學生的問題解決能力和工程思維能力。讓學生意識到產品設計和制造是一個不斷迭代和優化的過程。（五）第五階段：成果展示與評價（2課時）活動內容：分組進行成果展示，介紹產品的設計思路、制作過程和測試結果。進行自評、互評和教師評價，對學生的學習成果進行全面評價。總結學習經驗和教訓，提出改進建議和未來發展方向。設計意圖：培養學生的溝通能力和團隊協作精神。讓學生認識到自我反思和總結的重要性。四、教學實施建議創設情境：通過展示三維打印技術的應用實例和智能家居產品的創新設計案例，激發學生的學習興趣和探究欲望。項目驅動：以“未來智能家居產品設計”為大任務，貫穿整個教學過程，讓學生在實踐中學習和掌握知識。自主探究：鼓勵學生自主學習和探究，通過查閱資料、小組討論等方式解決遇到的問題。多元評價：建立多元化的評價體系，包括學生自評、互評和教師評價，及時反饋學生的學習情況，調整教學策略和方法。注重實踐：強調動手實踐的重要性，讓學生在實踐中加深對三維打印技術和智能家居產品設計的理解。通過以上大情境和大任務的創設與實施，學生將全面掌握三維模型設計與制造的基本流程和方法，培養技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達和物化能力等核心素養。通過實踐活動和成果展示，學生的團隊協作能力、溝通能力和解決問題的能力也將得到顯著提高。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——三維模型設計課時設計：第1課時：簡單模型設計——草圖繪制與三維建模基礎第2課時：簡單模型設計——拉伸/旋轉/放樣/掃掠特征應用第3課時：模型測試與優化——模型測試與邊界條件設置第4課時：模型測試與優化——應力分析與模型優化第5課時：組合模型設計與切片——組合模型設計與裝配第6課時：組合模型設計與切片——模型渲染與材質設置第7課時：組合模型設計與切片——切片設置與打印準備第8課時：組合模型設計與切片——打印與后期處理（二）學習目標根據《普通高中通用技術課程標準（2017年版2020年修訂）》和本單元的教學內容，設定以下學習目標：技術意識學生能夠認識到三維設計與制造技術在現代社會中的重要性和廣泛應用。學生能夠形成對三維設計與制造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的方法，對三維設計模型進行結構、流程、系統和控制等方面的分析。學生能夠在設計過程中考慮材料、工藝、成本等因素，進行方案的優化和決策。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。圖樣表達學生能夠識讀和繪制三維設計圖樣，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。（三）評價任務過程性評價：通過觀察學生在課堂上的參與度、合作情況、實踐操作能力等方面進行評價。作品評價：對學生的三維設計模型、二維機械加工圖、三維打印作品等進行綜合評價。自我評價與互評：學生根據評價標準進行自我評價和相互評價，培養批判性思維和自我反思能力。知識測試：通過課堂小測驗、作業等方式檢驗學生對三維設計軟件操作、三維建模原理等知識的掌握情況。（四）學習過程第1課時：簡單模型設計——草圖繪制與三維建模基礎新知講授：展示三維打印技術的應用案例，激發學生興趣。介紹三維設計軟件的基本界面和常用工具。演示草圖繪制的基本步驟和技巧。實踐操作：學生在三維設計軟件中繪制簡單的草圖，如矩形、圓形等。教師巡回指導，及時解決學生遇到的問題。評價任務：觀察學生的草圖繪制情況，評價其準確性和規范性。第2課時：簡單模型設計——拉伸/旋轉/放樣/掃掠特征應用新知講授：講解拉伸、旋轉、放樣、掃掠等三維建模特征的應用。演示如何將這些特征應用到實際模型中。實踐操作：學生選擇一種特征，嘗試設計一個簡單的三維模型，如圓柱體、圓錐體等。