奉贤中学 王欢

一、项目简介

本项目根据《普通高中通用技术课程标准》2017 版选择性必修模块“产品三维设计与制造”部分的单元内容要求设计，是一个开放式、短期项目，适用于初、高中学段初步开展3D设计与打印项目式学习的学生群体。

本项目通过迭代的方法完成求生哨的设计制作，由于求生哨的频率应该大于3000Hz，所以主要探讨外形设计与哨音频率的关系。

通过求生哨的制作，学生能知道求生哨的概念和哨子的发声原理，能够运用草图和三维建模软件进行设计表达，并使用3D打印机制作求生哨。通过模型的优化设计，学会迭代的设计方法。通过基于标准的过程性实验，学会实验对比、评价的方法。在设计与制作过程中培养学生形成初步的工程意识和思维。

二、项目设计

1.核心知识

2.高阶认知

3.驱动性问题

1）情境设计：

观看电影《泰坦尼克号》女主角Rose获救的片段。提问为什么Rose大声呼喊时救生员却听不到，而轻轻吹了声哨子就获救了？之后展示求生哨在生活中的应用，让学生认识到哨子的作用。

2）驱动任务：

荒野求生游戏规则：每个探险小队6人，需制作符合要求的求生哨（频率大于3000Hz），吹响求生哨即获救，游戏获胜。

3）项目子任务：

A.探究哨子发声原理 B.设计求生哨并绘制草图，三维建模 C.3D打印制作求生哨 D.测试和优化模型

4.项目成果

设计方案、三维建模文件、3D打印的求生哨、项目书。

三、项目实施

项目共分为三个环节。

第一环节，基于问题，进行背景经验探究学习。要设计制作求生哨，首先要知道哨子是如何发声的。让学生通过资料的检索分析学习，课堂交流分享学习成果，从而知道哨子的原理，明确任务要求。

第二环节，基于项目，进行工程设计。绘制草图，三维建模，利用3D打印机在规定的时间内打印一个哨子，通过吹响哨子来验证设计是否符合要求。

第三环节，模型优化设计。通过对比3D打印出来的作品，进一步探讨影响哨子发声的结构因素，如吹气口、出气口、尺寸等影响因素，改进自己的设计进而打印出更优模型。在完成基本设计要求的基础上，设计例如多功能哨子、便携哨子等等，针对生活中的问题提出解决方案。让学生经历多次“设计”与“实践”的循环过程。

四、学生作品

1.学生作品展示

2.作品迭代过程简介

一大组分三小组进行迭代，每次从三个哨子中选择制作较优的作品作为下一次迭代的基础。在初始作品中，小组一开口太大无法产生有效边棱音，小组二哨子内腔为空也无法产生有效边棱音，第三小组虽然没有能产生大于3000Hz的哨音，但是哨子吹响了，因此采用第三小组的作品作为下一次迭代的基础，并进一步完善经过两至三次迭代完成最终作品。

3.探究频率和哨腔长度关系

4.拓展设计

在原有哨子的结构基础上进一步设计，根据生活实际在外形、功能等方面进行改进，提出解决方案。

五、项目反思

1.主题设计结合生活情境，解决实际问题。

10年以后学生是否还记得书本中的公式？答案可能是否定的，但是他们一定还能回忆起他们做哨子的过程。记得打印好的哨子吹不响时的窘迫，记得经历一次次失败后模型优化后发出响亮声音时的喜悦。哨子这个载体短时间内即可打印成功，吹响哨子，调动起学生听觉、触觉、视觉。整个实验给教学和学习抽象概念引入了附加的物理维度，让虚拟转化为实物，使学生印象深刻。

2.让学生感受边学边做的工程学，体验到产品设计就是一个不断优化的过程。

在产品设计、工程和其他解决问题的行业，失败得越早，你就能越快地找到解决办法。设计过程是基于设计者反复测试设计理念，类似作家不断修改书稿的过程。使用3D打印来呈现学生的设计，让学生把他们的数字设计变成现实的东西，他们就会从中学到很多东西。在计算机上看起来很好的物体，打印出来经常不尽如人意，比预想的要么偏大，要么更笨重。历经反复设计，边测试边改进，让学生们历经设计、打印、尝试、再尝试的过程。

3.让学生体验各种学科知识在工程应用中融合，成为基础教学的有益补充。

哨子虽小，但是在求生哨的设计制作过程中却应用到多学科知识，学生需要用空气动力学原理来分析它，使用精确的数值来描述它，使用草图来进行设计，使用三维软件来建模，切片后应用3D打印机来实现它，最后还要反复经过以上过程来优化它。这样的学习为学生的终身学习打下基础。