空天科技探秘

主题

💡 第 16 课 · 创意设计工作坊：从方案到原型 ​

模块：综合 ｜ 课时：45 分钟 ｜ 类型：项目

📖 讲义🔬 实践活动✏️ 学生任务单👨‍🏫 教师参考📋 素材清单

📖 讲义 ​

模块：综合创意设计 ｜ 课时：45 分钟 ｜ 类型：项目工作坊（PBL 冲刺） 教学法：EDP 之 Create（制作）阶段 + 工作坊（Workshop）模式

学习目标 ​

完成本课后，你能够：

  1. 运用 SCAMPER 奔驰法的 7 种思维工具，为已有方案激发新的创意改进点。
  2. 完成从"用户需求"到"功能列表"再到"技术方案"的需求-功能映射。
  3. 对照赛事《创意设计方案模板》的八章节，把方案提纲扩展为成文稿。
  4. 选择并制作一种原型（3D 打印实体模型 / Arduino 演示原型 / 概念渲染图），验证方案的可行性。
  5. 运用"我欣赏…我建议…我疑惑…"三段式反馈法，给同伴提供建设性意见。

核心知识 ​

一、SCAMPER 奔驰法：给创意"加把劲" ​

前面 15 课你们已经选好题、定好原型（第 6 课选题、第 14 课原型定稿）。但"有想法"和"有创意"之间，还差一个系统激发创意的工具。SCAMPER 奔驰法正是这样一个工具：它对你已有的方案提出 7 个维度的追问，逼着你跳出原有框架。

字母关键词追问航天创意举例
Substitute替换能否用别的东西替换某个部件/材料/技术？用太阳能薄膜替换传统电池，让月球车更轻
Combine合并能否把两个功能/技术/产品合并？把北斗短报文和导盲手杖合并，做出无信号区也能报平安的手杖
Adapt改造能否把别的领域的东西改造后用上？把医院用的超声骨密度仪改造成空间站宇航员骨流失监测仪
Modify修改能否改变形状/颜色/运动/声音？把固定式太阳能板修改为折叠展开式，发射时收拢、入轨后展开
Put to other uses用途这个东西还能用在别的场景吗？把遥感卫星的农作物长势算法用于校园植物监测教学
Eliminate消除能否去掉某个部件/步骤？去掉无人机旋翼，改用涵道风扇降噪（消除噪声痛点）
Reverse反转能否把顺序/结构/视角反过来？不让卫星"看地面"，而是让地面站"看卫星"健康状态（反转监测对象）

💡 怎么用：把你现在的方案写在纸中央，然后从 S 到 R 逐条追问。每一条追问都可能逼出一个新改进点。不是每条都有用，但只要撞出 1–2 个亮点，你的"创新点"章节就立住了。

二、需求-功能映射：从"发现问题"到"设计方案" ​

创意不是凭空而来，而是从真实需求出发。需求-功能映射是一张把"问题"翻译成"方案"的桥梁：

用户需求（谁在什么场景下遇到什么困难）
        ↓ 分解
功能列表（方案必须具备哪些功能才能解决需求）
        ↓ 对应
技术方案（每个功能用什么技术/器件实现）

示例（以"北斗导盲手杖"为例）：

用户需求功能列表技术方案
视障者在陌生街道要避开障碍超声波测距 + 振动反馈HC-SR04 超声波模块 + 振动马达
在郊野无手机信号处需求助卫星短报文发送北斗三号短报文模块
家人想知道视障者位置厘米级定位北斗高精度定位芯片
手杖要轻便耐摔轻量化外壳3D 打印 PLA + 碳纤维管

⚠️ 常见误区：很多同学跳过"功能列表"，直接从"需求"跳到"技术"，导致方案功能堆砌、缺乏逻辑。先列功能、再配技术，方案才站得住。

三、方案文稿写作要点（对照赛事八章节） ​

🏆 方案文稿是作品包的核心文件，直接对接赛事。请直接使用 contest-templates/创意设计方案模板.md，本课不重复模板内容，只讲怎么写好每一章。

赛事模板正文八章节，本课聚焦其中最关键的四章的写作要点：

章节写作难点怎么写好
一、背景与问题容易写成大段科普用"谁-在什么场景-遇到什么困难"三段式锁定问题；附 1–2 条数据或案例
三、科学原理容易照抄教材只写与你的方案直接相关的原理，配关键公式和原理图；不相关的知识删掉
四、创意设计方案（核心）容易变成功能罗列先画系统框图，再讲每个模块；"创新点"要单独成段，用 SCAMPER 推导过程佐证
六、可行性分析容易空喊"可行"分科学/技术/经济三层论证；有原型的写原型测试结果，这是最强说服力