教師對學生的設計進行點評和指導。評價任務：評價學生的三維模型設計是否合理、美觀，特征應用是否準確。第3課時：模型測試與優化——模型測試與邊界條件設置新知講授：介紹模型測試的重要性和方法。演示如何在三維設計軟件中設置邊界條件。實踐操作：學生為自己的模型設置合適的邊界條件，并進行初步的測試。記錄測試結果，分析可能存在的問題。評價任務：評價學生的模型測試方法是否正確，邊界條件設置是否合理。第4課時：模型測試與優化——應力分析與模型優化新知講授：講解應力分析的基本原理和步驟。演示如何根據應力分析結果優化模型設計。實踐操作：學生對自己的模型進行應力分析，找出應力集中的區域。根據分析結果對模型進行優化設計。評價任務：評價學生的應力分析結果是否準確，模型優化是否合理有效。第5課時：組合模型設計與切片——組合模型設計與裝配新知講授：介紹組合模型設計的基本思路和方法。演示如何在三維設計軟件中進行零件裝配。實踐操作：學生分組設計一個組合模型，如機器人、玩具車等。在三維設計軟件中進行零件的裝配和調整。評價任務：評價學生的組合模型設計是否合理、創新，裝配是否準確無誤。第6課時：組合模型設計與切片——模型渲染與材質設置新知講授：介紹模型渲染的基本步驟和技巧。演示如何為模型設置合適的材質和紋理。實踐操作：學生對自己的組合模型進行渲染和材質設置，提升視覺效果。分享和展示各自的設計成果。評價任務：評價學生的模型渲染效果是否美觀逼真，材質設置是否恰當。第7課時：組合模型設計與切片——切片設置與打印準備新知講授：介紹切片軟件的基本功能和操作步驟。演示如何設置切片參數，生成打印文件。實踐操作：學生在切片軟件中導入自己的三維模型，進行切片設置。生成打印文件，并檢查文件的完整性和正確性。評價任務：評價學生的切片設置是否合理準確，打印文件是否完整無誤。第8課時：組合模型設計與切片——打印與后期處理實踐操作：學生將打印文件傳輸到三維打印機，進行模型打印。打印完成后，進行模型的清理和后期處理，如去除支撐結構、打磨表面等。總結評價：組織學生進行成果展示和交流，分享學習心得和體會。教師對學生的學習情況進行總結評價，提出改進建議。（五）作業與檢測作業：完成課后習題，鞏固課堂所學知識。設計一個簡單的三維模型，并撰寫設計報告。檢測：課堂小測驗：檢驗學生對三維設計軟件操作、三維建模原理等知識的掌握情況。作品評價：對學生的三維設計模型、二維機械加工圖、三維打印作品等進行綜合評價。（六）學后反思引導學生反思在學習過程中遇到的問題和困難，以及如何克服這些問題。鼓勵學生分享自己的學習心得和體會，互相學習、共同進步。教師根據學生的反饋和反思，總結教學經驗，不斷優化教學方法和策略。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）》和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》第三章《三維模型設計》的教學內容，本學科實踐與跨學科學習設計旨在通過三維模型設計的實踐活動，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，同時促進學生在科學、數學、藝術等多個學科領域的綜合發展。學習目標技術意識：學生能夠認識到三維模型設計在現代制造業和創意設計領域的重要性，理解其對個人成長和社會發展的意義。學生能夠形成對三維模型設計的積極態度和評價，關注三維模型設計的前沿動態和技術發展趨勢。工程思維：學生能夠運用系統分析的方法，對三維模型設計進行結構、流程、系統和控制等方面的分析。學生能夠在設計過程中考慮材料、工藝、成本等因素，進行方案的優化和決策，確保設計的可行性和經濟性。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，提升設計的創意性和實用性。圖樣表達：學生能夠識讀和繪制三維設計圖樣，準確表達設計構想，使設計方案具有可讀性和可操作性。