基于正逆向设计结合的3D打印实践教学

以装配体零件为载体,以正逆向设计结合为思想,以项目式教学为依托的3D打印实践教学项目,引导学生自主创新,注重产品质量。实践过程中部分零件采用正向设计并打印制作成型,其余零件则采用逆向设计并打印制作成型,组装获得完整装配体。教学实施效果表明,实践环节中的产品废品率显著下降,同时学生的课堂参与度显著提升。基于正逆向设计结合的教学方法突破传统的3D打印实践教学思路,锻炼了学生项目管理、自主创新、主动思考解决问题等综合能力,贯彻落实了学生质量观意识的培养。

新工科背景下“正/逆向设计加工”课程实践体系的探索与实践

阐述了长安大学现代工程训练中心建立的“正/逆向设计加工”课程实践体系的主要内容和实施效果。体系以教学融合+创新实践的方法进行构建,融合“CAD”“3D打印”“逆向工程”“CNC数控加工”等知识内容,采用递进式教学打破课程孤岛,鼓励学生自主创造,坚持全贯穿式教学实践环境。为培养新工科背景下的智能制造复合型人才提供了新型教学思路,对推动高校工程训练教学改革具有一定的借鉴意义。

叶轮逆向设计与五轴加工技术的研究

针对叶轮逆向设计与五轴加工技术进行了研究。基于Geomagic软件,采用三维扫描仪对叶轮进行数据采集和处理,生成叶轮的三维模型,并对叶轮曲面精度和质量进行了分析。同时,利用NX软件进行五轴编程设计,生成了叶轮的加工程序,并在五轴机床上进行了试切加工验证。结果表明:该方法可以有效提高叶轮的设计和制造效率,为叶轮的应用提供了有力支持。

基于逆向设计的高校体育俱乐部课程构建

高校体育蕴藏着激发和维持学生运动的内驱动力。在逆向设计的路引下,对学情进行分析,建立分层基础,师生共同进行有针对性地设定目标,完成“三有”课程的兴趣导引,逐级推进至运动意义的联系和更多可能性的拓展。结合资料分析和实践反馈,初步构建“有兴趣”“有意义”“有可能”的高校体育俱乐部课程框架已成雏形,以此激励学生主观能动性,实现多维度育人。

逆向设计:让学生用表现展示自己的理解——以统编版语文教材四年级上册《为中华之崛起而读书》为例

逆向教学设计“以终为始”,从预期结果入手,然后确定必要的证据来判定是否已经达到预期结果。在明确预期结果和评估方法后,再考虑相应的学习活动。其一般流程为:确定预期目标—寻找评估证据—设计学习活动。小学语文逆向教学设计,能够助力学生核心素养的提升。

基于钛合金(TC4)材料的义齿逆向设计及3D打印技术分析

3D打印技术为义齿的设计和制造带来了新的思路和方法。逆向设计是3D打印技术的核心之一,可以根据患者的口腔模型反推设计方案,以确保义齿在功能、美学和稳定性等方面符合患者的需求。此外,3D打印技术还可以实现个性化制作,满足患者个体化需求。因此,对基于钛合金(TC4)材料的义齿逆向设计及3D打印技术进行了分析和研究。

逆向设计的整本书阅读教学要义——以童话故事集《小鲤鱼跳龙门》阅读教学为例

整本书阅读教学具有周期性长、内容丰富的特点,适合采用逆向设计的方式。在逆向设计下,整本书阅读教学要遵循课程标准要求,确定预期的学习目标;根据目标提炼阅读主题,设计适切的评价内容;创设指向目标、贯穿表现性评价的多样活动,保障充分的阅读实践;并提供伴读指导,帮助学生建构阅读经验图式,积累整本书阅读经验。

“逆向设计”视域下单元整体教学路径探析——以统编语文教材七下第三单元为例

基于“逆向设计”理论,聚焦初中生在叙事性作品学习中存在的文体知识模糊不清、写作平铺直叙等问题,围绕统编初中语文教材七下第三单元展开单元整体教学路径探析,具体展示“预估效果”阶段、“确定评价量规”阶段、“规划教学活动”阶段的设想与策划。“逆向设计”视域下的单元整体教学,旨在探索真正以学生为中心,切实提升学生核心素养的可行路径。

渐递进邮轮造型与功能布局逆向设计方法

为了形成我国邮轮的自主设计能力,提升在邮轮概念方案阶段中的智能化设计水平,提出一种渐递进邮轮造型与功能布局逆向设计方法。在剖析大型邮轮外观形态特征和内部功能区布局特征基础上,形成中大型邮轮典型特征值船型库,采用匹配值和关联值等逆向设计法来生成设计船造型与方案,并基于RHINO的二次开发,编制一套专门针对中大型邮轮上层建筑造型和内部功能区布局概念方案设计的软件模块,进行示例验证。结果表明,该方法生成的设计方案与原船设计拟合相似度高,方案逆向还原性强,证明应用该设计方法生成的方案具有直观性和可行性。该方法的实施可有效帮助设计师与船东来描述和展现邮轮船型方案,为将来进一步构建“邮轮设计脑”做出积极探索。

