主講人：沈志宏

沈志宏 上海外國(guó)語大學(xué)附屬浙江宏達(dá)南潯學(xué)校信息技術(shù)教師，浙江省湖州市技術(shù)能手，南潯區(qū)教學(xué)明星，3D打印造型師（國(guó)家職業(yè)資格三級(jí)）。輔導(dǎo)的學(xué)生在2017全國(guó)中小學(xué)生電腦制作活動(dòng)中獲3D創(chuàng)意設(shè)計(jì)三等獎(jiǎng)，2018年第二屆湖州市“南太湖計(jì)劃”青少年創(chuàng)客大賽中榮獲一等獎(jiǎng)，2019年中國(guó)科學(xué)院ACME未來科技挑戰(zhàn)賽無人機(jī)自動(dòng)巡航與定點(diǎn)降落競(jìng)賽中奪得冠軍。個(gè)人著作《輕松玩轉(zhuǎn)3D One與3D打印》《給3D One點(diǎn)顏色——輕松玩轉(zhuǎn)三維建模與3D打印》由人民郵電出版社出版并公開發(fā)行。

教學(xué)背景

隨著冬季的到來，教室、辦公室、住宅的空調(diào)使用率上升了?？照{(diào)制熱功能的使用會(huì)使室內(nèi)空氣變得異常干燥，人的皮膚和身體都會(huì)出現(xiàn)不舒適的感覺。研究證明，人在濕度指數(shù)為50～60的環(huán)境中最感舒適，所以很多人會(huì)在使用空調(diào)制熱時(shí)打開加濕器，補(bǔ)充室內(nèi)的濕度。

本項(xiàng)目以人體最舒適的濕度值為依據(jù)，帶領(lǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)并制作一款智控加濕器。當(dāng)濕度低于60時(shí)，加濕器會(huì)自動(dòng)開始工作;當(dāng)濕度高于60時(shí)，加濕器將自動(dòng)停止工作，時(shí)刻保持一個(gè)讓人舒適的環(huán)境濕度。

教學(xué)目標(biāo)

學(xué)會(huì)利用3D One 設(shè)計(jì)智控加濕器的外殼，并結(jié)合硬件合理設(shè)計(jì)安裝位，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和設(shè)計(jì)思維;了解好好搭搭“好搭酷Mini”、DHT11數(shù)字溫濕度傳感器模塊、OLED模塊的工作原理;學(xué)會(huì)通過編程實(shí)現(xiàn)根據(jù)濕度值控制加濕器的工作，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維、高階思維。

材料準(zhǔn)備

好好搭搭“好搭酷Mini”、OLED模塊、DHT11數(shù)字溫濕度傳感器模塊、鋰電池、開關(guān)、杜邦線、加濕器模塊、USB模塊、水瓶、電烙鐵、熱熔膠槍、游標(biāo)卡尺。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn) 根據(jù)加濕器的功能和特點(diǎn)設(shè)計(jì)個(gè)性化的智控加濕器外殼，同時(shí)根據(jù)開源硬件的尺寸實(shí)現(xiàn)各模塊及線材的精準(zhǔn)安裝。

教學(xué)難點(diǎn) 理解好好搭搭“好搭酷Mini”、DHT11數(shù)字溫濕度傳感器模塊、OLED模塊的工作原理，通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)根據(jù)濕度值控制加濕器工作的功能。

教學(xué)過程

一、情境導(dǎo)入，提出問題

播放一段教師們一邊在辦公室使用空調(diào)一邊做皮膚保濕的視頻，讓學(xué)生討論如何提升空調(diào)房的辦公舒適度。

學(xué)生思考并進(jìn)行交流和分享。

二、初識(shí)開源硬件，暢想創(chuàng)意設(shè)計(jì)

“好搭酷Mini”是一款針對(duì)造物的核心板，造型小巧，便于與各種通用模塊連接，并且采用U盤下載模式，程序下載十分簡(jiǎn)單。

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器模塊可以用來同時(shí)測(cè)量溫度和濕度。工作電壓：3.3～5V;溫度范圍：0～50℃，誤差±2℃;濕度范圍：20%～90%RH;誤差±5%RH。

OLED模塊是一款無需背景光源、自發(fā)光式的顯示模塊，可通過連接線與arduino主控板連接。OLED具備較快的響應(yīng)速度和輕薄的體積優(yōu)勢(shì)，功耗低，抗震性好，可廣泛應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的顯示應(yīng)用上。

