2020版 人教版 高中通-用技术 选择性必修11 产品三维设计与制造《第四章 三维打印技术应用》大单元整体教学设计2020课标

版人教版高中通用技术选择性必修11产品三维设计与制造《第四章三维打印技术应用》大单元整体教学设计[2020课标]一、内容分析与整合二、《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》分解三、学情分析四、大主题或大概念设计五、大单元目标叙写六、大单元教学重点七、大单元教学难点八、大单元整体教学思路九、学业评价十、大单元实施思路及教学结构图十一、大情境、大任务创设十二、单元学历案十三、学科实践与跨学科学习设计十四、大单元作业设计十五、“教-学-评”一致性课时设计十六、大单元教学反思一、内容分析与整合（一）教学内容分析《产品三维设计与制造》是高中通用技术选择性必修课程中的重要模块，其中《第四章三维打印技术应用》更是该模块的核心内容之一。本章节通过介绍三维打印技术在组合结构产品制造和三维扫描与打印中的应用，旨在提升学生的技术素养，培养他们的工程思维、创新设计能力，以及将设计转化为实物的物化能力。具体来说，本章分为两节内容：第1节组合结构的产品制造：本节内容聚焦于利用三维打印技术制造具有组合结构的产品。学生将通过实例学习如何设计并制作一个实用且具有简单组合结构的产品，如哨子、台灯等。此过程不仅要求学生掌握三维设计软件的使用，还需要他们了解组合结构产品的设计要点和打印技巧，以及如何对产品进行后期处理和功能测试。第2节三维扫描与打印：本节则引入三维扫描技术，介绍如何通过三维扫描仪获取实物的三维模型数据，并利用这些数据进行产品的三维打印。学生将了解三维扫描技术的基本原理、操作步骤，以及其在逆向工程中的应用。通过实践，学生将体验到从实物到数字模型，再到实体产品的完整转化过程。（二）单元内容分析组合结构的产品制造知识点：三维设计软件的使用、组合结构产品的设计要点、三维打印技术原理及操作流程、产品的后期处理与功能测试。技能点：利用三维设计软件绘制组合结构产品的三维模型、根据产品特点选择合适的打印参数、对打印出的产品进行组装和测试。素养点：培养学生的工程思维，使其能够综合考虑产品的结构、功能和外观进行设计；提升其创新设计能力，鼓励学生在设计中融入个人创意；增强其物化能力，使其能够将设计转化为实物。三维扫描与打印知识点：三维扫描技术的基本原理、三维扫描设备的操作、三维扫描数据的处理、逆向工程的概念及应用。技能点：掌握三维扫描仪的操作流程、对扫描数据进行处理以生成三维模型、利用三维打印技术将模型转化为实物。素养点：提升学生的技术意识，使其认识到三维扫描与打印技术在现代制造业中的重要性；培养其图样表达能力，使其能够准确理解并传达三维模型的信息；增强其创新能力，鼓励其在逆向工程中发挥个人创意。（三）单元内容整合本单元将三维打印技术与组合结构产品制造、三维扫描技术紧密结合，形成了一个从设计到制造、从实物到数字模型再回到实物的完整闭环。通过这一闭环的学习和实践，学生不仅能够掌握三维打印技术和三维扫描技术的基本原理和操作流程，还能够提升他们的工程思维、创新设计能力和物化能力。在单元内容的整合上，我们将注重以下几点：理论与实践相结合：通过理论学习使学生掌握三维打印技术和三维扫描技术的基本原理，通过实践操作使学生熟练掌握这些技术的应用。项目式学习：以项目为载体，让学生在完成具体项目的过程中学习知识和技能。例如，设计一个具有组合结构的实用产品（如哨子或台灯），并利用三维打印技术将其制造出来；或者对一个实物进行三维扫描，获取其三维模型数据，并进行打印和组装。跨学科融合：鼓励学生将数学、物理、计算机等学科知识融入到三维打印技术和三维扫描技术的学习中，培养他们的综合素养。强调创新与个性化：鼓励学生在设计和制造过程中发挥个人创意，设计出具有个性化的产品；尊重学生的个性差异，提供多样化的学习资源和实践机会。二、《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》分解通用技术的核心素养目标包括技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力五个方面。结合《第四章三维打印技术应用》的教学内容，我们将这些核心素养目标进行具体分解如下：（一）技术意识目标：培养学生对三维打印技术和三维扫描技术的兴趣和敏感性，使其能够认识到这些技术在现代制造业和日常生活中的重要性。内容：通过学习三维打印技术的原理、应用领域和发展趋势，以及三维扫描技术的基本原理和操作步骤，增强学生的技术意识。实现途径：引入三维打印和三维扫描技术的最新案例和应用场景，激发学生的学习兴趣。组织学生参观三维打印和三维扫描技术的应用现场或展览，加深学生的直观感受。鼓励学生关注相关技术的发展动态，培养其技术敏感性。（二）工程思维目标：培养学生的系统分析和比较权衡能力，使其在设计和制造过程中能够综合考虑产品的结构、功能和外观等因素。内容：通过组合结构产品的设计和制造过程，以及三维扫描与打印的实践操作，训练学生的工程思维。实现途径：引导学生对设计方案进行系统的分析和比较，选择最优方案。在制造过程中，要求学生考虑材料的性能、成本、加工难度等因素，进行权衡和优化。鼓励学生参与实际工程项目的设计和实施过程，积累工程实践经验。（三）创新设计目标：培养学生的创新意识和设计能力，使其能够在设计中融入个人创意和新颖元素。内容：通过三维设计软件的学习和实践操作，以及组合结构产品的创新设计，提升学生的创新设计能力。实现途径：鼓励学生发挥想象力，设计出具有个性化和创新性的产品。提供多样化的设计案例和参考资料，拓宽学生的设计思路。组织设计竞赛和展示活动，激发学生的创新热情。（四）图样表达目标：培养学生的图样表达能力，使其能够准确绘制和解读三维模型图、装配图等技术图样。内容：通过学习三维设计软件的使用和三维扫描数据的处理过程，提升学生的图样表达能力。实现途径：组织学生进行图样绘制和解读的练习活动。引导学生分析设计图样中的尺寸、公差、形位公差等技术要求。鼓励学生参与图样设计的实践项目，提升其实战能力。（五）物化能力目标：培养学生的物化能力，使其能够将设计转化为实物产品，并对产品进行测试和优化。内容：通过三维打印技术和三维扫描技术的实践操作过程，提升学生的物化能力。实现途径：组织学生进行三维打印和三维扫描的实践操作活动。引导学生对打印出的产品进行组装、测试和优化。鼓励学生参与创新项目的设计和实施过程，将创意转化为实物产品。三、学情分析（一）已知内容分析在进入《第四章三维打印技术应用》的教学之前，学生已经完成了《第三章三维模型设计》的学习，具备了一定的三维建模基础。具体来说，学生对三维设计软件的操作界面、草图绘制、特征工具（如拉伸、旋转、放样、扫掠等）的应用已较为熟悉，并能够利用这些工具将二维草图转换为三维数字模型。学生还掌握了一定的模型优化与测试方法，如应力分析、模型渲染等。在三维打印技术方面，学生已经了解了三维打印技术的基本原理、常见三维打印机的运行原理及应用领域，并实际操作过三维打印机，对三维打印的流程有了初步认识。通过之前的实践，学生还学会了如何选择合适的打印参数，以及如何进行模型的后处理与组装。在理论知识层面，学生已经掌握了技术设计的一般过程，理解了结构、流程、系统和控制等基本概念，并能够在设计中初步运用这些概念。学生也具备了一定的创新思维和问题解决能力，能够在设计过程中考虑多种因素，进行权衡与优化。（二）新知内容分析《第四章三维打印技术应用》将进一步深化学生对三维打印技术的理解和应用，特别是在组合结构产品的制造和三维扫描与打印方面。本章将涵盖以下新知内容：组合结构的产品制造：学习如何设计并制造具有简单组合结构的产品，理解组合结构在产品设计中的重要性。掌握组合结构产品在三维设计软件中的建模方法，如布尔运算、装配约束等。了解组合结构产品在打印过程中的注意事项，如支撑结构的设计、打印顺序的安排等。学会对打印出的组合结构产品进行后期处理、组装与功能测试。三维扫描与打印：了解三维扫描仪的工作原理和操作步骤，知道如何通过三维扫描获取实物的数字化模型。掌握三维扫描数据的后处理方法，如点云处理、数据转换等。