基于生成对抗网络模型的高自由度超表面原子逆向设计

为解决传统方法在设计电磁响应差异显著的超表面时需要消耗大量时间以及计算资源的问题,打破超表面在波前调控领域的应用瓶颈,将生成对抗神经网络与预测神经网络组合的模型引入设计流程中,实现了对高自由度超原子的快速、精确逆向设计。研究表明,使用卷积网络模型作为光谱预测器代替复杂的电磁数值模拟时,可实现对超原子电磁响应光谱的快速、准确分析。生成对抗网络模型则取代了传统的迭代优化试错法,能够根据设计要求快速产生多个满足条件的候选超原子结构。该模型结合工艺容差分析等手段,为全息显示、光学功能器件等新颖应用提供可靠的设计方法。

数字型太赫兹带通滤波器的逆向设计及优化

针对高性能太赫兹功能器件的规范化设计需求,本文将智能逆向设计方法应用于太赫兹带通滤波器的设计与优化中.建立与数字空间映射的亚波长超表面等效模型,从设定器件的目标功能和约束条件出发,利用智能算法探索整个解空间中的全部可能结构,迭代寻优至最优结构图案.本文利用搭建的逆向设计框架设计了中心频率为0.51 THz、带宽为41.5 GHz、插入损耗为–0.1071 dB的太赫兹带通滤波器.与传统的人工正向设计相比,逆向设计方法可解构出窄带、低插入损耗、带外抑制强、极化稳定性强的带通滤波器.

逆向设计视域下小学生劳动画像的价值引领

学生劳动画像是依靠数字化技术以及时数据评价追踪学生的劳动学习轨迹,用一定的数据标签描述的方式为学生的劳动行为、表现等构建“画像”,从而给他们个性化的劳动教育提供有力支持。为此,以逆向设计理念为指导,通过对小学生进行劳动画像价值引领实践,即在精准把脉学情、量身定制劳育指导、用数据进行常态测评等基础上进行劳动画像的内涵解析,从建立画像指标体系、理清数据采集标准、累积画像模型证据完善小学生劳动画像顶层架构,并在重新定义,智能推送,动态跟进中不断实现价值追求,丰盈学生的综合素养,为劳动教育的信息化改革提供样本。

逆向设计理念下的小学语文高段大单元教学——以统编版小学语文五年级下册第二单元教学为例

聚焦核心素养的语文学习提倡大单元教学,而大单元教学需要教师去发掘人文主题与语文要素的内在联系,建构以大概念、大任务、大情境为主的大单元教学。本文以统编版小学语文五年级下册第二单元教学为例,从三个方面探索基于逆向设计的大单元教学:一是确定“大概念”,预知学习结果;二是依据预期学习结果,创设“大任务”,确定评估证据;三是围绕“大任务”,设计真实的大情境,开展学习活动,促进学生进行有意义的学习,获得持续的理解,形成语文核心素养。

主题意义视域下的小学英语学历案逆向设计

《义务教育英语课程标准(2022年版)》在解释课程内容要素时,对主题的作用和功能进行了清晰界定:主题连接和统领其他内容要素,为语言学习和课程育人提供语境范畴。这便要求教师在教学中要以主题为引领选择和组织课程内容。为让学生获得更多知识和技能,加强学生的语言运用与实践,培养学生自主学习、合作学习的能力及思维品质,笔者在日常教学中对主题意义引领下的小学英语学历案逆向设计进行了探索实践。

逆向设计理念下优化小学英语单元写作课教学的实践探索

逆向设计倡导以终为始、追求理解的教学设计。文章基于该理念,结合写作实例,探讨单元写作课的有效教学策略——深度研读语篇,明确预期结果;立足学生发展,转化学习目标;着眼单元整体,细化评估项目;注重学习体验,追求学生理解,助力学生写作技能的提升和技巧的内化,促使学生完成从“会”写到“慧”写的蜕变。

一种基于点云神经网络的非均匀点阵逆向设计方法

点阵材料因其轻质、高强、可实现多功能设计等特点受到了高度的关注,并在航空航天、舰载设备等领域有所应用。均匀分布的点阵结构的结构效率并非最优,研究人员针对特定的点阵结构开展了一些非均匀点阵的设计方法研究,但是现有算法存在难以适应三维点阵、缺乏整体框架、设计参数过少等局限。针对有限元分析云图可以转化为位置与应力结合的矩阵形式的特点,提出一种基于点云神经网络的非均匀点阵设计方法,该方法以有限元分析中节点应力矩阵作为输入,以非均匀点阵设计参数作为输出,实现了有限元分析的逆运算。该方法利用边卷积和最大池化模块解决了矩阵化表示应力信息的交互性和无序性问题,较好地解决了点阵结构的非均匀设计问题.