學生能夠運用計算機輔助設計軟件，高效、精準地完成三維模型的繪制和渲染。物化能力：學生能夠將三維模型設計轉化為實物，掌握三維打印等現代制造技術的基本流程和操作要點。學生能夠在制作過程中，對實物進行精細加工和調試，確保成品的質量和性能達到預期目標。作業目標設定技術意識：學生需完成一項關于三維模型設計在現實生活中的應用調研，撰寫調研報告，分析三維模型設計在不同領域的應用案例和效果。學生需關注三維模型設計的最新技術動態和發展趨勢，撰寫技術評論或綜述文章，表達自己的見解和看法。工程思維：學生需對設計的三維模型進行結構、流程、系統和控制等方面的分析，繪制系統流程圖和控制方框圖，展示設計思路和分析過程。學生需在設計過程中考慮材料、工藝、成本等因素，制定詳細的設計方案和優化策略，并提交設計報告和預算分析。創新設計：學生需完成一項創新性的三維模型設計任務，提出獨特的設計理念和創意點，繪制詳細的設計圖樣和說明文檔。學生需對設計方案進行多次迭代和優化，根據用戶反饋和市場調研結果，不斷調整和完善設計方案，提升設計的實用性和市場競爭力。圖樣表達：學生需使用計算機輔助設計軟件完成三維模型的繪制和渲染工作，提交高質量的三維模型文件和渲染效果圖。學生需對設計圖樣進行詳細的標注和說明，確保設計圖樣的可讀性和可操作性，為后續的制作和加工提供準確依據。物化能力：學生需將設計的三維模型轉化為實物樣品，掌握三維打印等現代制造技術的基本流程和操作要點，提交實物樣品和制作報告。學生需對實物樣品進行精細加工和調試工作，確保成品的質量和性能達到預期目標，并撰寫調試報告和總結反思。學科實踐與跨學科學習設計一、情境創設與項目引入活動1：三維模型設計應用案例展示內容：通過多媒體展示三維模型設計在醫療器械、建筑設計、藝術品復制等領域的應用案例，激發學生的學習興趣和探究欲望。目的：讓學生認識到三維模型設計在現代社會中的廣泛應用和重要價值，激發學習動力。活動2：設計任務發布內容：發布一項貼近學生生活的實際設計任務，如設計并制造一個個性化的手機支架。目的：讓學生明確學習目標和實踐任務，為后續的學習活動奠定基礎。二、知識與技能鋪墊活動3：二維設計基礎回顧內容：回顧二維設計的基礎知識，包括草圖繪制、尺寸標注等基本技能。目的：為后續的三維模型設計提供必要的知識和技能支持。活動4：三維設計軟件介紹內容：介紹三維設計軟件的基本界面和常用工具，如拉伸、旋轉、放樣、掃掠等特征應用。目的：讓學生掌握三維設計軟件的基本操作，為后續的三維模型設計打下基礎。三、分步教學與實踐操作（一）簡單模型設計（2課時）第一課時：草圖繪制與三維建模基礎新知講授：展示三維打印技術的應用案例，激發學生的學習興趣。介紹三維設計軟件的基本界面和常用工具。演示草圖繪制的基本步驟和技巧。實踐操作：學生在三維設計軟件中繪制簡單的草圖，如矩形、圓形等。教師巡回指導，及時解決學生遇到的問題。第二課時：拉伸/旋轉/放樣/掃掠特征應用新知講授：講解拉伸、旋轉、放樣、掃掠等三維建模特征的應用。演示如何將這些特征應用到實際模型中。實踐操作：學生選擇一種特征，嘗試設計一個簡單的三維模型，如圓柱體、圓錐體等。教師對學生的設計進行點評和指導。（二）模型測試與優化（2課時）第三課時：模型測試與邊界條件設置新知講授：介紹模型測試的重要性和方法。演示如何進行模型測試，包括結構穩定性、材料適應性等方面的測試。實踐操作：學生對自己設計的三維模型進行測試，記錄測試數據和結果。根據測試結果對模型進行優化和改進，調整結構、材料等參數。第四課時：方案優化與決策新知講授：介紹方案優化的基本原則和方法。演示如何根據測試結果和用戶需求對方案進行優化和決策。實踐操作：學生對自己的設計方案進行優化和決策，制定詳細的優化方案和決策依據。提交優化后的設計方案和決策報告。（三）組合模型設計與切片（2課時）第五課時：組合模型設計新知講授：介紹組合模型設計的基本原則和方法。演示如何將多個簡單模型組合成一個復雜的組合模型。