理解逆向工程在三维打印技术中的应用，能够将扫描得到的数字化模型用于三维打印。学习如何利用三维扫描技术改进和优化现有产品设计，提高产品的创新性和实用性。（三）学生学习能力分析经过之前的学习，学生已经具备了一定的自主学习能力、合作学习能力和问题解决能力。他们能够独立完成三维模型的设计与优化，并在团队合作中有效沟通、共同完成任务。在三维打印技术的实践操作中，学生也展现出了较强的动手能力和创新思维。面对《第四章三维打印技术应用》的新知内容，学生可能会遇到以下挑战：对于组合结构产品的设计，学生需要更强的空间想象能力和结构设计能力，以确保各部件之间的精准配合和整体结构的稳定性。在三维扫描与打印过程中，学生需要掌握更多的软件操作技巧和数据处理方法，这对他们的信息技术应用能力提出了更高的要求。如何将三维扫描技术有效应用于产品设计和优化中，需要学生具备较强的创新思维和问题解决能力。为了帮助学生克服这些挑战，教师需要在教学过程中注重引导学生思考、探究和实践，培养他们的自主学习能力和创新思维。（四）学习障碍突破策略针对学生在学习过程中可能遇到的学习障碍，教师可以采取以下策略进行突破：加强空间想象能力的训练：通过展示组合结构产品的实物或图片，引导学生观察、分析和理解其结构特点。设计一些空间几何问题的练习题，让学生在实际操作中锻炼空间想象能力。在三维设计软件中设置一些具有挑战性的建模任务，鼓励学生尝试不同的建模方法和思路。提升信息技术应用能力：在课堂上详细演示三维扫描和数据处理软件的操作步骤和技巧，确保每位学生都能熟练掌握。鼓励学生利用课余时间自主学习相关软件教程或参加线上培训课程，以提高信息技术应用能力。组织学生进行小组合作学习，共同解决在软件操作过程中遇到的问题和困难。培养创新思维和问题解决能力：在教学过程中注重引导学生发现问题、分析问题和解决问题，培养他们的批判性思维和创新能力。鼓励学生提出自己的设计想法和解决方案，并给予积极的反馈和指导。创设一些开放性的设计任务或项目实践，让学生在解决实际问题的过程中锻炼创新思维和问题解决能力。加强实践操作和反馈指导：安排充足的时间让学生进行实践操作，包括三维模型的设计、组合结构产品的制造、三维扫描与数据处理等。在学生实践过程中给予及时的反馈和指导，帮助他们发现和纠正错误，提高实践效果。组织学生进行作品展示和交流活动，让他们相互学习、借鉴和启发。整合多学科知识：引导学生将数学、物理、化学、艺术等多学科知识融入三维打印技术的设计和应用中。通过跨学科的项目实践或案例分析，让学生体会到多学科知识在解决实际问题中的重要作用。鼓励学生在设计过程中综合考虑材料性能、结构稳定性、美观性等多个因素，培养他们的系统思维和综合应用能力。通过以上策略的实施，相信学生能够克服在学习《第四章三维打印技术应用》过程中遇到的各种挑战，全面提升自己的三维打印技术应用能力和创新能力。四、大主题或大概念设计本大单元教学设计的主题为“三维打印技术的创新应用与实践”，旨在通过三维打印技术的组合结构设计、三维扫描与逆向工程等实践活动，培养学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。通过实际项目的设计和制作，学生能够掌握三维打印技术的基本原理和操作流程，理解三维设计与制造在现代工程中的重要性，提升解决实际问题的能力。五、大单元目标叙写结合《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，本大单元的具体教学目标如下：（一）技术意识感知与体悟三维打印技术：学生能够识别并解释三维打印技术在日常生活、工业生产中的应用实例，理解三维打印技术对社会发展和个人生活的影响。技术问题的敏感性与应对：面对实际设计问题，学生能够运用三维打印技术提出创新性的解决方案，并评估其可行性和潜在影响。（二）工程思维系统分析与决策：学生能够运用系统思维，对三维打印项目进行整体规划和分析，明确项目需求、限制条件和资源分配，并作出合理的工程决策。风险评估与管理：在三维打印项目的设计和实施过程中，学生能够识别潜在风险，进行风险评估，并制定有效的风险管理策略。（三）创新设计创新构思与方案提出：学生能够基于实际问题，结合三维打印技术的特点，提出具有创新性的设计方案，并阐述设计思路和创新点。方案优化与迭代：在设计过程中，学生能够根据反馈和评价，对设计方案进行不断优化和迭代，提升设计的实用性和创新性。（四）图样表达三维模型构建：学生能够熟练使用三维设计软件，构建精确的三维模型，并准确表达设计意图。技术图样与文档编制：学生能够编制完整、规范的技术图样和文档，包括设计说明书、装配图、材料清单等，以便于制造和沟通。（五）物化能力工艺选择与实施：学生能够根据设计方案，选择合适的制造工艺和材料，制定详细的制造工艺流程，并实施三维打印。产品测试与优化：学生能够对打印出的产品进行严格的测试和评估，根据测试结果进行优化和改进，确保产品质量和性能满足设计要求。六、大单元教学重点三维设计软件的应用：熟练掌握三维设计软件的基本操作，包括草图绘制、特征建模、装配设计等功能，能够独立完成三维模型的构建和编辑。组合结构的设计与优化：理解组合结构的特点和优势，掌握组合结构的设计方法，能够根据实际需求进行结构优化，提高产品的稳定性和可靠性。三维扫描与逆向工程：掌握三维扫描技术的基本原理和操作流程，能够将实物转化为三维数字模型，并进行逆向工程设计和优化。三维打印技术的实践应用：了解三维打印技术的基本原理和工艺流程，能够独立完成三维模型的切片处理、打印参数设置和打印操作，解决打印过程中出现的问题。七、大单元教学难点复杂结构的设计与优化：对于具有复杂结构和特殊功能要求的产品，如何合理设计结构、选择材料、制定制造工艺，并进行有效的优化和改进，是一个具有挑战性的任务。三维扫描精度的控制：三维扫描过程中，如何控制扫描精度、减少噪声和误差，确保扫描结果的准确性和可靠性，是一个需要解决的技术难题。三维打印参数的设置与调整：三维打印过程中，如何根据产品的结构特点和材料性能，合理设置打印参数（如层厚、填充率、支撑结构等），并进行有效的调整和优化，以获得高质量的打印产品，是一个需要不断实践和探索的过程。创新设计与实现：如何在掌握基本三维设计和打印技能的基础上，结合创新思维和实际问题，提出具有创新性的设计方案，并通过三维打印技术将其实现，是一个需要不断培养和提升的能力。教学设计详细内容5.1教学流程设计5.1.1引入阶段（1课时）活动内容：展示三维打印技术的最新应用案例，如医疗植入物、航空航天部件、个性化定制产品等，激发学生的学习兴趣和好奇心。教师活动：介绍三维打印技术的基本原理、发展历程和应用领域，引导学生思考三维打印技术如何改变我们的生活和生产方式。学生活动：分组讨论三维打印技术的优势和局限性，提出自己感兴趣的应用领域和潜在问题。5.1.2理论学习阶段（2课时）活动内容：学习三维设计软件的基本操作和组合结构的设计方法。教师活动：讲解三维设计软件界面、工具栏、命令的使用方法，演示组合结构的设计流程和优化技巧。学生活动：在教师指导下，进行三维设计软件的实践操作，完成简单的组合结构设计任务。5.1.3实践操作阶段（4课时）活动内容：进行三维模型的构建、切片处理、打印参数设置和打印操作。教师活动：演示三维模型的构建流程、切片处理软件和打印机的操作方法，指导学生进行实践操作。学生活动：分组进行三维模型的构建、切片处理和打印操作，记录操作过程中遇到的问题和解决方法。5.1.4测试与优化阶段（2课时）活动内容：对打印出的产品进行测试、评估和优化。教师活动：讲解产品测试的方法和标准，引导学生分析测试结果并提出优化方案。学生活动：对打印出的产品进行外观检查、功能测试和性能测试，根据测试结果提出优化方案并进行改进。5.1.5总结与展示阶段（1课时）活动内容：总结本单元的学习内容和收获，展示学生的设计作品。教师活动：组织学生进行小组汇报和作品展示，评价学生的学习成果和进步。学生活动：准备汇报材料，展示自己的设计作品和制作过程，分享学习心得和体会。5.2教学策略与方法项目式学习：通过实际项目的设计和制作，引导学生综合运用所学知识解决实际问题。合作学习：分组进行学习和实践操作，促进学生之间的交流和合作。