💡 从提纲到成文的诀窍：每个小节先写 3–5 个要点（bullet），再扩成段落；段落开头一句话总结本段，后面是论据。先骨架后血肉。

四、原型制作：三选一 ​

原型不是"装饰品"，而是证明方案可行性的证据。根据你的技术能力和方案特点，三选一：

原型方式适合的方案工具能验证什么
3D 打印实体模型结构类、外观类（航天器外形、机械装置）Fusion 360 / SolidWorks 教育版 + 3D 打印机结构合理性、尺寸比例、人机交互
Arduino 演示原型功能类（传感、控制、通信）Arduino UNO + 传感器 + 面包板核心功能能否跑通（如定位、测距、报警）
概念渲染图远期/大尺度方案（空间站、月球基地）KeyShot / Blender 渲染视觉呈现和设计思路，弥补"造不出真品"

⚠️ 原型只做核心部分就够。例如做"月球车"，3D 打印底盘+轮子，Arduino 实现避障功能，不必把整台车做全。评委看的是你能不能验证关键创意，不是工程完整度。

五、同伴互评：建设性反馈三段式 ​

工作坊不是各做各的，同伴互评是关键环节。学会给意见、也学会接受意见，是航天工程师的核心软技能（航天工程本质是协作工程）。使用三段式反馈法：

🎤 "我欣赏……" → 先肯定对方方案的优点（1–2 条具体的，不要泛泛夸） 🎤 "我建议……" → 提出具体可改进的地方（聚焦问题，不攻击人） 🎤 "我疑惑……" → 提出你没看懂的地方（往往是对方要补的漏洞）

好的反馈："我欣赏你们把北斗短报文用在视障关怀上，立意很好；我建议系统框图加上电源模块，否则看不清供电链路；我疑惑视障者怎么区分不同振动模式代表的障碍类型？"

差的反馈："挺不错的，加油。"（无信息量）

💡 互评是双向的：你给别人的意见越具体，别人给你的反馈也越有价值。这节课的互评记录要写进研究日志，是答辩时可引用的"迭代证据"。

本课小结 ​

  • SCAMPER 奔驰法：S/C/A/M/P/E/R 七种追问，系统性激发创意。
  • 需求-功能映射：需求 → 功能列表 → 技术方案，三步把问题翻译成设计。
  • 方案文稿：对照赛事八章节，先骨架后血肉，重点突破背景/原理/方案/可行性四章。
  • 原型三选一：3D 打印（结构）/ Arduino（功能）/ 渲染图（概念），只做核心部分。
  • 三段式反馈：欣赏 + 建议 + 疑惑，是协作也是软技能。

延伸阅读 ​

  1. 📖 《创新算法》（根里奇·阿奇舒勒）——TRIZ 发明问题解决理论，SCAMPER 的进阶版。
  2. 🎬 B站搜索"Fusion 360 新手教程"——30 分钟上手 3D 建模。
  3. 🌐 Arduino 官方教程：https://docs.arduino.cc/learn/
  4. 📖 大赛官方《创意设计方案模板》——本课直接使用，见 contest-templates/创意设计方案模板.md。
  5. 📖 《设计心理学》（唐纳德·诺曼）——需求与功能映射的经典读物。

🔬 实践活动 ​

第 16 课实践环节（约 40 分钟，工作坊模式） 教学法：EDP 之 Create 阶段 + 同伴互评

活动目标 ​

  1. 各组对照赛事《创意设计方案模板》，把方案提纲扩展为成文稿初稿。
  2. 各组推进原型制作（3D 打印 / Arduino / 渲染图三选一），完成阶段性产出。
  3. 通过两两交叉互评，获得同伴的建设性反馈，形成下次课修改计划。

器材清单 ​

器材数量说明
电脑（含设计/写作软件）每组 ≥1Fusion 360 / SolidWorks 教育版 / Arduino IDE / KeyShot / Canva
3D 打印机全班 2–4 台共享FDM 桌面级即可，PLA 耗材
Arduino 套件每组 1（按需）UNO 主板 + 传感器包 + 面包板 + 杜邦线
《创意设计方案模板》（赛事）每组 1见 contest-templates/创意设计方案模板.md，纸质或电子
《方案文稿进度检查表》每组 1见下方
《同伴互评记录表》每组 2见下方（一份评别人，一份收别人的评价）
《原型制作决策表》每组 1见下方