實踐操作：學生選擇多個簡單模型進行組合設計，形成一個具有復雜結構和功能的組合模型。教師對學生的組合模型設計進行點評和指導。第六課時：模型切片與打印準備新知講授：介紹模型切片的基本原理和步驟。演示如何使用切片軟件進行模型切片和打印參數設置。實踐操作：學生對自己設計的組合模型進行切片處理，設置合適的打印參數。提交切片后的模型文件和打印參數設置報告。四、跨學科學習與實踐活動5：科學原理探究內容：結合物理學、材料科學等學科知識，探究三維模型設計中的科學原理和材料性能。目的：讓學生理解三維模型設計背后的科學原理和材料特性，提升跨學科整合能力。活動6：數學應用分析內容：運用數學知識對三維模型進行尺寸計算、比例分析等。目的：讓學生掌握數學在三維模型設計中的應用方法，提升數學應用能力。活動7：藝術創作融合內容：結合美術、設計等學科知識，對三維模型進行藝術加工和美化。目的：提升學生的審美能力和藝術創造力，使三維模型設計更具藝術性和觀賞性。五、成果展示與評價反饋活動8：成果展示內容：組織學生進行成果展示，包括三維模型設計圖樣、實物樣品、制作報告等。目的：讓學生展示自己的學習成果和實踐經驗，增強自信心和成就感。活動9：評價反饋內容：采用自評、互評和師評相結合的方式對學生的學習成果進行評價反饋。目的：讓學生了解自己的學習情況和不足之處，為后續的學習和改進提供依據。六、總結與反思活動10：學習總結內容：組織學生對本次學科實踐與跨學科學習進行總結回顧，梳理學習過程和成果。目的：讓學生鞏固所學知識和技能，提升學習效率和效果。活動11：反思與改進內容：引導學生對本次學科實踐與跨學科學習進行反思和改進，提出自己的不足之處和改進措施。目的：讓學生認識到自己的不足之處并制定改進措施，為今后的學習和實踐提供指導。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）》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》第三章《三維模型設計》的教學內容，本大單元的教學目標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等核心素養。具體目標如下：技術意識：學生能夠認識到三維設計與制造技術在現代社會中的重要性和廣泛應用。學生能夠形成對三維設計與制造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的方法，對三維設計模型進行結構、流程、系統和控制等方面的分析。學生能夠在設計過程中考慮材料、工藝、成本等因素，進行方案的優化和決策。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。圖樣表達：學生能夠識讀和繪制三維設計圖樣，準確表達設計構想。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。物化能力：學生能夠將三維設計模型通過三維打印技術轉化為實物產品。學生能夠對打印出的產品進行后期處理，確保產品的質量和實用性。二、作業目標設定根據本大單元的教學目標，結合《產品三維設計與制造》第三章《三維模型設計》的教學內容，設定以下作業目標：技術意識：學生通過設計和制造三維模型，加深對三維設計與制造技術的理解和應用。學生能夠分析和評價三維設計與制造技術在不同領域的應用案例，提升技術意識。工程思維：學生能夠運用系統分析的方法，對三維模型進行結構、材料、工藝等方面的分析和優化。學生能夠在設計過程中考慮成本、時間等因素，做出合理的決策。創新設計：學生能夠提出創新性的三維模型設計方案，滿足特定的功能需求和審美要求。學生能夠綜合運用多種創造技法，對設計方案進行改進和優化。圖樣表達：學生能夠繪制清晰、準確的三維設計圖樣，表達設計構想。學生能夠運用三維設計軟件，將設計圖樣轉化為三維數字模型。物化能力：學生能夠將三維數字模型通過三維打印技術轉化為實物產品。