案例教学：展示三维打印技术的实际应用案例，帮助学生理解技术的价值和意义。探究式学习：鼓励学生自主探索和实践操作，发现问题并寻求解决方案。5.3教学资源与工具三维设计软件：如SolidWorks、AutoCAD、Fusion360等。三维扫描仪：用于实物的三维数据采集。三维打印机：用于打印三维模型和产品原型。教学课件：包括三维打印技术的基本原理、操作流程和应用案例等内容。网络资源：提供相关网站和论坛链接，供学生查阅和学习更多知识。通过以上教学设计，学生将能够全面掌握三维打印技术的基本原理和操作流程，提升技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力，为未来的学习和职业发展奠定坚实基础。八、大单元整体教学思路教学目标设定根据《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》和《第四章三维打印技术应用》的教学内容，本单元旨在通过三维打印技术的实际应用，全面提升学生的通用技术核心素养。具体教学目标设定如下：（一）技术意识理解三维打印技术的价值与应用：学生能够理解三维打印技术在产品设计、制造以及解决实际问题中的重要作用，认识到该技术对现代制造业和日常生活的影响。形成对三维打印技术的正确态度：通过实践操作和案例分析，学生能够形成对三维打印技术的理性认识，理解其优势与局限性，培养对待新技术的客观态度。关注三维打印技术的伦理与环境影响：学生能够思考三维打印技术在使用过程中的伦理问题，如知识产权保护、材料选择对环境的影响等，形成可持续发展意识。（二）工程思维系统分析与比较权衡：学生能够运用系统分析的方法，对产品设计方案进行多因素分析，并在多个方案中进行比较和权衡，选出最优方案。整体规划与分步实施：学生能够根据设计要求，进行整体规划，并将任务分解为具体步骤，逐步实施，确保最终产品的实现。风险评估与决策：在设计过程中，学生能够进行风险评估，预见可能遇到的问题，并作出合理的决策，确保项目的顺利进行。（三）创新设计发现与明确问题：学生能够敏锐地发现问题，明确设计需求，为创新设计提供方向。提出创新方案：基于用户需求和技术分析，学生能够提出具有创新性的设计方案，包括产品的功能、结构、外观等方面。多方案比较与优化：学生能够设计多个方案，并进行比较和分析，选择最优方案，或在原有方案基础上进行改进和优化。（四）图样表达识读技术图样：学生能够识读和理解常见的三维设计图样，如草图、三视图、装配图等，为后续设计打下基础。绘制技术图样：学生能够运用三维设计软件绘制出精确、规范的设计图样，表达设计构想。图样交流与修改：学生能够通过图样与他人进行有效交流，并根据反馈意见对图样进行修改和完善。（五）物化能力选择合适的材料与工具：学生能够根据设计要求，选择合适的材料和工具，确保设计方案的实现。模型制作与调试：学生能够运用三维打印技术，将设计图样转化为实物模型，并进行必要的调试，确保模型符合设计要求。反思与改进：在制作过程中，学生能够不断反思和改进，提高物化能力，为后续设计积累经验。教学思路与策略（一）创设情境，激发兴趣通过展示三维打印技术在各个领域的应用案例，如医疗、建筑、航空航天等，激发学生的学习兴趣和好奇心。引导学生思考三维打印技术如何改变我们的生活和生产方式，形成对三维打印技术的初步认识。（二）实践操作，体验过程组合结构的产品制造（1）案例分析：选取哨子、阅读灯等具有组合结构的实用产品作为案例，分析其结构特点、设计思路及制造过程。通过案例分析，让学生理解组合结构产品在实际应用中的优势和设计要点。（2）设计实践：要求学生根据案例分析，自行设计一款具有组合结构的产品。在设计过程中，注重培养学生的创新能力和问题解决能力。引导学生运用系统分析的方法，对设计方案进行多因素分析，确保设计的合理性和可行性。（3）三维建模：利用三维设计软件，如SolidWorks、Fusion360等，将设计方案转化为三维模型。在建模过程中，注重培养学生的图样表达能力，确保模型的精确性和规范性。（4）三维打印与后处理：将三维模型导入三维打印机进行打印。在打印过程中，引导学生关注打印参数的设置和打印质量的控制。打印完成后，对模型进行必要的后处理，如打磨、上色等，提高模型的外观质量和实用性。三维扫描与打印（1）三维扫描技术介绍：介绍三维扫描技术的基本原理、工作流程及应用领域。通过实际操作演示，让学生了解三维扫描设备的使用方法和注意事项。（2）实物扫描：选取具有复杂曲面或精细结构的实物进行三维扫描。在扫描过程中，引导学生关注扫描参数的设置和扫描质量的控制。扫描完成后，对扫描数据进行处理和优化，生成高精度的三维模型。（3）逆向工程设计：基于扫描得到的三维模型，进行逆向工程设计。引导学生分析实物的结构特点、制造工艺及材料选择等方面的问题，并提出改进方案。通过逆向工程设计，培养学生的工程思维和创新设计能力。（4）三维打印与验证：将逆向工程得到的三维模型导入三维打印机进行打印。打印完成后，对实物进行验证和测试，确保其实用性和可靠性。引导学生对打印过程中遇到的问题进行总结和反思，提高物化能力。（三）项目引领，综合应用结合教学内容和学生实际，设计一系列具有挑战性的项目任务，如“个性化文具设计”、“智能家居产品设计”等。在项目实施过程中，注重培养学生的综合运用能力、团队协作能力和创新能力。鼓励学生参与各种竞赛和活动，展示自己的设计成果和创新能力。（四）评价反馈，持续改进过程性评价：在教学过程中，注重对学生的设计思路、建模过程、打印质量等方面进行过程性评价。通过评价反馈，及时发现和纠正学生在学习过程中存在的问题和不足。成果展示与评价：在项目完成后，组织学生进行成果展示和评价。通过展示和评价活动，激发学生的学习兴趣和自信心，同时促进学生之间的交流和合作。在评价过程中，注重培养学生的批判性思维和自我反思能力。持续改进：根据评价结果和反馈意见，引导学生对设计方案和打印质量进行持续改进。鼓励学生积极参与各种创新实践活动和技术交流活动，不断提高自己的创新能力和技术水平。教学资源与环境教学资源：包括三维设计软件（如SolidWorks、Fusion360等）、三维打印机、三维扫描仪、相关教材和案例资料等。积极利用网络资源和技术社区获取最新的技术动态和解决方案。教学环境：配备专用教室或实验室，配备必要的教学设备和工具。保持教学环境的整洁和安全，确保学生在良好的环境中进行学习和实践操作。教学方法与手段案例教学：通过选取具有代表性的案例进行分析和讨论，帮助学生理解三维打印技术的原理和应用。引导学生从案例中汲取经验和教训，提高自己的设计水平和物化能力。项目教学：设计一系列具有挑战性的项目任务，让学生在实践中学习和掌握三维打印技术的相关知识和技能。通过项目实施过程中的交流与合作，培养学生的团队协作能力和创新能力。启发式教学：在教学过程中，注重启发学生的思维和创造力。通过提问、讨论等方式引导学生主动思考和探索问题解决方案，培养学生的自主学习能力和问题解决能力。现场教学：组织学生参观三维打印企业或实验室等场所进行现场教学。通过现场观察和实践操作等方式帮助学生更好地理解三维打印技术的原理和应用场景。总结与展望通过本单元的教学实践，学生不仅能够掌握三维打印技术的基本原理和应用技能，还能够在设计、建模、打印等过程中全面提升自己的通用技术核心素养。本单元的教学实践也为后续课程的学习打下了坚实的基础。我们将继续探索和实践更多创新的教学方法和手段，努力提高学生的创新能力和技术水平，为培养更多具有创新精神和实践能力的高素质人才做出贡献。九、学业评价一、学业评价概述学业评价是高中通用技术课程教学的重要组成部分，旨在全面、公正、有效地评估学生的学习成效，促进学生核心素养的全面发展。根据《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，学业评价应围绕技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力这五个核心素养目标展开。本章节的学业评价将针对《第四章三维打印技术应用》的教学内容，具体涵盖第1节“组合结构的产品制造”和第2节“三维扫描与打印”两个部分，通过明确的教学目标、学习目标和评价目标，确保评价的科学性和有效性。