2025 小学技术课 3D 打印之血液循环模型课件

一、课程背景与目标设定：为何选择“3D打印+血液循环模型”？演讲人01课程背景与目标设定：为何选择“3D打印+血液循环模型”？02知识铺垫与技术准备：双基融合的教学支架03|问题现象|可能原因|解决方法|04模型设计与制作：从图纸到实物的工程实践05课堂实施策略：项目式学习的组织与引导06教育价值与延伸思考：超越模型本身的成长目录2025小学技术课3D打印之血液循环模型课件作为一名深耕小学技术教育十余年的教师，我始终坚信：技术课的魅力不在于单纯传授工具使用，而在于通过真实任务将科学、工程与艺术融合，让学生在“做中学”中理解知识本质，培养核心素养。2025年，当“3D打印”成为小学技术课的核心工具，当“人体科学”被纳入跨学科学习重点，以“血液循环模型”为载体的项目式学习，恰好能串联起科学认知、技术实践与创新思维的培养链条。今天，我将从课程设计逻辑、实施路径到教育价值，系统展开这节技术课的完整架构。01课程背景与目标设定：为何选择“3D打印+血液循环模型”？1教育政策与时代需求的呼应2025年，《义务教育科学课程标准》明确提出“加强跨学科主题学习”“注重真实问题解决”的导向；《中小学技术教育指导纲要》则强调“以项目为载体，培养学生数字化工具应用能力”。血液循环模型的3D打印项目，恰好契合这两大政策要求：既涉及生物科学（人体结构）的核心知识，又需要掌握3D设计、打印等数字化技术，更能通过“从设计到实物”的完整流程，培养学生的系统思维与工程素养。2学生认知特点与学习痛点的破解小学高年级学生（4-6年级）已具备初步的抽象思维能力，但对“人体内部结构”这类无法直接观察的内容仍存在认知障碍。传统教学中，塑料模型虽能展示结构，却无法体现“动态循环”的本质；二维图示则难以让学生理解“心脏-血管-器官”的空间关系。3D打印的优势在于：学生可通过自主设计调整模型比例（如心脏各腔室大小）、添加可活动部件（如模拟瓣膜开闭），甚至将血管路径设置为透明中空结构，直观呈现血液流动方向——这种“可交互、可改造”的模型，能有效突破空间想象的学习瓶颈。3课程三维目标的精准定位基于以上分析，本课程设定以下目标：知识目标：掌握心脏的结构（心房、心室、瓣膜）、血管类型（动脉、静脉、毛细血管）及血液循环路径（体循环与肺循环）的科学知识；了解3D打印的基本原理（增材制造）、常用设备（FDM打印机）与材料（PLA）特性。能力目标：能使用简易3D设计软件（如Tinkercad）完成模型的结构分解与参数调整；通过小组协作解决打印过程中常见问题（如支撑结构脱落、层纹明显）；具备将科学知识转化为工程设计的能力。情感目标：感受技术对科学认知的赋能作用，激发对“人体科学”与“数字制造”的探究兴趣；在模型优化过程中体会“迭代设计”的工程思维，培养精益求精的科学态度。02知识铺垫与技术准备：双基融合的教学支架1科学知识：构建“人体运输网络”的认知框架在启动3D打印任务前，需通过生物课或跨学科整合，帮助学生建立血液循环系统的基础认知。这一环节需遵循“从宏观到微观、从功能到结构”的逻辑：1科学知识：构建“人体运输网络”的认知框架1.1用类比法理解系统功能“如果把人体比作一座城市，血液循环系统就是城市的‘交通网络’：心脏是‘中央车站’，负责泵血；动脉是‘高速公路’，将富含氧气的血液快速运往全身；毛细血管是‘社区小路’，让血液与细胞进行物质交换；静脉则是‘返程公路’，将含二氧化碳的血液带回心脏。”通过生活化类比，学生能快速把握系统的核心功能——“运输”。1科学知识：构建“人体运输网络”的认知框架1.2拆解核心器官：心脏的结构与功能展示真实心脏的解剖图（需选择适合小学生的简化版），重点讲解四个腔室（左心房、左心室、右心房、右心室）的位置关系，以及瓣膜（房室瓣、动脉瓣）的作用（防止血液倒流）。可结合动态动画演示“心脏收缩-舒张”的过程，让学生观察“血液如何从心房流入心室，再被泵入动脉”。此时需引导学生思考：“为什么左心室的肌肉比右心室更厚？”（因左心室需将血液泵至全身，需更大收缩力）这种“结构与功能相适应”的生物学思想，将为后续模型设计中“调整腔室壁厚”的操作埋下伏笔。