學生能夠對打印出的產品進行后期處理，確保產品的質量和實用性，并進行測試和評估。三、作業設計作業一：簡單模型設計與制作作業目標：培養學生的圖樣表達能力和物化能力。加深學生對三維設計軟件界面和常用工具的理解和應用。作業內容：選擇一個簡單的生活用品（如杯子、筆筒等），使用三維設計軟件繪制其三維數字模型。將繪制好的三維數字模型導出為STL文件，并使用三維打印機將其打印出來。對打印出的產品進行后期處理，如去除支撐結構、打磨表面等，確保產品的質量和實用性。評價標準：圖樣表達：設計圖樣清晰、準確，能夠準確表達設計構想。物化能力：打印出的產品質量良好，后期處理得當，符合設計要求。作業二：模型測試與優化作業目標：培養學生的工程思維和技術意識。提升學生分析問題和解決問題的能力。作業內容：對作業一中打印出的產品進行應力分析，找出應力集中的區域。根據應力分析結果，對三維數字模型進行優化設計，如增加加強筋、調整壁厚等。將優化后的三維數字模型重新導出為STL文件，并使用三維打印機打印出來。對優化后的產品進行測試和評估，比較優化前后的產品性能。評價標準：工程思維：能夠運用系統分析的方法對模型進行測試和優化。技術意識：能夠分析和評價不同設計方案的優缺點，提出合理的改進建議。作業三：組合模型設計與切片作業目標：培養學生的創新設計和圖樣表達能力。提升學生綜合運用三維設計軟件和三維打印技術的能力。作業內容：設計一個組合模型（如機器人、玩具車等），繪制其三維數字模型，并進行零件裝配。對組合模型進行渲染和材質設置，提升視覺效果。使用切片軟件對組合模型進行切片設置，生成打印文件。將打印文件傳輸到三維打印機，進行模型打印。對打印出的組合模型進行組裝和調試，確保各部件能夠正常工作。評價標準：創新設計：設計方案具有創新性，能夠滿足特定的功能需求和審美要求。圖樣表達：設計圖樣清晰、準確，能夠準確表達設計構想。物化能力：打印出的組合模型質量良好，組裝和調試順利，能夠正常工作。四、作業實施與評價作業實施作業布置：在每次課堂教學結束后，教師根據教學內容布置相應的作業任務，明確作業要求和評價標準。作業指導：學生在完成作業過程中，遇到問題可以隨時向教師請教或進行小組討論，教師提供必要的指導和幫助。作業提交：學生按時完成作業并提交給教師，教師可以通過班級群或學校平臺進行作業收集。作業評價自評與互評：學生完成作業后，首先進行自我評價，然后根據評價標準進行同學之間的互評。自評和互評的結果可以作為教師評價的參考。教師評價：教師根據評價標準對學生的作業進行認真評價，給出具體的評分和反饋意見。對于優秀的作業，可以在班級內進行展示和分享；對于存在問題的作業，及時指出問題并給出改進建議。反饋與改進：教師根據學生的作業完成情況，及時調整教學策略和方法，針對普遍存在的問題進行重點講解和訓練，幫助學生提升核心素養和綜合能力。通過以上大單元作業設計，學生將能夠在實踐中加深對三維設計與制造技術的理解和應用，提升技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達和物化能力等核心素養，為后續的學習和發展奠定堅實的基礎。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：學生能夠感知三維設計與制造技術的特點、應用價值及其對現代制造業和創意設計領域的重要性，形成對三維技術的積極態度和理性認識。通過實際案例的學習，學生能夠理解三維技術對個人成長和社會發展的積極影響。（二）工程思維目標描述：學生能夠運用系統分析的方法，對三維設計模型進行結構、流程、系統和控制等方面的分析，并在設計過程中綜合考慮材料、工藝、成本等因素，進行方案的優化和決策。（三）創新設計目標描述：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。能夠綜合運用多種創造技法，進行設計方案的改進和優化。