技术与创造系列

9．创造力开发与技术发明

技术的本质在于创造，创造力的发展是一个民族立于不败之地的动力所在。

本模块旨在帮助学生理解技术的发展需要发明和革新，能够有意识地运用一定的技术和方法体验发明创造的过程，形成积极的创造意向和兴趣，培养良好的批判性思维和创造性思维等思维品质。

本模块由“技术与创造力开发”“创新思维与技法”“创新工具与创客文化”“发明成果与专利”四个单元组成。内容结构如图：

创造力开发与技术发明

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技术与创造力开发   创新思维与技法   创新工具与创客文化   发明成果与专利

【内容要求】

（1）认识技术的创造性特征，知道创新是技术发展的核心，理解技术的发展需要发明和革新，并通过案例加以说明。

（2）理解创造力的要素构成，通过案例分析理解创新意识、创新精神、创造性思维、创新方法对创造力开发的价值。

（3）说明创造性思维的特性，通过比较、探究等方式理解抽象思维、形象思维、直觉思维、灵感思维、发散思维、收敛思维、分合思维、逆向思维、联想思维等思维方式的特点；用批判性思维对已有技术成果进行技术分析。

（4）熟悉创造技法如智力激励法、设问法、联想组合法、类比法、列举法、形态分析法、系统提问法等基本方法，综合应用多种创造技法进行技术产品的创新设计。

（5）理解创新工具的丰富性和发展性，使用2—3种创新工具和公开的数据与信息进行创新设计与制造；利用新材料、新工艺，如激光切割机、三维打印机、数控机床等设备进行设计成果的物化实现。

（6）阐述创新文化对技术进步的重要意义，评述创客及创客文化对社会生活的影响，知道众创空间的多种形态，对典型的创客案例进行创造活动基础和路径的科学分析。尝试运用自生产工具进行创意设计和技术创新实践活动，体验成果分享和创造过程的快乐。

（7）综合运用多学科知识，根据一定的原则和方法，经历技术创新的一般过程，形成创造性设计成果，并进行交流、评价和成果转化。

（8）对所创造的成果进行利弊分析，并提出防止产生负面影响的优化路径和有效措施。

（9）理解并尊重他人的创造性设计成果，知道保护自己的知识产权在技术领域的重要性，形成使用和发明技术的道德意识、伦理意识与责任意识；掌握网络查询专利数据库及资料的方法，通过模拟或实地参观，学会专利申请的方法。

【教学提示】

教学策略提示

可选用与学生生活相联系的技术发明与革新的案例，也可选用我国古代四大发明的案例来激发学生对创造力开发的积极向往；可采用发现式教学法，引导学生搜集、学习有关资料并发现创造思维、创造技法方面的概念和原理；可鼓励学生遵循科学性、创新性、实用性的原则，自主选题、自主设计、自主选择材料和工具设备，通过操作常用的手工工具、数控机床、激光切割机、三维打印机等进行模型制作，从中体验意念具体化和方案物化过程中的复杂性和创造性；可采用任务竞标的形式培育创客文化，构建以用户为中心、面向应用的创新环境，引导学生深入理解创客及其文化，并对我国的技术创新现象进行文化反思。

项目任务提示

可围绕“一升水可以让小车跑多远？”等技术问题，组织学生开展技术创新活动，引导学生在实践中体验与感悟创造力开发的过程；可开展传统用品的创新设计与制作活动，如汽水瓶盖扳手、斗拱模型等；可开展现代用品的优化设计与制作活动，如环保售卖机、现代桥梁模型等。

教学装备提示

（1）本模块的教学应在专用教室或者学校的众创空间开展，空间上可以规划为创新设计区、加工制作区、交流展示区、材料存放区。

（2）专用教室应配备技术与创造力开发的实际案例、典型作品以及历年来学生的创新作品；配置网络学习环境；配置关于设计工具、设计库、设计案例、设计模型、创造方法、加工工艺等方面的教学资源。

（3）专用教室也可与“技术与设计1”“技术与设计2”等模块的专用教室打通使用，其配置的工具、材料、设施及安全防护用品等要求基本相同。

【学业要求】

通过本模块的学习，学生能运用具体的技术应用实例描述技术的产生和发展，认识技术的创造性特征，了解技术发展需要发明和革新；知道创造力构成要素，形成积极的创造意向和兴趣，培养良好的批判性思维和开放性想象等创造性思维等思维品质；能恰当选择某种创新思维形式进行技术创新，能有意识地运用多种创造技法解决技术问题，设计创新方案；理解创客及创客文化对社会的影响，知道众创空间的多种形态，能够运用1—2种自生产工具，进行相应的创意设计和作品制作，体验创造实践的快乐，形成勇于创新的行为习惯；能自主选题、设计、制作等，完成一个发明创造作品，设计制作一份作品展板，并尝试进行创造性设计成果的转化；知道尊重他人创造性设计成果和保护自己知识产权的原则和方法，能利用网络查询专利数据库及资料，通过模拟或实地参观，学会专利申请的方法。

10．产品三维设计与制造

三维打印技术是指在计算机控制下，采用层层叠加材料的方式来制造三维物体的技术。学习本模块，学生能了解常见的三维打印技术及其机理，初步掌握一款三维设计软件，能够运用三维设计与制造技术的思想、方法与工具解决实际技术问题。