工作坊流程 ​

⚠️ 本课是工作坊模式：教师不再统一讲授，而是巡场指导——走到每组旁边，针对性答疑。各组按自己节奏推进，遇到问题举手找教师。

Phase 1：方案文稿撰写工作坊（15 min） ​

各组任务：打开赛事《创意设计方案模板》，对照八章节，把你们已有的提纲/素材扩展为成文稿。

教师巡场重点：

  • 检查每组是否真正理解"谁-在什么场景-遇到什么困难"的问题陈述。
  • 重点看第四章"创意设计方案"是否画了系统框图——没有系统框图的方案是"空中楼阁"。
  • 对"写不长"的小组，提示用 SCAMPER 追问或需求-功能映射扩展（见讲义）。

组内分工建议：

  • 成员 A 主笔"背景/问题/原理"（偏写作）。
  • 成员 B 主笔"方案/技术路线/可行性"（偏技术）。
  • 成员 C（如有）画系统框图、整理器材清单。

✅ Phase 1 产出：完成《方案文稿进度检查表》自评，明确哪些章节已完成、哪些还需课后补。

Phase 2：原型制作（15 min） ​

各组任务：根据第 14 课定稿的原型方向，三选一推进制作。

三种方式的课堂操作：

方式本课能完成的进度教师支持重点
3D 打印完成/检查 Fusion 360 模型，导出 STL，提交打印队列帮学生检查模型是否封闭、壁厚是否合理；打印耗时长的安排课后取件
Arduino搭好电路，烧录基础代码，验证核心功能（如传感器读到数据）提供示例代码，帮排查接线/库文件问题
渲染图完成建模，导入 KeyShot/Blender 设材质灯光，渲染 1–2 张帮调相机角度和材质参数

⚠️ 3D 打印耗时提醒：FDM 打印一个小件通常 30–90 分钟，课堂 15 分钟打不完。本课重点是建模+切片+提交打印队列，成品课后取。教师可提前一天帮部分小组预打印。

先填《原型制作决策表》再动手——想清楚再行动，避免返工。

✅ Phase 2 产出：原型阶段性成果（模型文件/电路照片/渲染图），填好《原型制作决策表》。

Phase 3：同伴互评（10 min） ​

规则：两两配对（教师指定配对，避免同主题组互评以拓宽视角）。

流程：

  1. A 组用 3 分钟向 B 组口头介绍方案要点（问题、创意、原型进度）。
  2. B 组用 2 分钟填写《同伴互评记录表》（三段式：欣赏/建议/疑惑）。
  3. 角色互换，B 组介绍、A 组点评。
  4. 双方交换记录表，各自带回。

🎤 互评纪律：反馈要具体——"系统框图缺电源模块"比"图不够好"有价值；对事不对人——评价方案而非队友。

✅ Phase 3 产出：每组收到 1 份同伴的《同伴互评记录表》。

Phase 4：修改计划（5 min） ​

各组任务：根据同伴反馈 + 教师巡场意见，讨论并列出下次课（第 17 课）的修改清单。

修改清单格式（写在研究日志或任务单上）：

序号待修改项来源（同伴/教师）负责人预计何时完成
1系统框图补电源模块B 组建议成员 B第 17 课前
2...

✅ Phase 4 产出：下次课修改清单（写入研究日志）。

附表 1：方案文稿进度检查表 ​

对照赛事《创意设计方案模板》八章节自评。✓=已完成 / △=有提纲未成文 / ✗=未开始

章节子项进度备注（缺什么）
封面作品名称/团队/学校等
一、背景与问题1.1 研究背景
1.2 发现的问题（谁-场景-困难）
二、查新与研究现状2.1 文献/专利检索（≥3 条）
2.2 现有方案不足
三、科学原理关键原理 + 公式/原理图
四、创意设计方案4.1 设计目标
4.2 总体方案 + 系统框图
4.3 关键技术与创新点
4.4 设计图纸
五、技术路线与实现5.1 实现步骤
5.2 器材/技术清单表
5.3 预期难点
六、可行性分析科学/技术/经济 + 原型验证
七、应用前景与展望未来场景 + 升级方向
八、参考资料≥3 条，注明出处

