一、课程学习
与传统数学教学稍显不同的是,本课程旨在铺设一个3D建模的平台让学生明白“数学有什么用”,“如何用数学”,“如何用数学方法解决问题”,即培养学生“如何用数学视界来观察身边的世界”。
1.课程目标:本课程重在培养学生掌握常用SCAD语言,以及辅助工具的使用;能绘制中等复杂程度的3D模型;了解运用数学思想进行3D建模的一般过程,掌握几种常用函数模型,并能够利用模型做简单的运用;提高学生推理论证、运算求解、数据处理、语言组织、语言表达等基本能力;提高数学地提出、分析和解决问题的能力。发展数学应用意思和创新意识,力求对现实世界中蕴涵的一些数学模式进行思考和作出判断。
2.课程实施情况简介
本课程以学生上机操作的方式,分为“初识3D打印”、“3D数学博物馆”、“SCAD基本操作”、“SCAD基础立体模型”、“SCAD基本语言”、“SCAD综合应用”、“认识Google SketchUp”七个专题共18课时。
课程开展形式以小组为单位,3-4人一组,完成平时作业及期末作品。
具体如下:
小组为单位,讨论决定最终的目标模型;(可以是名仕的某个建筑,如英语角、行政楼;也可以是某个装饰物;或者自行设计一个校园建筑物);带上工具(纸、笔、相机等)在校园中记录下必要的数据(如建筑的比例等),画出平面图、三视图;分工合作,用OpenSCAD或Sketchup做出模型,并用3D打印机打印出成品。
3.课程特色:
(1)数学的应用性与科技新技术(3D打印)巧妙结合;
本课程以3D打印为背景,以3D建模为落脚点,用数学方法描述物体和它们之间的空间关系,用数学函数,数学运算符号与计算机语言,创建立体三维模型,并用数学中的相关知识去解释、分析模型的形成和结构特点,提高学生数学地提出、分析和解决问题的能力。发展数学应用意思和创新意识,力求对现实世界中蕴涵的一些数学模式进行思考和作出判断;
如在第二章“3D数学博物馆”第一节“谁让数学‘活’了”中,运用3D打印技术将一些有趣的数学模型具象化,如分形几何体(图1)、莫比乌斯环(图2),了解拓扑领域,走近数学,让原本枯燥的数学学习变得生动有趣。
(2)数学建模的初体验
数学的重要应用便是建模,本课程就是以培养学生建模能力为目标之一的课程。从第二章开始,介绍如何从二维平面建模拓展到三维空间模型的建立,引入空间直角坐标系,学会运用坐标系在3D空间中精确度量位置、距离和角度。
第四章从四个基本几何模型(球体、长方体、圆柱体、多面体)的建立开始,掌握决定模型形状的几个参数。第五章中镜面对称(mirror)语句的运用,需要学生较高的空间想象能力。对称在数学中是普遍存在的。毕达哥拉斯曾说过:“一切立体图形中最美的是球体,一切平面图形中最美的是圆形。”这两个图形在各个方向上都是对称的。笛卡尔创建的解析几何学可以说是美学思想在数学领域成功的运用。在这种坐标几何学中,代数与几何化为一体,达到完美的统一。
二、操作过程
工具原料:3D打印机;陶瓷泥土;计算机数字模型。
方法步骤:1.将陶瓷泥土加水,混合成流体状态。
2.待泥土揉好之后,将泥土放入3D打印机的陶瓷材料推进装置。
3.将设计好的数字模型能过切片软件处理,然后COPY到surface的3D打印机SD卡中,按下打印机即可。
注意事项:在揉土的过程中,不要太干,也不能太稀;打印出成品后,要阴干后才能动作品,并放入炉中通过800度以上的高温烧制。
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