1科学知识：构建“人体运输网络”的认知框架1.3梳理循环路径：体循环与肺循环的区别用“红色”（动脉血）和“蓝色”（静脉血）标注血管，绘制简化版循环路线图：01体循环：左心室→主动脉→全身毛细血管（氧气→细胞，二氧化碳→血液）→上、下腔静脉→右心房02肺循环：右心室→肺动脉→肺部毛细血管（二氧化碳→肺泡，氧气→血液）→肺静脉→左心房03需强调“两条循环同时进行”的特点，并通过提问“如果某段血管堵塞，会发生什么？”引发学生对模型实用性的思考（如设计可拆分血管段，模拟堵塞场景）。042技术基础：3D打印的“操作说明书”考虑到小学生的动手能力，技术教学需聚焦“必要且安全”的内容，避免过度深入原理：2技术基础：3D打印的“操作说明书”2.13D打印原理：从“虚拟”到“现实”的转化通过类比“挤牙膏”讲解FDM（熔融沉积成型）技术：“3D打印机就像一支‘智能挤胶枪’，它按照电脑里的3D模型数据，一层一层挤出融化的PLA材料（类似牙膏），每一层冷却后与上一层粘合，最终堆成实物。”配合展示打印过程视频（重点拍摄层叠效果），帮助学生理解“增材制造”与传统“减材制造”（如雕刻）的区别。2技术基础：3D打印的“操作说明书”2.2常用工具与安全规范设计软件：推荐Tinkercad（界面简洁，支持拖拽建模），重点教学“基本几何体组合”“布尔运算（合并/切割）”“尺寸调整”功能。例如，用圆柱体拼接成血管，用球体调整心脏腔室大小。01打印设备：介绍桌面级FDM打印机的主要部件（喷头、加热床、导轨），强调“喷头温度达200℃以上”“打印时不可触碰”等安全规范，明确“启动打印由教师操作，学生负责观察与记录”。02材料特性：PLA（聚乳酸）是最适合小学生的材料，可降解、无刺鼻气味，需讲解“材料直径（1.75mm）”“打印温度（190-210℃）”等基础参数。032技术基础：3D打印的“操作说明书”2.3常见问题与解决策略提前梳理学生可能遇到的技术问题，通过“问题-原因-对策”表格进行预判：03|问题现象|可能原因|解决方法||问题现象|可能原因|解决方法|1|-------------------|-------------------------|---------------------------|2|模型底部翘边|加热床温度不足/平台不水平|调高床温（50-60℃）/重新调平|3|层间粘合不牢|打印速度过快/温度过低|降低速度（50-60mm/s）/提高喷头温度|4|支撑结构难拆除|支撑密度过高|设计时调整支撑参数（密度10-15%）|04模型设计与制作：从图纸到实物的工程实践1需求分析：定义“可教学”的模型功能在设计阶段，需引导学生明确模型的核心用途——“帮助同学理解血液循环的结构与路径”，进而拆解具体功能需求：路径可追踪：血管设计为中空结构（壁厚1-2mm），可插入细管模拟血液流动；或在打印时使用透明PLA，直接观察内部空间。结构可视化：心脏各腔室需可拆分（如左/右半部分），展示内部瓣膜；血管需标注类型（动脉/静脉）并区分颜色。比例合理性：参考人体真实比例（心脏大小约为拳头，主动脉直径约25mm），按1:2放大（便于观察）。2设计流程：分阶段完成数字建模以4人小组为单位，采用“分工-协作-整合”模式完成设计：2设计流程：分阶段完成数字建模2.1任务分解与角色分配213解剖组：负责绘制心脏结构草图（标注腔室、瓣膜位置）；血管组：规划体循环与肺循环的血管走向（避免交叉缠绕）；参数组：测量各部件尺寸（如心室长径30mm、血管直径5mm），确保比例协调；4整合组：用Tinkercad将各部件组合成完整模型，添加支撑结构（如悬空血管需加支撑）。2设计流程：分阶段完成数字建模2.2关键设计点的指导心脏腔室：用球体拉伸成椭球体（模拟心房），圆柱体拉伸并倒圆角（模拟心室），通过“切割”功能在腔室间创建连通口（模拟房室孔）；瓣膜可用薄片（厚度1mm）倾斜45插入连通口，确保“单向开放”的视觉效果。血管网络：动脉（红色PLA）设计为壁厚2mm的中空管，直径从主动脉（10mm）向毛细血管（2mm）渐细；静脉（蓝色PLA）直径略大于同级动脉（因静脉血压低，管壁较薄）；毛细血管可用网状结构（孔隙0.5mm）模拟“物质交换”的微观场景。可拆分设计：在心脏左右半部分、动脉与心室连接处添加“榫卯结构”（凸起与凹槽），方便组装与拆卸，增强模型的交互性。