本模块由“三维打印原理”“三维产品技术分析”“三维模型设计”和“三维打印技术应用”四个单元组成。内容结构如图：

产品三维设计与制造

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三维打印原理  三维产品技术分析  三维模型设计  三维打印技术应用

【内容要求】

（1）简要说明三维打印技术的产生与发展历程，并通过亲身体验，感悟三维打印技术对自然和人类的生产、生活方式产生的影响。

（2）描述1—2种常见的三维打印机运行原理、应用领域和所受到的技术限制，并能正确、安全地操作三维打印机。

（3）知道获得三维打印模型数据的途径，用图样方式表达采用FDM（Fused Deposition Modeling，熔融沉积成型）技术的三维打印实施流程。

（4）结合三维打印机的成型工艺特点，对设计的产品进行技术分析。

（5）制订同时满足产品设计要求和三维打印成型工艺要求的技术设计与制造方案，并通过比较、权衡和优化，确定最终解决方案。

（6）利用一款三维设计软件将设计方案转换成三维数字模型，并对所设计产品的三维数字模型进行优化、渲染和测试，掌握将三维数字模型转换成相应二维机械加工图的方法，了解实用图形的分层和每层的路径规划。

（7）使用一款三维打印机的切片软件，对所设计的三维数字模型进行分层切片、路径规划及相关参数的设定，并转化成打印机的运行指令文件。

（8）应用产品的三维设计与三维打印技术，设计并制造一个实用且具有简单组合结构的产品；对制造好的产品进行后期加工、组装与测试。

（9）阐述三维扫描、逆向工程和智能制造在技术产品设计和制造中的作用。

【教学提示】

教学策略提示

可通过相关视频播放和图片展示，并结合不同时期三维打印机制造的实物，进行讲解、体验与比较；可通过如“从自体皮肤的移植到利用人体自体皮肤的打印移植”“产品设计与制造从设计、开模、铸模、组装等烦琐的工序简化到设计与打印”“从人工盖房子到用打印机打印出房子”等项目加深理解和体验；可通过辩论的形式分析和理解三维打印技术对未来生活的可能影响，激发学生学习三维设计与制造技术的兴趣，培养学生理性看待技术的意识；可通过查阅相关资料、实际操作及实物展示，进行比较、体验和分析打印材料、打印原理和应用领域之间的相互关系及所受到的限制；可通过演示、分析和讨论基于问题解决的三维设计图样和通过三维打印机制造出的产品，理解三维产品技术设计分析的方法和掌握三维产品技术设计与制造的一般过程；可利用软件进行点、线、面、体等简单的图形绘制，让学生逐渐熟悉软件界面的各按钮功能及其应用，进行较为简单的设计综合训练，还可进行较为复杂的实体三维设计、测试、渲染；可通过三维打印机控制软件对Gcode文件和X3G文件进行格式转换和打印，体验和掌握三维打印机控制界面各按钮的功能及使用方法。

项目任务提示

可选择使用三维设计软件和三维打印技术，完成一个简单的一体化嵌入式结构项目任务，如设计并制造一个体育老师使用的哨子，体验三维打印技术的特有加工功能和解决实际问题的优势；可提出贴近学生生活的产品设计项目，如带把手茶杯的设计与制造分析、风动艇的三维技术设计分析等，让学生在真实情境中寻找问题、探索解决问题的途径和掌握三维设计与制造的方法；有条件的学校可以尝试运用三维扫描技术，使学生在三维设计中快速获得实物三维数据，进一步丰富三维设计与制造的技术体验。

教学装备提示

（1）本模块的教学应在专用教室开展，专用教室空间上可规划为加工区、打印区、测试区、设计区、展示区等区域，应配置网络化学习环境。

（2）专用教室应配置一定数量的三维打印机、高性能三维设计计算机、网络激光打印机等设备；配置手工绘图套件；配置什锦锉，小型抛光机、小型数控铣床、砂轮机、砂带机等精细加工设备；配置相应技术设计的图书、图片、典型案例集等图书资源。有条件的学校可配置三维扫描仪。

（3）专用教室可配置简洁易用、功能丰富的开源设计软件，也可配置功能更为强大的三维设计软件。

【学业要求】

能列举多种体现不同打印原理的三维打印技术应用实例，并通过案例比较分析三维打印技术与传统制造技术在产品制造领域中各自的优势与不足；能对三维打印技术在制造领域的成功案例进行理性分析与讨论，形成技术的敏感性和责任意识；能熟悉一款常用三维设计软件界面按钮的功能与使用方法；能根据技术设计分析绘制简单的组合式三维图形，并能在虚拟空间进行性能测试，根据测试结果对设计产品进行优化和外观渲染；能熟练掌握三维打印机控制面板的各项操作及日常保养方法；能将三维设计数据转化为三维打印机加工数据，同时对加工中出现的常见问题进行分析和处理；能根据需要设计合适的打印支撑架；能根据实际需求，完成测量、绘制草图、用计算机绘制三维设计图、在虚拟环境中进行测试与优化，并用三维打印机进行制造、安装与调试；能熟练掌握打印产品的后期加工方法；了解三维扫描仪的使用方法和应用领域。