💡 目标：本课结束时，第一/三/四/六章至少到 △（有提纲），争取第四章成文。

附表 2：同伴互评记录表 ​

被评组：__________ 评价组：__________ 日期：______

作品名称：______________________

我欣赏……（对方方案的具体优点，1–2 条） ​

我建议……（具体可改进的地方） ​

我疑惑……（没看懂/觉得有漏洞的地方） ​

总体一句话评价：________________________________

附表 3：原型制作决策表 ​

团队：__________

1. 我们选择的原型方式（三选一打 ✓）：

  • [ ] 3D 打印实体模型
  • [ ] Arduino 演示原型
  • [ ] 概念渲染图

2. 为什么选这种方式（结合方案特点 + 团队能力，2–3 句）：

3. 本方案"核心创意"靠原型验证哪一点？（最重要——原型不是做全套，是验证关键创意）

4. 需要的资源：

资源是否已备备注
软件（Fusion 360 / Arduino IDE / KeyShot）
硬件（3D 打印机 / Arduino 套件 / 传感器）
耗材（PLA / 杜邦线 / 面包板）
教师/同伴技术支持

5. 预计完成时间节点：

  • 本课完成：________________
  • 第 17 课前完成：________________
  • 第 18 课答辩前完成：________________

讨论问题（如时间允许） ​

  1. 同伴的反馈里，哪一条让你"恍然大悟"？为什么？
  2. 你们方案的"核心创意"用原型验证了吗？如果没有，差在哪一步？
  3. 下次课（第 17 课）你们组最需要教师提供什么支持？

⚠️ 注意 ​

  • 本课是工作坊，进度自主，但 Phase 1–4 都要有产出（检查表/原型/互评表/修改清单）。
  • 3D 打印件课后取，不要在课堂上干等打印。
  • 互评记录表请妥善保存，这是答辩时可引用的"迭代证据"，体现你们做过用户测试和同行评议。
  • 本课产出直接进入作品包：🏆 方案文稿初稿 + 原型阶段性成果是作品包的核心交付物。

✏️ 学生任务单 ​

姓名：__________ 班级：__________ 团队：__________

课前预习自检（进教室前完成） ​

  1. 你们组第 14 课定稿的原型方向是什么？（3D 打印 / Arduino / 渲染图）__________
  2. 方案文稿目前进度（八章节中已完成几章）？__________
  3. 本节课你们组最想解决的问题是什么？（一句话）________________________________

课堂任务（当堂完成） ​

任务 1：SCAMPER 创意激发练习（5 分钟，Phase 1 前） ​

用 SCAMPER 奔驰法对你组现有方案追问，每个字母至少尝试 1 条（写不出就写"无"）：

字母追问对你方案的启发（或填"无"）
S 替换能替换什么部件/材料？
C 合并能合并什么功能/技术？
A 改造能改造借用什么？
M 修改能修改什么形态/流程？
P 用途还能用在哪？
E 消除能去掉什么？
R 反转能反过来想吗？

💡 从中挑出 1–2 条最有价值的，写进方案文稿第四章"创新点"。

任务 2：需求-功能映射表（5 分钟，Phase 1 中） ​

把你们方案的核心需求拆成功能和技术：

用户需求对应功能技术方案

任务 3：方案文稿进度自检（配合 Phase 1） ​

填写实践活动中的《方案文稿进度检查表》（八章节 ✓/△/✗），圈出本节课你要主攻的章节：__________

本节课我在文稿上完成的具体内容：________________________________

任务 4：原型制作决策（配合 Phase 2） ​

填写实践活动中的《原型制作决策表》。本课原型阶段性成果是：________________________________

任务 5：同伴互评记录（配合 Phase 3） ​

我们组点评的对象：__________ 组（作品：________________）

三段式我的内容
我欣赏……
我建议……
我疑惑……

我们组收到的评价（来自 ________ 组）：

  • 欣赏：________________________________
  • 建议：________________________________
  • 疑惑：________________________________