三、創(chuàng)意設(shè)計(jì)，實(shí)踐探究

（一）精準(zhǔn)測(cè)量，合理規(guī)劃

使用游標(biāo)卡尺測(cè)量各硬件模塊的外形數(shù)據(jù)并記錄。

（二）蓋子設(shè)計(jì)

1.打開3D One軟件，在網(wǎng)格面中繪制一個(gè)圓柱，半徑35mm，高15mm，隨后對(duì)圓柱進(jìn)行“抽殼”，“厚度T”為2mm，“開放面O”選擇圓柱的頂面。

2.以圓柱的圓心為中心再繪制一個(gè)半徑10mm、高6mm的圓柱，選擇“加運(yùn)算”參數(shù)。隨后在蓋子的小圓柱上繪制一個(gè)半徑8.2mm、高-2mm的圓柱，圓心相同，選擇“減運(yùn)算”參數(shù)，單擊確定完成加濕片的安裝位制作。

3.使用“六面體”命令，“對(duì)齊平面”選擇加濕片安裝位的環(huán)形頂面，“點(diǎn)”的坐標(biāo)為（-10，0.05，8），繪制一個(gè)長(zhǎng)4mm、寬2mm、高-6mm的六面體，并選擇“減運(yùn)算”參數(shù)，完成加濕片線槽的制作。

4.以圓柱的圓心為中心再繪制一個(gè)半徑4.5mm、高-20mm的圓柱，選擇“減運(yùn)算”參數(shù)，完成加濕器出氣孔的設(shè)計(jì)。最后選擇“特征造型”—“圓角”，美化蓋子的出氣孔和頂面邊線，圓角距離5mm。

5.在蓋子右側(cè)網(wǎng)格面中繪制一個(gè)圓柱，“中心”為（100，0，0），半徑13mm，高12mm，隨后在圓柱上繪制一個(gè)半徑10.15mm、高-6mm的圓柱，選擇“減運(yùn)算”參數(shù)，單擊確定完成。使用“六面體”命令，“對(duì)齊平面”選擇小圓柱的環(huán)形頂面，“點(diǎn)”的坐標(biāo)為（-87，0，12），繪制一個(gè)長(zhǎng)20mm、寬2mm、高-3mm的六面體，并選擇“減運(yùn)算”參數(shù)。

6.以小圓柱的圓心作為中心點(diǎn)，再繪制一個(gè)半徑4.5mm、高-20mm的圓柱，選擇“減運(yùn)算”參數(shù)，完成加濕器棉棒插孔的設(shè)計(jì)。

（三）儲(chǔ)水體設(shè)計(jì)

1.在網(wǎng)格面中繪制一個(gè)圓柱，圓柱“中心”為（0，-75，0），半徑35mm，高120mm，隨后以圓柱的頂面圓心為中心，再繪制一個(gè)半徑為27.5mm、高為-118mm的圓柱，選擇“減運(yùn)算”參數(shù)。

2.將視圖導(dǎo)航器調(diào)整到“前”，在圓柱上繪制一個(gè)寬5mm、長(zhǎng)-20mm、高85mm的六面體，并選擇“減運(yùn)算”參數(shù)，完成水量觀察位制作。

3.將視圖導(dǎo)航器調(diào)整到“上”，使用“草圖繪制”—“圓形”命令，在儲(chǔ)水體頂面上繪制半徑27.5mm的圓形和半徑33mm的圓形，圓心相同。隨后，使用“拉伸”命令拉伸圓形草圖，拉伸高度5mm，并選擇“加運(yùn)算”參數(shù)。

4.使用“六面體”命令，“對(duì)齊平面”選擇儲(chǔ)水體的環(huán)形頂面，“點(diǎn)”的坐標(biāo)為（-27.5，-75，125），繪制一個(gè)長(zhǎng)7mm、寬6mm、高-150mm的六面體，并選擇“減運(yùn)算”參數(shù)，完成儲(chǔ)水體線槽的制作。

（四）硬件倉(cāng)設(shè)計(jì)

1.在網(wǎng)格面中繪制一個(gè)六面體，“中心”為（100，-75，0），長(zhǎng)80mm，寬80mm，高60mm;選擇“圓角”命令，依次點(diǎn)擊六面體的四條豎邊，圓角距離20mm;隨后選擇“抽殼”命令，“厚度T”為-2mm，開放面不選擇;然后在六面體的頂面繪制一個(gè)半徑為33mm的圓柱，高度-20mm，選擇“減運(yùn)算”參數(shù)。