二、教学目标技术意识：通过三维打印技术的学习与实践，学生能够理解三维打印技术在现代制造业中的应用及其对社会、经济、环境的影响，形成对三维打印技术的敏感性和责任感。工程思维：学生能够运用系统分析和比较权衡的方法，对组合结构产品进行整体设计和优化，解决三维打印过程中的实际问题，培养工程决策和管理能力。创新设计：激发学生的创新思维，鼓励学生基于三维打印技术进行产品创新设计，提出具有创意和实用性的设计方案，并进行技术试验和验证。图样表达：学生能够熟练使用三维设计软件绘制产品的三维数字模型，并通过图样清晰、准确地表达设计意图，掌握将三维模型转化为二维机械加工图的方法。物化能力：通过三维打印技术的实际操作，学生能够独立完成产品的模型制作、组装与测试，体验从设计到成品的完整过程，提升动手实践与创造能力。三、学习目标第1节组合结构的产品制造技术意识：了解三维打印技术在组合结构产品制造中的应用，认识其对提高生产效率和降低成本的优势。工程思维：掌握组合结构产品的设计原则和方法，能够运用系统分析的方法对产品结构进行优化设计。创新设计：基于实际需求，设计一款具有创新性和实用性的组合结构产品，并绘制三维数字模型。图样表达：将设计的三维数字模型转化为二维机械加工图，清晰表达产品的尺寸、结构和组装方式。物化能力：使用三维打印机完成产品的模型制作，并进行组装与测试，确保产品符合设计要求。第2节三维扫描与打印技术意识：理解三维扫描技术在逆向工程中的应用，认识其对产品设计和制造的重要性。工程思维：掌握三维扫描和打印的流程和方法，能够运用三维扫描技术获取实物的三维数字模型，并进行优化处理。创新设计：基于三维扫描数据，设计一款具有创新性的产品，并进行三维打印制作。图样表达：熟练使用三维设计软件对扫描数据进行编辑和修改，绘制出符合设计要求的三维数字模型。物化能力：独立完成产品的三维打印制作，并进行后期处理和组装，确保产品质量符合标准。四、评价目标第1节组合结构的产品制造技术意识评价：学生是否能够阐述三维打印技术在组合结构产品制造中的应用及其优势。学生是否能够分析三维打印技术对社会、经济、环境的影响，形成对技术的敏感性和责任感。工程思维评价：学生是否能够运用系统分析的方法对组合结构产品进行设计和优化，解决设计中的实际问题。学生是否能够合理规划产品的结构和尺寸，确保产品的实用性和可靠性。创新设计评价：学生是否能够基于实际需求，设计出具有创新性和实用性的组合结构产品。学生的设计方案是否具有创意和独特性，能否满足特定的使用需求。图样表达评价：学生是否能够熟练使用三维设计软件绘制产品的三维数字模型，并通过图样清晰、准确地表达设计意图。学生是否能够将三维数字模型转化为二维机械加工图，图样表达是否规范、准确。物化能力评价：学生是否能够独立完成产品的模型制作、组装与测试，确保产品符合设计要求。学生在操作过程中是否表现出良好的动手实践能力和解决问题的能力。第2节三维扫描与打印技术意识评价：学生是否能够阐述三维扫描技术在逆向工程中的应用及其重要性。学生是否能够理解三维扫描技术对产品设计和制造的影响，形成对技术的敏感性和责任感。工程思维评价：学生是否能够掌握三维扫描和打印的流程和方法，合理运用三维扫描技术获取实物的三维数字模型。学生是否能够根据扫描数据对产品设计进行优化处理，提高产品的质量和性能。创新设计评价：学生是否能够基于三维扫描数据，设计出具有创新性的产品，并提出合理的改进方案。学生的设计方案是否能够体现创新思维和创造力，能否满足特定的使用需求和市场前景。图样表达评价：学生是否能够熟练使用三维设计软件对扫描数据进行编辑和修改，绘制出符合设计要求的三维数字模型。学生的图样表达是否清晰、准确，能否充分展示产品的结构、尺寸和组装方式。物化能力评价：学生是否能够独立完成产品的三维打印制作，并进行后期处理和组装，确保产品质量符合标准。学生在操作过程中是否表现出良好的动手实践能力和解决问题的能力，能否对制作过程中出现的问题进行有效分析和解决。五、评价方法观察记录法：通过观察学生在课堂上的表现，记录他们在设计、制作、测试等环节中的具体行为和表现，评价其技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力的发展情况。作品评价法：对学生的设计作品和三维打印成品进行评价，包括作品的创新性、实用性、美观性等方面，以及成品的质量、精度、组装效果等方面，评价其图样表达和物化能力的发展水平。任务评价法：给学生布置具体的任务，如设计一款组合结构产品、完成三维扫描与打印等，根据任务完成情况和质量评价其技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力的综合运用能力。自我评价与互评法：鼓励学生进行自我评价和互评，通过反思和总结自己的学习过程和成果，以及评价他人的作品和表现，提高学生的自我认知能力和批判性思维能力。测试评价法：通过书面测试或在线测试等方式，对学生的技术知识、图样表达能力等进行测试评价，了解其掌握情况和应用能力。六、评价实施明确评价标准：根据教学目标和学习目标，制定具体的评价标准，明确各项核心素养的具体表现和要求，确保评价的公正性和有效性。分阶段实施评价：将评价贯穿于整个教学过程中，分阶段进行实施。在每个教学阶段结束后，及时进行评价反馈，帮助学生了解自己的学习成效和不足之处，及时调整学习策略。综合运用多种评价方法：根据不同的教学内容和学生的特点，综合运用观察记录法、作品评价法、任务评价法、自我评价与互评法以及测试评价法等多种评价方法，全面、客观地评价学生的学习成效。注重过程性评价：关注学生的学习过程和学习态度，通过观察记录、课堂互动、小组讨论等方式，及时了解学生的学习进展和困难，给予针对性的指导和帮助。强化反馈与改进：及时向学生反馈评价结果，指出其优点和不足之处，提出具体的改进建议。鼓励学生进行自我反思和总结，不断提高自身的学习能力和核心素养水平。通过以上学业评价的设计与实施，旨在全面、公正、有效地评估学生在《第四章三维打印技术应用》中的学习成效，促进其技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力等核心素养的全面发展。十、大单元实施思路及教学结构图1.大单元实施思路针对2020版人教版高中通用技术选择性必修11《产品三维设计与制造》第四章《三维打印技术应用》的教学内容，本大单元的实施思路将围绕“组合结构的产品制造”和“三维扫描与打印”两大核心主题展开。通过实践活动，旨在培养学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。本单元的教学将强调理论与实践的结合，通过项目式学习，让学生在解决实际问题的过程中掌握三维打印技术的应用，提升学生的技术素养和创新能力。2.教学目标设定（一）技术意识培养学生对三维打印技术的敏感性和兴趣，理解三维打印技术在现代制造和创意设计中的应用价值。引导学生关注三维打印技术的发展趋势，形成对新技术的好奇心和探索欲。（二）工程思维培养学生运用工程思维进行问题分析和解决的能力，特别是在组合结构产品设计和三维扫描与打印过程中。提升学生的系统分析能力，能够从整体到局部，再从局部到整体地进行产品设计和优化。（三）创新设计激发学生的创新思维，鼓励学生在组合结构产品设计和三维扫描与打印过程中提出新颖的设计方案。培养学生的想象力，通过三维打印技术将创意转化为实体产品。（四）图样表达提高学生的图样表达能力，能够熟练使用三维设计软件绘制复杂产品的三维模型。培养学生严谨的图样表达习惯，确保设计图样的准确性和规范性。（五）物化能力增强学生的物化能力，通过三维打印技术将虚拟的三维模型转化为实体产品。培养学生的动手实践能力，掌握三维打印机的操作和维护技能。3.教学结构图三维打印技术应用|+++||组合结构的产品制造三维扫描与打印||++++++||||哨子设计台灯设计三维扫描技术三维打印技术||||++++++||模型设计与优化模型扫描与处理||++++++||||结构设计模型打印数据采集模型重建||模型组装与测试后处理与优化4.具体教学实施步骤第1节组合结构的产品制造4.1.1哨子设计步骤1：导入新课展示各种哨子的图片或实物，引导学生观察哨子的结构和功能，激发学生兴趣。