任务 6：修改计划（配合 Phase 4） ​

列出下次课（第 17 课）前的修改清单：

序号待修改项负责人完成时间
1
2
3

课后任务 ​

必做 ​

  1. 完成方案文稿初稿：对照赛事《创意设计方案模板》，把八章节全部至少写到 △，第四章"创意设计方案"成文。

    • 完成情况自评：八章节中已成文章节 ______ 个，待补 ______ 个。

  2. 推进原型制作：按《原型制作决策表》的时间节点，第 17 课前完成原型主体。

    • 第 17 课前要完成的原型部分：________________________________

  3. 整理研究日志：把本课的 SCAMPER 练习、互评记录、修改清单整理进研究日志（答辩要用）。

选做 💡 ​

  1. 开始构思海报：参考《展示海报规范》，草拟海报各板块要放什么内容（先文字后设计）。

    • 海报系统框图：□ 已有 □ 待画

  2. 开始构思视频：写一个 3–5 分钟视频的分镜脚本提纲（开头/方案演示/原型测试/结尾）。

  3. 查新深化：去中国知网或国家知识产权局专利库，补全方案文稿第二章"查新"的 3–5 条检索结果。

自评（✔ / ✘） ​

本课目标达成
用 SCAMPER 给方案激发了至少 1 个新创意点
完成了需求-功能映射表
方案文稿第四章（创意设计方案）有提纲或成文
选定并推进了原型制作方式
完成了同伴互评（给出 + 收到）
制定了下次课修改清单

👨‍🏫 教师参考 ​

课时概览 ​

本课起进入"综合创意设计"模块（第 16–18 课），是 PBL 项目的最终冲刺。第 6 课选题、第 14 课原型定稿两个里程碑已完成，本课的目标是把各组方案从"提纲/碎片"打磨成成文方案文稿 + 推进原型。

本课的最大转变是教学模式：从"教师讲授"转为"教师引导/教练"的工作坊模式。教师本节课说话时间应控制在 8 分钟以内，其余时间巡场指导。

时间分配表（45 分钟） ​

时间环节内容形式
0–3 min🎤 开场明确本课目标 + 工作坊规则（自主推进、举手求助）讲授
3–8 min🎤 工具速讲SCAMPER 7 字母速过 + 需求-功能映射 + 三段式互评（各 1 个例子）讲授
8–23 min✅ Phase 1方案文稿撰写工作坊（教师巡场）小组 + 巡场
23–38 min✅ Phase 2原型制作（3D 打印/Arduino/渲染，教师技术支持）小组 + 巡场
38–48 → 实为 38–45✅ Phase 3+4 合并同伴互评（5min）+ 修改计划（2min）小组

⚠️ 时间紧，Phase 3 和 Phase 4 各压缩 5 分钟/3 分钟。若互评来不及充分，可把互评延到课后线上完成，但修改清单必须当堂出。

紧凑版时间表（推荐） ​

时间环节
0–3 min开场 + 目标
3–8 min工具速讲（SCAMPER + 需求-功能 + 三段式）
8–23 minPhase 1 方案文稿（15 min）
23–38 minPhase 2 原型制作（15 min）
38–43 minPhase 3 同伴互评（5 min，1 组介绍+1 组点评，各 2.5 min）
43–45 minPhase 4 修改清单 + 收尾（2 min）

教学设计（EDP + 工作坊对应） ​

阶段本课对应
EDP · Create（制作）方案文稿成文 + 原型制作
EDP · 前序衔接Ask（第6课选题）/ Imagine（前期课程）/ Plan（第14课原型定稿）
EDP · 后续Test & Improve（第17课迭代）/ Share（第18课答辩）
工作坊角色教师是教练/引导者，不是讲授者

工作坊模式的教师角色 ​

本课教师角色发生根本转变，请注意以下几点：

  1. 少讲多巡：开场讲授控制在 8 分钟内。之后全程在教室走动，每组停留 2–3 分钟。
  2. 提问而非给答案：学生问"我这样写行不行"，反问"你觉得评委看这章最想看到什么？"——逼学生自己想。
  3. 抓共性问题：巡场时若发现 3 组以上有同样问题（如都没画系统框图），可临时叫停 1 分钟统一提示。
  4. 差异化支持：对进度快的小组给拓展任务（如开始海报草图），对进度慢的小组帮其聚焦"先完成第四章"。
  5. 管理器材排队：3D 打印机是瓶颈资源，提前排好打印队列，避免课堂混乱。

重难点与突破策略 ​

重难点 1：方案文稿从"提纲"到"成文" ​

  • 学生困难：有提纲但写不长、写不具体，容易卡在第四章"创意设计方案"。
  • 突破：
    • 强调"先骨架后血肉"——每小节先 3–5 个 bullet，再扩段落。
    • 第四章核心是系统框图——让学生先画框图，框图画清楚，文字自然跟上。
    • 用 SCAMPER 和需求-功能映射帮学生"有话可写"（详见 FAQ Q1）。
    • 教师巡场时，对卡住的小组，当场示范把一个 bullet 扩成段落。