3打印与后处理：从数字文件到物理模型3.1切片与打印STEP1STEP2STEP3切片软件（如Cura）设置：层厚0.2mm（平衡精度与速度），填充率20%（内部空心，减轻重量），支撑结构仅添加在悬空血管下方；打印监控：学生轮流记录打印进度（每完成一层拍照），观察是否出现翘边、堵头现象，及时向教师反馈；耗时控制：完整模型（含心脏+主要血管）打印约需6-8小时，可分两课时完成（白天打印主体，次日打印细节部件）。3打印与后处理：从数字文件到物理模型3.2后处理与优化支撑拆除：用尖嘴钳轻敲支撑底部（PLA较脆易断），避免拉扯模型；表面打磨：用400目-1000目砂纸逐级打磨毛边（重点处理瓣膜边缘、血管接口）；上色与标注：用丙烯颜料（可水洗）涂刷血管（红/蓝），用标签纸标注“左心室”“肺动脉”等结构名称；功能测试：组装模型后，用注射器向血管内注入有色液体（模拟血液），检查瓣膜是否“单向开放”、血管是否堵塞，若发现问题（如瓣膜过厚无法活动），需重新设计并打印改进版。05课堂实施策略：项目式学习的组织与引导1教学流程设计：分阶段推进的“任务链”本课程建议用4-6课时（每课时40分钟）完成，具体安排如下：1教学流程设计：分阶段推进的“任务链”|课时|主题|核心活动||------|---------------------|--------------------------------------------------------------------------||1|问题引入与知识铺垫|播放“血液的旅行”动画→讨论“如何让看不见的循环‘显形’”→讲解血液循环科学知识||2-3|模型设计与数字建模|小组绘制草图→学习Tinkercad基础操作→完成3D模型设计（教师个别指导）||4|切片打印与观察记录|教师演示切片软件使用→启动打印→学生记录打印过程（温度、时间、层厚变化）|1教学流程设计：分阶段推进的“任务链”|课时|主题|核心活动||5|后处理与功能优化|拆除支撑→打磨上色→测试模型→讨论“哪些设计需要改进？”（如血管太细易堵）||6|展示评价与拓展延伸|小组汇报模型设计思路→班级投票“最佳功能模型”→讨论“还能打印哪些人体模型？”|2教师引导的关键节点知识衔接：在设计心脏腔室时，提问“为什么左心室要设计得更厚？”引导学生联系“泵血功能”与“结构设计”；在调整血管直径时，追问“动脉和静脉的管壁厚度有什么不同？为什么？”强化“结构与功能相适应”的生物学概念。12情感激励：对首次打印失败的小组，强调“工程设计中失败是常态，爱迪生试过1600种材料才找到灯丝”，鼓励他们分析失败原因（如支撑不足）并改进设计；对设计出“可活动瓣膜”的创新小组，邀请其分享思路，激发全班的创造性。3技术纠偏：当学生设计的血管出现大角度悬空（如90直角）时，提示“这样的结构需要大量支撑，可能影响打印成功率”，引导改用“弧形过渡”；当模型填充率设置过高（如50%），解释“高填充会增加打印时间和材料消耗，我们需要在强度和效率间找平衡”。3多元评价：关注过程与成果的双重维度1过程性评价（40%）：观察小组协作（分工是否明确、是否倾听他人意见）、设计迭代（是否根据测试结果修改模型）、安全操作（是否遵守打印设备使用规范）。2成果性评价（50%）：从“科学性”（结构是否准确、循环路径是否正确）、“技术性”（模型强度、表面精度）、“创新性”（是否添加可活动部件、可视化设计）三方面评分。3反思性评价（10%）：学生撰写“设计日志”，记录“最困难的环节”“学到的新知识”“想改进的地方”，培养元认知能力。06教育价值与延伸思考：超越模型本身的成长教育价值与延伸思考：超越模型本身的成长当学生捧着自己设计的3D打印血液循环模型，向全班讲解“血液如何从左心室出发，经过主动脉到达手指”时，我看到的不仅是一个教学工具的诞生，更是科学思维、技术能力与工程素养的综合生长。这节课的意义，远不止于“制作一个模型”：它让“人体科学”从课本上的平面图变成了可触摸、可拆解的实物，帮助学生建立“结构-功能-相互作用”的系统思维；它将3D打印从“炫酷的新技术”转化为“解决问题的工具”，让学生体会“技术是为需求服务”的本质；它通过“设计-制作-测试-优化”的完整流程，让学生亲身体验“工程实践”的迭代逻辑，这种思维方式将迁移到未来的学习与生活中。教育价值与延伸思考：超越模型本身的成长展望2025年的小学技术