提出问题：如何设计一款音质合适的哨子？步骤2：哨子结构分析讲解哨子的基本结构，包括外壳、进气口、出气口和弹子等部分。分析哨子发声的原理，强调气流通过哨子内部形状时产生振动的重要性。步骤3：哨子三维模型设计演示如何在三维设计软件中绘制哨子的三维模型，包括草图绘制、拉伸、抽壳、倒角等步骤。学生分组进行哨子三维模型设计，教师巡回指导。步骤4：模型优化与打印学生根据教师反馈优化设计，考虑打印效果和组合结构的合理性。使用三维打印机进行模型打印，学生观察打印过程并记录遇到的问题。步骤5：模型组装与测试学生将打印出的哨子各部件进行组装，并进行音质测试。根据测试结果进行调试和改进，记录调试过程和结果。4.1.2台灯设计步骤1：台灯结构分析展示各种台灯的图片或实物，引导学生观察台灯的结构和功能。分析台灯的主要部件，包括灯头、连接杆和底座等部分。步骤2：台灯三维模型设计学生在三维设计软件中绘制台灯的三维模型，注意各部件的尺寸比例和连接方式。教师巡回指导，帮助学生解决设计中的问题。步骤3：模型打印与组装使用三维打印机分别打印出台灯的各部件。学生进行部件组装，并进行功能测试，确保台灯能够正常工作。步骤4：设计与优化鼓励学生提出台灯设计的改进方案，如增加调节亮度或色温的功能。学生根据改进方案重新设计模型并进行打印测试。第2节三维扫描与打印4.2.1三维扫描技术步骤1：三维扫描技术介绍讲解三维扫描技术的基本原理和应用领域。展示三维扫描仪的实物或图片，介绍其工作原理和操作步骤。步骤2：实物扫描实践学生分组进行实物扫描实践，选择合适的扫描对象和扫描模式。教师指导学生进行扫描前的准备工作，如物体表面处理、标定等。步骤3：数据处理与模型重建学生使用三维扫描软件对扫描数据进行处理，去除噪点并进行平滑处理。进行模型重建，将点云数据转换为三维模型。步骤4：模型优化与导出学生对重建后的三维模型进行优化，确保模型的准确性和完整性。将优化后的模型导出为STL格式或其他可打印格式。4.2.2三维打印技术步骤1：三维打印技术介绍讲解三维打印技术的基本原理和应用领域。展示三维打印机的实物或图片，介绍其工作原理和操作流程。步骤2：模型切片与打印设置学生使用切片软件对导出的STL模型进行切片处理，设置打印参数。教师指导学生选择合适的打印材料和支撑结构。步骤3：模型打印与后处理学生进行模型打印，观察打印过程并记录打印参数和打印效果。打印完成后进行后处理，如去除支撑结构、打磨和上色等。步骤4：成果展示与评价学生展示自己打印的三维模型，并进行自我评价和互评。教师总结学生的学习成果，提出改进建议。通过以上教学实施步骤，学生将全面掌握三维打印技术应用的核心知识和技能，提升技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。通过项目式学习的方式，学生将在实践中锻炼解决问题的能力和团队合作精神。十一、大情境、大任务创设教学背景与目标在《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》的指导下，针对2020版人教版高中通用技术选择性必修11《产品三维设计与制造》中的《第四章三维打印技术应用》的教学内容，我们精心设计了一个大情境与大任务。本章教学旨在通过三维打印技术应用，培养学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力，提升学生的技术素养和创新能力。教学目标设定技术意识：学生对三维打印技术有深入的理解，认识到其在现代制造和创意设计中的重要性和广泛应用。学生能够形成对三维打印技术的积极态度和评价，理解其对个人成长和社会发展的意义。工程思维：学生能够运用系统分析和比较权衡的方法，对三维打印产品的设计、制造过程进行优化和决策。学生在产品设计与制造过程中，能够考虑材料、工艺、成本等因素，进行整体规划和风险评估。创新设计：学生能够在明确问题的基础上，提出创新性的设计方案，满足用户需求。学生能够综合运用多种创造技法，进行设计方案的改进和优化，体现创新思维。图样表达：学生能够熟练使用三维设计软件绘制复杂产品的三维模型，准确表达设计构想。学生能够利用三维设计软件生成二维机械加工图，为后续的加工制造提供依据。物化能力：学生能够选择合适的材料和工具，进行三维模型的成型制作和装配。学生能够运用三维打印技术进行模型的打印和后期处理，提高动手实践能力。大情境设计情境背景随着科技的飞速发展，三维打印技术作为一种前沿的制造技术，正在逐渐改变我们的生活和生产方式。某高中通用技术社团计划举办一场“未来生活创新设计大赛”，旨在鼓励学生运用三维打印技术，结合创新思维，设计并制造出能够改善人们未来生活的实用产品。作为社团的一员，你将参与到这场设计大赛中，与同学们一起探索三维打印技术的无限可能。情境任务你将面临以下两大任务：组合结构的产品制造：设计并制造一款具有实用功能的组合结构产品。产品可以是日常生活中的小物件，如台灯、笔筒等，也可以是具有创新性的产品，如智能花盆、可调节高度的书桌等。在设计过程中，你需要考虑产品的结构合理性、功能实用性以及美观性。三维扫描与打印：利用三维扫描技术获取实物的三维模型数据，并通过三维打印技术将其打印出来。你可以选择校园内的雕塑、建筑模型等作为扫描对象，也可以自行设计并制作一个原型进行扫描。在扫描和打印过程中，你需要掌握三维扫描和打印的基本操作流程，确保最终打印出的模型具有较高的精度和完整性。大任务分解与实施任务一：组合结构的产品制造步骤1：需求分析与市场调研活动描述：你需要进行市场调研，了解当前市场上类似产品的设计特点和用户需求。通过问卷调查、网络搜索等方式，收集相关信息，为后续的设计提供灵感和方向。核心素养目标：技术意识、创新设计步骤2：设计方案制定活动描述：在需求分析的基础上，制定详细的设计方案。包括产品的功能定位、结构设计、材料选择等。你可以使用三维设计软件绘制产品的三维模型，并进行初步的优化和调整。核心素养目标：工程思维、创新设计、图样表达步骤3：三维模型设计与优化活动描述：在三维设计软件中，进一步完善产品的三维模型。考虑产品的组合结构特点，确保各部件之间的连接牢固且易于装配。对模型进行渲染和测试，确保其符合设计要求。核心素养目标：工程思维、创新设计、图样表达步骤4：三维打印与后期处理活动描述：将优化后的三维模型导入三维打印机进行打印。在打印过程中，注意选择合适的打印参数和材料，确保打印质量。打印完成后，对模型进行后期处理，如去除支撑结构、打磨、上色等。核心素养目标：物化能力步骤5：产品组装与测试活动描述：将打印出的各部件进行组装，形成完整的产品。对产品进行功能测试，确保其符合设计要求。记录测试过程中发现的问题，并进行必要的优化和改进。核心素养目标：物化能力、工程思维任务二：三维扫描与打印步骤1：三维扫描技术学习活动描述：你需要学习三维扫描技术的基本原理和操作流程。通过阅读相关书籍、观看教学视频等方式，掌握三维扫描仪的使用方法和注意事项。核心素养目标：技术意识、物化能力步骤2：实物扫描实践活动描述：选择校园内的雕塑、建筑模型等作为扫描对象，进行实物扫描实践。在扫描过程中，注意调整扫描参数和角度，确保获取到的三维模型数据具有较高的精度和完整性。核心素养目标：物化能力、图样表达步骤3：三维模型数据处理与重建活动描述：使用三维扫描软件对扫描得到的数据进行处理，去除噪点、进行平滑处理等。然后，将处理后的数据导入三维设计软件中进行模型重建。在重建过程中，注意保持模型的原始特征和精度。核心素养目标：图样表达、物化能力步骤4：三维模型优化与导出活动描述：对重建后的三维模型进行优化，确保模型的准确性和完整性。然后，将优化后的模型导出为STL格式或其他可打印格式，为后续的三维打印做准备。核心素养目标：图样表达、物化能力步骤5：三维打印与成果展示活动描述：将导出后的三维模型导入三维打印机进行打印。在打印过程中，注意选择合适的打印参数和材料，确保打印质量。打印完成后，对模型进行展示和评价，分享设计思路和打印经验。核心素养目标：物化能力、技术意识教学资源与支持硬件资源：三维设计软件（如SolidWorks、Fusion360等）、三维打印机、三维扫描仪、计算机等。