重难点 2：原型制作的技术门槛 ​

  • 学生困难：3D 建模不会、Arduino 接线乱、渲染参数不会调。
  • 突破：
    • 3D 打印：提供简化模板（如 Tinkercad 拖拽式建模，或教师预制的可修改模型）；实在不会建模的，用纸板/超轻黏土做手工模型替代（见差异化建议）。
    • Arduino：提供示例代码包和接线图，学生改参数而非从零写；重点验证"核心功能能跑通"。
    • 渲染图：教学生套用 KeyShot 预设材质和 HDRI 环境，5 分钟出图。

重难点 3：同伴互评流于形式 ​

  • 学生困难：互评变成"挺好的""加油"，无信息量。
  • 突破：强制三段式（欣赏/建议/疑惑），且要求每段至少 1 条具体内容；教师抽查互评表，对敷衍的重做。

常见问题（FAQ） ​

Q1：学生说"方案写不长，凑不够字数"怎么办？ ​

引导其用两个工具扩写：① SCAMPER——把方案在 7 个维度的追问写进"创新点"和"展望"；② 需求-功能映射——把每个功能对应的技术方案展开写（原理+选型理由+参数）。另外强调：赛事要求正文 3000–6000 字，但质量重于字数——有图有数据有原理，比堆字强。切忌灌水。

Q2：学生说"我不会 3D 建模，原型做不出来"怎么办？ ​

提供分层方案：① 用 Tinkercad（在线拖拽，1 节课能上手）做简化模型；② 教师提供预制模型，学生改参数；③ 实在不行，改用超轻黏土/纸板手工模型或手绘三视图——赛事原型不强制 3D 打印，关键是"把设计讲清楚"。建模能力可在课后用 B 站教程补。

Q3：学生说"原型只能做一部分，不完整怎么办"怎么办？ ​

明确告诉学生：原型只验证核心创意就够。例如做"月球车"，3D 打印底盘+轮子验证结构，Arduino 实现避障验证功能，不必做整台车。在方案文稿第六章"可行性分析"中写明"原型验证了 XX 功能，其余部分通过仿真/论证补充"——这反而体现工程思维。评委更看重"你验证了关键点"而非"做全了"。

Q4：组内进度不一致（一人写文稿、一人卡壳）怎么办？ ​

这是常态，反而是分工机会：① 明确组内分工（A 写作/B 技术/C 设计）；② 进度快的人做"高阶任务"（如开始海报草图、查新深化），不是等；③ 教师巡场时帮"卡壳"成员具体破题。关键原则：每个人都有事做，不闲不等。

Q5：学生问"互评记录有什么用，要交吗？" ​

告诉学生：互评记录写进研究日志，是答辩时可引用的"迭代证据"——评委问"你们怎么改进方案的"，你能拿出同伴反馈记录，说明你们做过同行评议。这是科研规范，也是加分项。

参考答案（学生任务单） ​

任务 1：SCAMPER 练习（开放题，无标准答案） ​

  • 评分要点：每个字母是否认真尝试（哪怕"无"也要说明为什么无）；是否从中提炼出 1–2 条有价值的新创意点。
  • 示范（以北斗导盲手杖为例）：
    • S 替换：用太阳能薄膜替换电池 → 续航更长
    • C 合并：合并语音播报 → 视障者不用看屏幕
    • E 消除：去掉屏幕（视障者用不上）→ 降低成本

任务 2：需求-功能映射（开放题） ​

  • 评分要点：需求是否具体（谁-场景-困难）；功能是否覆盖需求；技术方案是否对应功能。见讲义"北斗导盲手杖"示范表。

任务 3–6：过程性产出，依据进度检查表/决策表/互评表/修改清单的完成度评分。 ​

差异化教学建议 ​

按技术水平分层 ​

学生水平原型方案建议方案文稿要求
基础（无建模/编程经验）手工模型（纸板/黏土）或手绘三视图 + 简化 Arduino（套示例代码）八章节齐全，第四章有系统框图即可
中等（会基础软件）Tinkercad 简化 3D 模型 或 Arduino 实现单一核心功能第四章成文，第六章有原型验证描述
进阶（会 Fusion 360/编程）Fusion 360 建模 + 3D 打印 + Arduino 多传感器联动第四章详尽，第六章有测试数据图表

按方案类型分层 ​

  • 结构类方案（航天器外形、机械装置）：优先 3D 打印。
  • 功能类方案（传感、控制、通信）：优先 Arduino。
  • 大尺度/远期方案（空间站、月球基地、深空探测）：优先渲染图 + 缩比模型。