（四）圖樣表達目標描述：學生能夠識讀和繪制三維設計圖樣，準確表達設計構想。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。（五）物化能力目標描述：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。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。二、作業目標設定（一）技術意識目標描述：學生能夠通過收集三維設計與制造技術的相關資料，進一步了解三維技術的最新發展和應用案例，加深對三維技術重要性的認識。（二）工程思維目標描述：學生能夠完成簡單的三維模型設計任務，并在設計過程中考慮材料、工藝、成本等因素，進行初步的方案優化。（三）創新設計目標描述：學生能夠提出至少一個創新性的設計方案，并嘗試將其轉化為三維模型。（四）圖樣表達目標描述：學生能夠繪制出清晰、準確的三維設計圖樣，并能夠使用三維設計軟件生成二維機械加工圖。（五）物化能力目標描述：學生能夠選擇合適的材料和工具，完成至少一個三維模型的成型制作，并進行簡單的后期處理。三、課程目標設定（一）技術意識目標描述：通過本單元的學習，學生能夠全面掌握三維設計與制造技術的特點和應用價值，形成對三維技術的深刻理解和積極態度。（二）工程思維目標描述：學生能夠熟練運用系統分析的方法，對三維設計模型進行綜合分析和優化，提高解決實際工程問題的能力。（三）創新設計目標描述：學生能夠在明確需求的基礎上，提出具有創新性的設計方案，并能夠通過三維設計軟件進行實現。（四）圖樣表達目標描述：學生能夠準確、清晰地表達設計構想，能夠繪制復雜的三維設計圖樣，并生成符合要求的二維機械加工圖。（五）物化能力目標描述：學生能夠獨立完成三維模型的設計、制作和后期處理，提高動手實踐能力和解決實際問題的能力。四、課時設計第一課時：簡單模型設計（草圖繪制與三維建模基礎）教學內容展示三維打印技術的應用案例，激發學生的學習興趣。介紹三維設計軟件的基本界面和常用工具。演示草圖繪制的基本步驟和技巧。教學活動導入：通過多媒體展示三維打印技術的應用案例，如醫療器械、建筑設計、藝術品復制等，引導學生認識三維技術的重要性和廣泛應用。新知講授：介紹三維設計軟件的基本界面和工具欄功能。演示草圖繪制的基本步驟，包括選擇繪圖工具、設置繪圖參數等。實踐操作：學生在三維設計軟件中繪制簡單的草圖，如矩形、圓形等。教師巡回指導，及時解決學生遇到的問題。評價方式自評：學生評價自己的草圖繪制是否準確、規范。互評：同學之間互相評價草圖繪制的優缺點。師評：教師對學生的草圖繪制進行點評，提出改進建議。第二課時：拉伸/旋轉/放樣/掃掠特征應用教學內容講解拉伸、旋轉、放樣、掃掠等三維建模特征的應用。演示如何將這些特征應用到實際模型中。教學活動新知講授：詳細介紹拉伸、旋轉、放樣、掃掠等三維建模特征的基本原理和操作方法。通過案例演示這些特征在三維建模中的應用。實踐操作：學生選擇一種特征，嘗試設計一個簡單的三維模型，如圓柱體、圓錐體等。教師對學生的設計進行點評和指導，引導學生進行優化。評價方式自評：學生評價自己的模型設計是否合理、美觀。互評：同學之間互相評價模型設計的創意和實用性。師評：教師對學生的模型設計進行綜合評價，提出改進建議。第三課時：模型測試與邊界條件設置教學內容介紹模型測試的重要性和方法。演示如何設置模型的邊界條件，進行應力分析等。教學活動新知講授：講解模型測試的目的和常用方法，如有限元分析、結構動力學分析等。演示如何設置模型的邊界條件，進行應力分析。實踐操作：學生對自己設計的模型進行測試，分析模型的強度和穩定性。根據測試結果，對模型進行優化和改進。評價方式自評：學生評價自己的模型測試是否充分、準確。互評：同學之間互相評價模型測試的嚴謹性和優化效果。師評：教師對學生的模型測試和優化過程進行綜合評價，提出改進建議。第四課時：模型優化與數據分析教學內