软件资源：三维扫描软件、三维打印切片软件等。教学支持：教师提供必要的技术指导和支持，解答学生在设计和打印过程中遇到的问题。鼓励学生进行小组合作，共同完成任务。评价与反馈评价方式：采用自评、互评和师评相结合的方式，对学生的设计作品、打印成品以及整个设计过程进行评价。评价指标：包括设计方案的创新性、三维模型的准确性、打印成品的质量、团队协作能力等方面。反馈机制：及时给予学生反馈，指出其设计中的优点和不足，并提出改进建议。鼓励学生相互学习和借鉴，共同提高。通过以上大情境与大任务的创设与实施，学生将全面掌握三维打印技术应用的核心知识和技能，提升技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。通过项目式学习的方式，学生将在实践中锻炼解决问题的能力和团队合作精神，为未来的学习和生活打下坚实的基础。十二、单元学历案（一）单元主题与课时单元主题：产品三维设计与制造——三维打印技术应用课时设计：第1课时：组合结构的产品制造——哨子设计第2课时：组合结构的产品制造——哨子模型优化与打印第3课时：组合结构的产品制造——台灯设计第4课时：组合结构的产品制造——台灯模型打印与组装第5课时：三维扫描与打印——三维扫描技术介绍与应用第6课时：三维扫描与打印——三维扫描与打印实践（二）学习目标通用技术的核心素养目标：技术意识：培养学生对三维打印技术的敏感性和兴趣，理解其在现代制造和创意设计中的应用价值。引导学生关注三维打印技术的发展趋势，形成对新技术的好奇心和探索欲。工程思维：培养学生运用工程思维进行问题分析和解决的能力，特别是在组合结构产品设计和三维扫描与打印过程中。提升学生的系统分析能力，能够从整体到局部，再从局部到整体地进行产品设计和优化。创新设计：激发学生的创新思维，鼓励学生在组合结构产品设计和三维扫描与打印过程中提出新颖的设计方案。培养学生的想象力，通过三维打印技术将创意转化为实体产品。图样表达：提高学生的图样表达能力，能够熟练使用三维设计软件绘制复杂产品的三维模型。培养学生严谨的图样表达习惯，确保设计图样的准确性和规范性。物化能力：培养学生的动手实践能力，能够将三维模型通过三维打印技术物化为实体产品。提升学生的模型组装与测试能力，确保产品的功能和结构达到预期要求。（三）评价任务哨子设计与制作评价：学生是否能够准确分析哨子的结构和功能，并设计出合理的三维模型。学生是否能够根据反馈优化设计，并成功打印出哨子模型。哨子模型的声音效果是否满足设计要求。台灯设计与制作评价：学生是否能够准确分析台灯的结构和功能，并设计出合理的三维模型。学生是否能够成功打印出台灯的各部件，并进行正确的组装和测试。台灯的功能是否满足设计要求，照明效果是否良好。三维扫描技术应用评价：学生是否能够正确操作三维扫描仪，获取实物的三维模型数据。学生是否能够利用获取的三维模型数据进行后续的设计和优化。学生是否理解三维扫描技术在逆向工程中的应用价值。三维打印技术应用评价：学生是否能够根据三维模型数据成功打印出实体产品。产品的打印质量、精度和完整性是否满足要求。学生是否能够对打印出的产品进行必要的后处理和优化。（四）学习过程第1课时：组合结构的产品制造——哨子设计教学环节：导入新课：展示各种哨子的图片或实物，引导学生观察哨子的结构和功能，激发学生兴趣。哨子结构分析：讲解哨子的基本结构，包括外壳、进气口、出气口和弹子等部分。分析哨子发声的原理。哨子三维模型设计：演示如何在三维设计软件中绘制哨子的三维模型，包括草图绘制、拉伸、抽壳、倒角等步骤。学生分组进行哨子三维模型设计，教师巡回指导。学生活动：观察哨子实物，记录哨子的结构和功能特点。尝试在三维设计软件中绘制哨子的三维模型。小组内讨论设计方案，互相提出改进建议。第2课时：组合结构的产品制造——哨子模型优化与打印教学环节：模型优化：学生根据教师反馈优化设计，考虑打印效果和组合结构的合理性。模型打印：使用三维打印机进行模型打印，学生观察打印过程并记录遇到的问题。问题讨论：针对打印过程中出现的问题，学生讨论解决方案，教师给予指导。学生活动：优化哨子三维模型，确保打印效果。观察哨子模型的打印过程，记录打印参数和遇到的问题。小组内讨论打印问题的解决方案，并尝试改进。第3课时：组合结构的产品制造——台灯设计教学环节：台灯结构分析：展示各种台灯的图片或实物，引导学生观察台灯的结构和功能。分析台灯的主要部件，包括灯头、连接杆和底座等部分。台灯三维模型设计：学生在三维设计软件中绘制台灯的三维模型，注意各部件的尺寸比例和连接方式。教师巡回指导，帮助学生解决设计中的问题。学生活动：观察台灯实物，记录台灯的结构和功能特点。尝试在三维设计软件中绘制台灯的三维模型。小组内讨论设计方案，互相提出改进建议。第4课时：组合结构的产品制造——台灯模型打印与组装教学环节：模型打印：使用三维打印机分别打印出台灯的各部件。部件组装：学生进行部件组装，并进行功能测试，确保台灯能够正常工作。设计与优化：鼓励学生提出台灯设计的改进方案，如增加调节亮度或色温的功能。学生根据改进方案重新设计模型并进行打印测试。学生活动：打印出台灯的各部件，记录打印参数和遇到的问题。进行部件组装，测试台灯的功能是否正常。提出改进方案，并尝试重新设计和打印优化后的台灯模型。第5课时：三维扫描与打印——三维扫描技术介绍与应用教学环节：三维扫描技术介绍：讲解三维扫描技术的基本原理、工作流程和应用领域。设备操作演示：演示三维扫描仪的操作方法，包括设备校准、物体扫描和数据处理等步骤。案例分析：通过案例分析，让学生了解三维扫描技术在逆向工程中的应用价值。学生活动：认真听讲，记录三维扫描技术的基本原理和工作流程。观察教师操作三维扫描仪，记录操作要点和注意事项。分析案例，讨论三维扫描技术在不同领域的应用前景。第6课时：三维扫描与打印——三维扫描与打印实践教学环节：实践操作：学生分组进行三维扫描实践，获取实物的三维模型数据。然后利用获取的数据进行三维打印实践。问题讨论：针对扫描和打印过程中出现的问题，学生讨论解决方案，教师给予指导。成果展示：学生展示扫描和打印的成果，分享实践经验和心得体会。学生活动：分组进行三维扫描实践，获取实物的三维模型数据。利用获取的数据进行三维打印实践，记录打印参数和遇到的问题。小组内讨论扫描和打印问题的解决方案，并尝试改进。展示实践成果，分享经验和心得体会。（五）作业与检测课后作业：完成哨子和台灯的三维模型设计，并提交给教师审核。准备一份关于三维扫描技术的调研报告，包括技术原理、应用领域和发展趋势等内容。阶段性检测：组织一次三维模型设计比赛，评选出优秀的设计作品。进行三维打印技术实践操作考核，检验学生的动手实践能力。（六）学后反思学生反思：通过本单元的学习，我对三维打印技术有了更深入的了解，掌握了三维模型设计和打印的基本技能。在组合结构产品制造过程中，我学会了从整体到局部、再从局部到整体地进行产品设计和优化，提升了我的工程思维能力。三维扫描技术的应用让我认识到了逆向工程的重要性，为我未来的学习和工作提供了新的思路和方法。在实践过程中，我遇到了不少问题和挑战，但通过小组讨论和教师指导，我最终找到了解决方案，这让我深刻体会到了团队合作的重要性。教师反思：本单元的教学设计注重理论与实践相结合，通过项目式学习让学生在解决实际问题的过程中掌握三维打印技术的应用，取得了良好的教学效果。在教学过程中，我注重培养学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力等核心素养，为学生的全面发展奠定了坚实基础。针对学生在实践过程中遇到的问题和挑战，我及时给予指导和帮助，并鼓励学生进行小组讨论和合作学习，有效提升了学生的问题解决能力和团队合作能力。在未来的教学中，我将继续探索和实践项目式学习等教学方法，努力提升学生的学习兴趣和动手实践能力，为学生的终身发展奠定坚实基础。十三、学科实践与跨学科学习设计教学目标根据《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，结合2020版人教版高中通用技术选择性必修11《产品三维设计与制造》第四章《三维打印技术应用》的教学内容，本次学科实践与跨学科学习设计旨在培养学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。