对进度滞后小组 ​

  • 帮其砍范围：与其做半套，不如聚焦"一个核心功能 + 一个系统框图"做扎实。
  • 设"最低交付线"：第 17 课前至少完成方案文稿第四章 + 原型主体。

对进度超前小组 ​

  • 引导其开始海报内容草拟（先文字后设计）、视频分镜、查新深化。
  • 鼓励其做"第二个原型"验证不同方案，体现迭代。

赛事对接说明 🏆 ​

本课产出是作品包的核心交付物，直接对接赛事：

本课产出对应作品包赛事评审维度
方案文稿初稿（八章节）① 创意设计方案文稿（PDF）创意性、科学性、可行性
原型阶段性成果② 实物模型/概念原型方案实现的过程
系统框图① 文稿 + ③ 海报方案表达的清晰度
互评记录 + 修改清单⑥ 研究日志迭代与同行评议

教师提醒学生的关键点：

  1. 方案文稿要对照赛事最新模板（每年微调），提交前核对当年版本。
  2. 原型是"可行性"的最强证据——有原型的方案在评审中显著占优。
  3. 系统框图是评委理解方案的"入口"，务必清晰。
  4. 互评和修改记录体现科研规范，答辩时是加分素材。

课前准备清单 ​

设备与软件 ​

  • [ ] 3D 打印机 ≥2 台，PLA 耗材充足，提前预热/调试
  • [ ] Arduino 套件若干（UNO 主板 + 常用传感器：超声波/温湿度/光照/蓝牙 + 面包板 + 杜邦线）
  • [ ] 电脑机房或学生自带电脑，预装：
    • [ ] Fusion 360 教育版 / SolidWorks 教育版 / Tinkercad（在线）
    • [ ] Arduino IDE
    • [ ] KeyShot / Blender（渲染）
    • [ ] 文字处理软件（Word/WPS，用于方案文稿）
  • [ ] 投影仪（用于开场讲授）

文档与素材 ​

  • [ ] 《创意设计方案模板》打印件每组 1 份（或电子版）
  • [ ] 《展示海报规范》电子版（供选做学生参考）
  • [ ] 学生任务单每人 1 份
  • [ ] 实践活动附表（进度检查表/互评记录表/原型决策表）每组 1 套
  • [ ] Arduino 示例代码包 + 接线图（教师提前准备 U盘/网盘分发）
  • [ ] 3D 打印简化模板/预制模型（给基础薄弱学生）

课堂管理 ​

  • [ ] 提前排好 3D 打印队列（避免课堂拥堵）
  • [ ] 预先指定同伴互评配对（避免同主题组互评，拓宽视角）
  • [ ] 准备 1–2 个"救急"示范（如教师当场把一个 bullet 扩成段落，演示怎么写方案）

课前 1 天 ​

  • [ ] 检查 3D 打印机状态，提前帮 2–3 个小组预打印（课堂演示用）
  • [ ] 确认所有软件可正常启动、账号已登录（Fusion 360 教育版需账号）
  • [ ] 浏览各组第 14 课原型定稿记录，预判哪组可能卡壳

附：三种原型方式的资源支持建议 ​

3D 打印实体模型 ​

  • 软件：Fusion 360 教育版（免费，需学校邮箱注册）/ Tinkercad（在线，零基础）/ SolidWorks 教育版。
  • 硬件：FDM 桌面级 3D 打印机（如 Creality Ender 3），PLA 耗材。
  • 切片：Cura / PrusaSlicer（免费）。
  • 课堂策略：本课只做建模+切片+提交打印队列，成品课后取；耗时长的提前一天预打印。
  • 降级方案：不会建模的用 Tinkercad 拖拽或手工模型替代。

Arduino 演示原型 ​

  • 硬件：UNO 主板 + 传感器（按方案选）+ 面包板 + 杜邦线 + 电池。
  • 软件：Arduino IDE（免费）。
  • 资源：教师准备示例代码包（超声波测距、舵机控制、蓝牙通信等），学生改参数用。
  • 课堂策略：重点验证"核心功能跑通"，不追求代码优雅。接线错误的，教师帮查。
  • 降级方案：用 Mixly 图形化编程替代 C 代码（更适合零基础）。