UbD逆向设计:高中语文整本书阅读教学的有效路径——以《红楼梦》的整本书阅读教学为例

整本书阅读是统编高中语文教材根据《普通高中语文课程标准(2017 年版 2020 年修订)》新设置的独立单元,包括《乡土中国》《红楼梦》两部著作,体现了“整本书阅读与研讨”学习任务群的教学要求。美国专家格兰特·威金斯和杰·麦克泰提出的 UbD 逆向设计框架具有独特价值,能够促进高中语文整本书阅读教学的推进。本研究主要就这一问题进行论述,并以《红楼梦》为例设计了相对完整的教学策略,希望为高中语文一线教学提供借鉴。

热力学计算与机器学习相结合逆向设计镍基高温合金

采用热力学计算与机器学习相结合的方法进行镍基高温合金面向热力学性能要求的逆向设计。结果表明:通过高通量热力学计算成功构建镍基高温合金热力学计算数据集,为采用机器学习方法实现面向热力学性能要求的镍基高温合金逆向设计提供数据基础。针对热力学目标性能建立若干C2P模型,模型精度均高于99%。采用MLDS方法进行合金成分逆向设计,推荐的8种合金均满足性能的要求(1100℃下的γ'相体积分数Vγ',1100℃≥60%,V_(γ,1100℃)+Vγ',1100℃≥99%,γ'相熔点Tγ′≥1300℃)。热力学性能预测误差最小的3种合金实验验证表明,Vγ',1100℃均大于80%,时效后的组织中V_(γ,1100℃)+Vγ',1100℃≥99%,且Tγ′≥1300℃,均满足设计的要求。

计算机生物工程学技术辅助逆向设计外踝后外侧低切迹钢板

背景:高龄外踝骨折患者行传统外侧钢板内固定后常发生手术切口愈合不良、感染等现象,随着工程学软件在医学中的应用,一种可放置在后外侧的新型钢板能够被设计出并解决上述问题。目的:以外踝骨折线顶部与骨折线前缘起点的距离(ACD)、骨折线顶部与外踝尖部距离(CTD)、骨折线顶部与骨折线后缘的距离(PCD)及腓骨远端前外侧面与后外侧面夹角(CA)的三维CT数据为基础,使用医学生物工程学软件逆向设计外踝后外侧低切迹钢板。方法:各取30例不稳定外踝骨折及正常踝关节行CT扫描并三维重建,使用3-matic软件测量外踝骨折患者中ACD、CTD及PCD的数值,绘制并描述外踝骨折线特点,并使用mimics软件测量正常踝关节中CA的数值。以上述测量数据为基础,使用3-matic、solidworks软件设计出外踝后外侧低切迹钢板,构建出钢板厚度及钉道方向。在Geomagic Studio软件中行精细曲面、自动曲面、拟合曲面等操作,生成低切迹钢板雏形,并进行3D打印;取外踝后外侧切口,拨开腓骨长短肌腱,将3D打印出来的钢板雏形放置在腓骨后方以测试其大小及与骨面的贴合度。结果与结论:①ACD均值为(2.97±0.03)cm,变异度为5.23;PCD均值为(3.17±0.11)cm,变异度为17.60;CTD均值为(4.52±0.07)cm,变异度为8.60;②以此绘制外踝骨折线,呈倒“V”型;胫距关节面截面处CA均值为(103.20±1.94)°;腓骨远端前缘上下顶点的中点截面处CA均值为(78.50±1.78)°;③通过3-matic、solidworks及Geomagic Studio软件能够成功设计出外踝后外侧钢板,钢板近端螺钉孔道预留三四孔,其螺钉方向由后向前,远端预留内外侧各3个螺钉孔道,内侧3个孔道方向可由后向前,外侧3个螺钉孔道需偏向内侧,角度为9.72°-13.28°;④提示外踝前外侧骨折线ACD位置的变异度相对较小,而后外侧PCD位置变异度较大;外踝骨折块前外侧面与后外侧面的夹角呈现递减趋势,近段夹角变异度较小,而远端较大;基于外踝三维CT重建数据,在计算机生物工程学软件辅助下,利用逆向设计构思能够快捷方便地设计出贴合性佳的外踝后外侧低切迹钢板,为骨折内固定物的设计提供有价值的参考。

新课标下高中语文教学“逆向设计”的再思考

逆向设计充分关注学习主体的学习需求,有力地促进了课堂教学方式的变革。而在教学实践中,也出现了学习目标统摄力不强、评估证据监管度不足、学习体验的动态性不高等诸多问题。需要进一步厘清三大设计要素的内涵,准确把握三者之间的内在关联,形成清晰而严密的教学设计链。积极突破教学惯性,反复磨合,不断优化,努力实现新课标所追求的教、学、评一致的课堂效应。