通过实践活动，学生将深入理解三维打印技术在现代制造和创意设计中的应用，掌握三维打印技术应用的核心知识和技能，提升技术素养和创新能力。学习目标技术意识培养学生对三维打印技术的敏感性和兴趣，理解三维打印技术在现代制造和创意设计中的应用价值。引导学生关注三维打印技术的发展趋势，形成对新技术的好奇心和探索欲。工程思维培养学生运用工程思维进行问题分析和解决的能力，特别是在组合结构产品设计和三维扫描与打印过程中。提升学生的系统分析能力，能够从整体到局部，再从局部到整体地进行产品设计和优化。创新设计激发学生的创新思维，鼓励学生在组合结构产品设计和三维扫描与打印过程中提出新颖的设计方案。培养学生的想象力，通过三维打印技术将创意转化为实体产品。图样表达提高学生的图样表达能力，能够熟练使用三维设计软件绘制复杂产品的三维模型。培养学生严谨的图样表达习惯，确保设计图样的准确性和规范性。物化能力增强学生的物化能力，通过三维打印技术将虚拟的三维模型转化为实体产品。培养学生的动手实践能力，掌握三维打印机的操作和维护技能。作业目标设定技术意识学生需完成一篇关于三维打印技术发展现状与未来趋势的研究报告，分析三维打印技术在不同领域的应用案例，并阐述其对社会和经济的影响。工程思维学生需设计一个具有组合结构的实用产品（如台灯或哨子），并提交详细的设计方案，包括结构设计、材料选择、工艺流程等，体现从整体到局部、再从局部到整体的设计思维过程。创新设计学生需在现有三维打印产品的基础上进行创新设计，提出至少一项改进方案，并说明改进后的产品如何更具创新性、实用性和美观性。图样表达学生需使用三维设计软件绘制所设计产品的三维模型，并提交清晰、准确的设计图样，包括各个部件的详细尺寸、装配关系等。物化能力学生需将设计的产品通过三维打印技术实现物化，完成产品的打印、组装和测试，并提交打印过程中的参数设置、打印效果及后处理方法的报告。学科实践与跨学科学习设计一、实践活动设计1.组合结构的产品制造活动目标：通过设计并制造一个具有组合结构的产品（如台灯或哨子），培养学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。活动步骤：步骤1：产品设计与建模学生根据实际需求选择一个具有组合结构的产品进行设计，如台灯或哨子。使用三维设计软件绘制产品的三维模型，注重产品的结构设计和材料选择。在设计过程中，学生需考虑产品的可制造性、装配关系和功能性。步骤2：模型切片与打印设置学生使用切片软件对导出的STL模型进行切片处理，设置合理的打印参数，如层厚、填充率、支撑结构等。在切片过程中，学生需考虑如何优化打印效果，减少打印时间和材料浪费。步骤3：模型打印与后处理学生将切片后的文件导入三维打印机进行打印。打印过程中，学生需观察打印效果，及时调整打印参数以解决可能出现的问题。打印完成后，学生进行后处理，如去除支撑结构、打磨、上色等，使产品达到设计要求。步骤4：产品测试与优化学生对制造出的产品进行功能测试，检查其结构强度、装配精度和使用效果。根据测试结果，学生对产品进行必要的优化和改进，如调整结构设计、改进打印参数等。跨学科整合：在设计过程中，学生可结合物理学原理（如力学、光学）优化产品结构；在材料选择时，可结合化学知识了解不同材料的性能和应用场景；在打印过程中，可结合信息技术知识优化切片参数和打印路径。2.三维扫描与打印活动目标：通过三维扫描技术获取实物模型数据，并通过三维打印技术实现模型的物化，培养学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。活动步骤：步骤1：三维扫描技术介绍与操作教师介绍三维扫描仪的基本工作原理、操作步骤和注意事项。学生使用三维扫描仪对实物模型进行扫描，获取其三维数据。在扫描过程中，学生需考虑扫描精度、扫描速度和数据处理方法等因素。步骤2：数据处理与模型重建学生对扫描得到的三维数据进行处理，包括去噪、平滑、拼接等步骤。使用三维建模软件对处理后的数据进行模型重建，得到准确的三维模型。在重建过程中，学生需考虑模型的几何精度、表面质量和拓扑结构等因素。步骤3：模型优化与打印设置学生对重建后的模型进行优化设计，如简化结构、调整尺寸比例等。使用切片软件对优化后的模型进行切片处理，设置合理的打印参数。在切片过程中，学生需考虑如何减少打印时间和材料浪费，同时保证打印质量。步骤4：模型打印与后处理学生将切片后的文件导入三维打印机进行打印。打印完成后，学生进行后处理，如去除支撑结构、打磨、上色等。学生对打印出的模型进行质量检查和使用测试，确保其满足设计要求。跨学科整合：在扫描过程中，学生可结合计算机图形学知识优化扫描路径和数据处理算法；在模型重建过程中，可结合数学知识进行几何计算和拓扑优化；在打印过程中，可结合物理学原理分析打印材料的热塑性和流动性对打印质量的影响。二、跨学科整合点物理与工程：在设计组合结构产品时，学生需结合物理学原理（如力学、光学）优化产品结构，确保产品的稳定性和功能性。学生还需运用工程思维进行问题分析和解决，如考虑产品的可制造性、装配关系和成本效益等。化学与材料科学：在材料选择时，学生可结合化学知识了解不同材料的性能和应用场景。例如，了解塑料、金属、陶瓷等材料的物理性质和化学稳定性对打印效果的影响；分析不同材料的成本、环保性和可持续性等因素对产品设计的影响。计算机科学与信息技术：在三维扫描和打印过程中，学生需运用计算机技术和信息技术知识优化数据处理和打印参数。例如，使用计算机图形学算法进行三维模型的重建和优化；利用信息技术手段实现切片参数的自动调整和打印路径的优化等。艺术与设计：在设计过程中，学生可结合艺术和设计知识提升产品的美观性和创新性。例如，运用色彩搭配、形态构成和装饰元素等设计手法提升产品的视觉效果；通过创新设计满足用户的个性化需求和市场趋势等。经济学与管理学：在产品设计和制造过程中，学生还需考虑经济成本和管理效率等因素。例如，分析不同材料的成本和加工难度对产品定价和市场竞争力的影响；运用管理学原理优化生产流程和资源配置等。通过以上学科实践与跨学科学习设计，学生不仅能够深入理解和掌握三维打印技术应用的核心知识和技能，还能够在实践中培养跨学科整合能力和创新思维能力，为未来的学习和职业发展奠定坚实的基础。十四、大单元作业设计一、教学目标根据《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》和所给的教学设计结构模板，结合2020版人教版高中通用技术选择性必修11《产品三维设计与制造》第四章《三维打印技术应用》的教学内容，设定以下教学目标：技术意识：培养学生对三维打印技术的兴趣和敏感性，理解其在现代制造和创意设计中的应用价值。引导学生关注三维打印技术的发展趋势，形成对新技术的好奇心和探索欲。工程思维：培养学生运用工程思维进行问题分析和解决的能力，特别是在组合结构产品设计和三维扫描与打印过程中。提升学生的系统分析能力，能够从整体到局部，再从局部到整体地进行产品设计和优化。创新设计：激发学生的创新思维，鼓励学生在组合结构产品设计和三维扫描与打印过程中提出新颖的设计方案。培养学生的想象力，通过三维打印技术将创意转化为实体产品。图样表达：提高学生的图样表达能力，能够熟练使用三维设计软件绘制复杂产品的三维模型。培养学生严谨的图样表达习惯，确保设计图样的准确性和规范性。物化能力：增强学生的动手实践能力，能够将三维模型通过三维打印技术转化为实体产品。培养学生解决实际问题的能力，能够根据产品需求进行三维模型的修改和优化。二、作业目标设定结合第四章《三维打印技术应用》的教学内容，具体设定以下作业目标：技术意识：完成作业过程中，学生能够主动探究三维打印技术的原理和应用，对三维打印技术有更深入的理解。学生能够通过作业，感受到三维打印技术在解决实际问题中的独特优势和应用价值。工程思维：在完成组合作业时，学生能够运用系统分析的方法，从整体到局部进行产品设计。学生能够针对产品的功能需求，进行结构设计和优化，体现出良好的工程思维能力。创新设计：鼓励学生在作业中发挥创新思维，提出具有创意的设计方案。