概念渲染图 ​

  • 软件：KeyShot（渲染）/ Blender（免费开源）/ Fusion 360 自带渲染。
  • 课堂策略：套用预设材质和 HDRI 环境，教学生调相机角度，5 分钟出图。
  • 降级方案：用 PowerPoint 3D 或手绘透视草图 + Photoshop 上色。

💡 三种方式不是排他的：进阶小组可以"3D 打印结构 + Arduino 验证功能"组合，做出更有说服力的原型。

📋 素材清单 ​

本课为工作坊模式，素材以设备、软件、模板为主。课前务必逐一核对可用性。

一、3D 打印设备与材料 ​

素材规格/型号数量用途来源/备注
FDM 3D 打印机桌面级（如 Creality Ender 3 / Anycubic i3 Mega）全班 2–4 台共享打印实体模型学校创客实验室；课前调试到位
PLA 耗材1.75mm，多色每台机 ≥1 卷打印材料白/灰/黑基础色即可
切片软件Cura / PrusaSlicer每台电脑 1模型转 G-code免费
砂纸/锉刀粗细各若干后处理打磨可选
502 胶水/AB 胶—若干模型组装⚠️ 使用注意通风

二、3D 建模软件 ​

软件类型获取方式适合
Fusion 360 教育版桌面，免费（教育许可）https://www.autodesk.com/education/edu-software 用学校邮箱注册进阶建模，专业级
SolidWorks 教育版桌面，学校授权学校机房预装工程制图方向
Tinkercad在线，免费https://www.tinkercad.com 浏览器直接用零基础入门，拖拽式
Onshape在线，免费教育版https://www.onshape.com/en/education协作建模

💡 推荐组合：零基础用 Tinkercad 入门 → 进阶用 Fusion 360。课前确认所有学生电脑能正常登录。

三、Arduino 套件 ​

器材型号/规格数量（每组）用途
Arduino UNO 主板R31主控
USB 数据线方口转 USB1烧录 + 供电
面包板400 孔1免焊接线
杜邦线公公/公母各1 套连接
超声波传感器HC-SR041测距（避障类方案常用）
温湿度传感器DHT11/DHT221环境监测类方案
光照传感器光敏电阻模块1光强检测
蓝牙模块HC-051无线通信
舵机SG901机械动作
蜂鸣器/LED—若干声光报警
电池盒6F22 9V 或 4×AA1脱机供电

Arduino IDE：免费下载 https://www.arduino.cc/en/software （Windows/Mac/Linux 均支持）。

💡 教师可采购"Arduino 超级套装"（约 100–200 元/套），含以上多数元件。

四、渲染软件（概念渲染图） ​

软件类型获取备注
KeyShot桌面，教育版https://www.keyshot.com/education/上手快，预设材质多
Blender桌面，免费开源https://www.blender.org/功能强，学习曲线略陡
Fusion 360 自带渲染内置随 Fusion 360基础渲染够用

五、方案文稿模板（赛事，直接使用） ​

文档位置用途
创意设计方案模板contest-templates/创意设计方案模板.md本课方案文稿直接对照此模板八章节撰写
展示海报规范contest-templates/展示海报规范.md选做：开始构思海报的学生参考

⚠️ 赛事模板每年微调，提交前务必到大赛官网下载当年最新版核对。

六、其他文档（打印） ​

文档份数说明
学生任务单每人 1
《方案文稿进度检查表》每组 1见实践活动附表 1
《同伴互评记录表》每组 2见实践活动附表 2
《原型制作决策表》每组 1见实践活动附表 3
《创意设计方案模板》打印件每组 1纸质方便对照

七、示例资源（教师准备） ​

资源用途备注
Arduino 示例代码包学生改参数用含超声波测距/舵机/蓝牙等，教师预制
接线图集学生照接配合示例代码
3D 打印预制模型给基础薄弱学生改教师提前建几个通用模型
1–2 份获奖海报样例选做学生参考第 1 课用过的案例库可复用

八、注意事项 ​

  • ⚠️ 3D 打印机是瓶颈资源：课前排好打印队列；耗时长的提前一天预打印；课堂上不做干等。
  • ⚠️ Fusion 360 教育版需账号：课前提醒学生用学校邮箱注册，避免课堂卡在登录。
  • ⚠️ Arduino 供电安全：接线时断电，确认无误再通电；避免短路烧主板。
  • ⚠️ 502 胶水/砂纸使用：注意通风和粉尘，建议戴口罩。
  • ⚠️ 数据备份：提醒学生课后立即备份模型文件/代码/文稿到云盘或 U 盘，防丢失。

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