2.將視圖導(dǎo)航器調(diào)整到“前上”，在硬件倉(cāng)內(nèi)部正面上方繪制一個(gè)長(zhǎng)40mm、寬33mm、高-1mm的六面體，選擇“減運(yùn)算”參數(shù);隨后在剛才的位置上再繪制一個(gè)長(zhǎng)27.2mm、寬21mm、高-20mm的六面體，并選擇“減運(yùn)算”參數(shù)，這樣，OLED模塊的安裝位就制作完成了。

3.將視圖導(dǎo)航器調(diào)整到“右”，在硬件倉(cāng)右側(cè)面繪制一個(gè)長(zhǎng)16.2mm、寬13mm、高-20mm的六面體，并選擇“減運(yùn)算”參數(shù)，這樣，DHT11數(shù)字溫濕度傳感器模塊的安裝位就制作完成了。

4.將視圖導(dǎo)航器調(diào)整到“后上”，在硬件倉(cāng)內(nèi)部正面繪制一個(gè)長(zhǎng)13mm、寬7mm、高-1mm的六面體，選擇“減運(yùn)算”參數(shù);隨后在剛才的位置上再繪制一個(gè)長(zhǎng)6.8mm、寬4.6mm、高-20mm的六面體，并選擇“減運(yùn)算”參數(shù)，這樣，開關(guān)模塊的安裝位就制作完成了。

5.將視頻導(dǎo)航器調(diào)整到“前上”，在開關(guān)位的下方繪制一個(gè)長(zhǎng)20mm、寬8mm、高4mm的六面體;使用“移動(dòng)”—“動(dòng)態(tài)移動(dòng)”命令，將六面體往上移動(dòng)3mm，往硬件倉(cāng)方向移動(dòng)10mm;使用“組合編輯”—“減運(yùn)算”，“基本體”是硬件倉(cāng)，“合并體”是六面體，這樣，鋰電池的充電安裝位就制作完成了。

至此，智控加濕器的三維造型設(shè)計(jì)全部完成，如圖1。

（五）切片打印

將智控加濕器分成蓋子、加濕片蓋子、儲(chǔ)水體、硬件倉(cāng)四個(gè)模塊進(jìn)行切片，然后通過3D打印機(jī)進(jìn)行打印。

四、安裝調(diào)試

（一）模塊安裝

將準(zhǔn)備好的好好搭搭“好搭酷Mini”、OLED模塊、DHT11數(shù)字溫濕度傳感器模塊、鋰電池、開關(guān)、杜邦線、加濕器模塊、USB模塊、水瓶等材料，利用電烙鐵、熱熔膠槍組裝在加濕器造型中。

（二）模塊接線

分別將OLED模塊、DHT11數(shù)字溫濕度傳感器模塊、USB模塊、鋰電池與好搭酷Mini進(jìn)行連接：DHT11數(shù)字溫濕度傳感器模塊接在A1接口，OLED模塊接在I2C/UART接口，USB模塊接在D0接口，鋰電池接在電源接口。最后將加濕器模塊連接到USB模塊上。

（三）程序設(shè)計(jì)

進(jìn)入好好搭搭網(wǎng)站（http：//www.haohaodada.com/），登錄賬號(hào)，選擇“創(chuàng)作—U盤下載模式編程—好搭酷Mini”，進(jìn)入程序設(shè)計(jì)界面，根據(jù)功能需求完成程序設(shè)計(jì)，如圖2。程序設(shè)計(jì)完成后，將程序下載到好搭酷Mini，通上電源，就大功告成啦！

教學(xué)反思

本項(xiàng)目以生活中的真實(shí)情境為切入點(diǎn)，找出生活中的真實(shí)問題，讓學(xué)生依托自身的能力解決問題。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，學(xué)生接觸到了眾多學(xué)科的知識(shí)，例如皮膚舒適的濕度值、三維模型和實(shí)際尺寸之間的差值、開源硬件和編程知識(shí)等，學(xué)生在解決問題的過程中自身的能力和知識(shí)得到了拓展和鞏固，思維能力得到了提升。

（本課件由i3DOne青少年三維創(chuàng)意社區(qū)推薦）