学生能够通过三维打印技术将创意转化为实体产品，体验到创新设计的乐趣和成就感。图样表达：学生能够使用三维设计软件绘制复杂产品的三维模型，确保图样的准确性和规范性。通过作业，学生能够提高图样表达的能力，为后续的设计和制造打下坚实基础。物化能力：学生能够将设计好的三维模型通过三维打印技术转化为实体产品。在作业过程中，学生能够针对打印过程中出现的问题进行调试和优化，提高解决实际问题的能力。三、作业内容与要求第1节组合结构的产品制造1.1哨子设计作业内容：哨子结构分析：分析哨子的基本结构和发声原理，并绘制哨子的结构示意图。哨子三维模型设计：使用三维设计软件，根据哨子的结构示意图设计三维模型。注意模型的准确性和规范性。模型优化与打印：对设计好的三维模型进行优化，确保模型能够顺利打印。使用三维打印机打印出哨子模型，并记录打印过程中的问题和解决方法。模型组装与测试：将打印好的哨子模型进行组装，并进行音质测试。根据测试结果对模型进行调试和优化。作业要求：哨子结构分析应详细准确，示意图应清晰明了。三维模型设计应符合设计要求，图样表达规范。模型优化应充分考虑打印过程中的实际问题，确保打印顺利进行。音质测试应记录详细数据，针对测试结果进行合理调试。1.2台灯设计作业内容：台灯结构分析：观察和分析常见台灯的结构，了解其主要部件和功能。台灯三维模型设计：使用三维设计软件，根据台灯的结构分析设计三维模型。注意各部件的尺寸比例和连接方式。模型打印与组装：将设计好的三维模型进行打印，并将各部件进行组装。记录打印和组装过程中的问题和解决方法。设计与优化：对组装好的台灯进行功能测试，并根据测试结果提出改进方案。重新设计模型并进行打印测试。作业要求：台灯结构分析应全面深入，了解其主要功能和部件。三维模型设计应符合实际使用需求，各部件连接牢固。打印和组装过程中应详细记录问题和解决方法，提高解决问题的能力。改进方案应具体可行，优化后的台灯功能更加完善。第2节三维扫描与打印2.1三维扫描技术作业内容：三维扫描技术介绍：查阅资料，了解三维扫描技术的基本原理和应用领域。实物扫描实践：选择合适的扫描对象和扫描模式，使用三维扫描仪进行实物扫描。记录扫描过程中的问题和解决方法。数据处理与模型重建：使用三维扫描软件对扫描数据进行处理，去除噪点并进行平滑处理。将点云数据转换为三维模型。模型优化与导出：对重建后的三维模型进行优化，确保模型的准确性和完整性。将优化后的模型导出为STL格式或其他可打印格式。作业要求：介绍三维扫描技术时应详细准确，包括其原理和应用领域。实物扫描实践应选择合适的扫描对象和模式，确保扫描效果。数据处理过程中应仔细认真，确保模型重建的准确性。导出的模型应符合打印要求，格式正确无误。2.2三维打印技术作业内容：三维打印技术介绍：查阅资料，了解三维打印技术的基本原理和应用领域。模型切片与打印设置：使用切片软件对导出的STL模型进行切片处理，设置合理的打印参数。记录切片过程中的问题和解决方法。模型打印与后处理：使用三维打印机进行模型打印，观察打印过程并记录打印参数和效果。打印完成后进行后处理，如去除支撑结构、打磨和上色等。成果展示与评价：展示自己打印的三维模型，并进行自我评价和互评。根据评价结果对模型进行进一步优化。作业要求：介绍三维打印技术时应详细准确，包括其原理和应用领域。切片设置应合理准确，确保打印效果。打印过程中应认真观察记录，及时解决出现的问题。后处理应仔细认真，确保模型的美观和实用性。展示和评价过程中应积极参与，根据反馈进行优化。四、作业评价自评与互评标准技术意识：是否对三维打印技术有深入的理解和兴趣。是否能够主动探究三维打印技术的发展和应用。工程思维：是否能够运用系统分析的方法进行产品设计和优化。是否能够从整体到局部进行产品结构设计。创新设计：是否能够提出具有创意的设计方案。是否能够将创意转化为实体产品。图样表达：三维模型设计是否准确规范。图样表达是否清晰明了。物化能力：是否能够将三维模型成功打印为实体产品。是否能够解决打印过程中出现的问题并进行优化。师评标准技术意识：学生对三维打印技术的理解和掌握程度。学生对三维打印技术发展趋势的关注和兴趣。工程思维：学生运用系统分析方法进行产品设计和优化的能力。学生从整体到局部进行产品结构设计的能力。创新设计：学生提出的设计方案是否具有创意和实用性。学生将创意转化为实体产品的能力。图样表达：学生三维模型设计的准确性和规范性。学生图样表达的清晰度和明了度。物化能力：学生将三维模型成功打印为实体产品的能力。学生解决打印过程中出现的问题并进行优化的能力。五、总结与反思通过本次大单元作业设计，学生能够深入理解三维打印技术的原理和应用，掌握三维模型设计和打印的基本技能，提高技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。通过作业过程中的问题解决和调试优化，学生的实践能力和解决问题的能力也得到了显著提升。在教学过程中，教师应及时关注学生的作业进展和遇到的问题，给予必要的指导和帮助。通过作业评价和反馈，教师可以了解学生的学习情况和掌握程度，为后续教学提供有针对性的指导和改进。十五、“教-学-评”一致性课时设计一、教学目标设定（一）技术意识目标描述：学生能够认识到三维打印技术在现代制造和创意设计中的重要性，理解其技术原理和应用价值，形成对三维打印技术的积极态度和探索欲。课时分配：第1节（组合结构的产品制造）1课时，第2节（三维扫描与打印）1课时。（二）工程思维目标描述：学生能够运用工程思维进行系统分析和比较权衡，解决组合结构产品设计和三维扫描与打印过程中的实际问题，提升系统分析能力和优化设计能力。课时分配：第1节（组合结构的产品制造）1课时，第2节（三维扫描与打印）1课时。（三）创新设计目标描述：学生能够发挥创新思维，提出新颖的设计方案，并在三维打印技术应用过程中实现创意，提升创新设计能力。课时分配：第1节（组合结构的产品制造）1课时，第2节（三维扫描与打印）1课时。（四）图样表达目标描述：学生能够熟练使用三维设计软件绘制复杂产品的三维模型，确保设计图样的准确性和规范性，提高图样表达能力。课时分配：第1节（组合结构的产品制造）1课时，第2节（三维扫描与打印）1课时。（五）物化能力目标描述：学生能够掌握三维打印机的操作和维护技能，将虚拟的三维模型转化为实体产品，增强动手实践能力和物化能力。课时分配：第1节（组合结构的产品制造）1课时，第2节（三维扫描与打印）1课时。二、作业目标设定（一）技术意识作业描述：调研不同领域三维打印技术的应用案例，撰写一篇关于三维打印技术发展前景的小论文，培养学生的技术敏感性和探索欲。评价方式：自评（内容完整性、观点明确性）、互评（创意性、深度分析）、师评（逻辑清晰度、资料准确性）。（二）工程思维作业描述：选择一个生活中的实际问题，运用三维打印技术进行解决，提交一份包含问题分析、设计方案、打印过程及效果评估的报告，培养学生的系统分析能力和优化设计能力。评价方式：自评（设计合理性、问题解决效果）、互评（创新性、实用性）、师评（逻辑严密性、方案可行性）。（三）创新设计作业描述：设计一款具有创新性的三维打印产品，并绘制详细的三维模型图，提交设计说明书和模型图，培养学生的创新思维和设计能力。评价方式：自评（创意新颖性、设计完整性）、互评（美观度、实用性）、师评（技术可行性、创新性）。（四）图样表达作业描述：根据给定的产品功能需求，绘制一款产品的三维模型图，并标注详细尺寸和说明，培养学生的图样表达能力和规范性。评价方式：自评（图样清晰度、标注准确性）、互评（设计合理性、美观度）、师评（技术规范性、细节完整性）。（五）物化能力作业描述：利用三维打印机打印自己设计的三维模型，并进行后期处理，提交打印成品和打印过程记录，培养学生的动手实践能力和物化能力。评价方式：自评（成品质量、打印过程记录完整性）、互评（成品创意性、打印效果）、师评（技术规范性、物化能力）。三、课程目标设定（一）技术意识目标描述：通过本单元的学习，学生能够深刻理解三维打印技术在现代制造业和创意设计中的应用价值，形成对三维打印技术的敏感性和探索欲，为后续学习和应用奠定基础。（二）工程思维目标描述：通过本单元的学习，学生能够掌握工程思维的基