基于3D打印的中學(xué)物理實驗拓展課程教學(xué)研究

【內(nèi)容摘要】3D打印技術(shù)發(fā)展迅速，在物理實驗拓展課程研究中，發(fā)揮了巨大的價值，在物理實驗過程中，常遇到實驗裝備損壞的問題，在3D打印技術(shù)支持下，為物理實驗裝備的維修提供了重要的保障。基于此，本文主要從教學(xué)設(shè)計、課程拓展規(guī)劃、教學(xué)活動設(shè)計、學(xué)習(xí)效果方面進行分析，確保拓展課程內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生綜合學(xué)習(xí)能力?！娟P(guān)鍵詞】3D打印中學(xué)物理實驗拓展課程教學(xué)3D打印技術(shù)運行基礎(chǔ)是數(shù)字模型文件將材料制造技術(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字化過程，生產(chǎn)方式簡單，打印時間短，成本較低，具有多種技術(shù)優(yōu)勢。因此，初中物理實驗拓展課程教學(xué)過程中，教師為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，將3D打印技術(shù)引入到課程設(shè)置中，旨在調(diào)動學(xué)生參與物理實驗操作的積極性，進而激發(fā)學(xué)生的探究欲望，更好培養(yǎng)中學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)。一、教學(xué)設(shè)計1.教學(xué)設(shè)計模型在3D打印技術(shù)支持下，教師結(jié)合學(xué)生實際情況，加強對物理實驗拓展課程的設(shè)計，制定完善的課程教學(xué)計劃，旨在物理實驗拓展課程授課過程中，培養(yǎng)學(xué)生動手操作機會，開發(fā)學(xué)生的思維，促使學(xué)生在實驗過程中，對項目成果進行交流，相互學(xué)習(xí)、相互促進，形成優(yōu)勢互補局面。在教學(xué)模型設(shè)計上，具體的操作流程如下：2.3D建模軟件學(xué)習(xí)教師不斷提升自身的信息化素養(yǎng)，積極學(xué)習(xí)3D建模軟件具體的操作流程和步驟，結(jié)合物理實驗拓展課程教學(xué)實際情況，加強對教學(xué)重難點的設(shè)計。整個過程中，教師充分尊重學(xué)生的個性化特征，結(jié)合學(xué)生物理學(xué)科基礎(chǔ)，加強對學(xué)生實際情況的判斷，確保物理實驗拓展課程設(shè)計的科學(xué)性和合理性，保證教學(xué)效果;在物理實驗拓展課程正式講解前，教師借助PPT中為學(xué)生詳細介紹了3D打印技術(shù)在參與到物理實驗拓展課程中的應(yīng)用情況，確保學(xué)生基本熟絡(luò)3D打印技術(shù)與物理實驗拓展課程之間的關(guān)系[1]。3.項目學(xué)習(xí)教師借助3D打印技術(shù)建立三維模型，進行PBL活動設(shè)計，根據(jù)學(xué)生物理實驗拓展課程學(xué)習(xí)需要，以及涉及的實驗項目，及時調(diào)整和修改課程方案，為學(xué)生答疑解惑，幫助學(xué)生梳理相關(guān)物理實驗項目思路，促使學(xué)生做好項目學(xué)習(xí)前準備工作，加深對3D打印技術(shù)在物理實驗拓展課程中的應(yīng)用認識，教師在教學(xué)中，主要以小組探究合作、自主學(xué)習(xí)方式為主，保證學(xué)生課程學(xué)習(xí)效果，強化學(xué)生在學(xué)習(xí)階段邏輯思維，積極參與到物理實驗拓展課程中，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，助推學(xué)生更好得出實驗結(jié)論。教師根據(jù)學(xué)生在物理實驗拓展課程中的表現(xiàn)，給出積極的評定，增強學(xué)生“成功”的體驗，增強學(xué)生自信心;在實驗成果分享階段，教師鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生積極進行作品展示和交流，更好反饋自己的學(xué)習(xí)成果。整個3D打印中學(xué)物理實驗拓展課程教學(xué)設(shè)計過程中，教師充分尊重了學(xué)生在物理實驗項目中的主體地位，結(jié)合學(xué)生實際，將3D打印技術(shù)融合到物理實驗拓展課程，明確了課程教學(xué)目標，深化教學(xué)設(shè)計，確保最大程度上提升物理實驗課程教學(xué)成效，擴充學(xué)生的知識面，增長學(xué)生的眼界，提升學(xué)生的邏輯思維能力[2]。4.課程拓展規(guī)劃物理實驗拓展課程教學(xué)是物理教學(xué)中重要組成部分，通過課程設(shè)計，有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實驗素養(yǎng)，增強學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，強化學(xué)生實驗教育效果。在3D打印技術(shù)支持下，教師將學(xué)生劃分多個小組，借助3D技術(shù)搭建物理實驗?zāi)Ｐ?，目的在于啟發(fā)學(xué)生動腦思考，培養(yǎng)學(xué)生探索精神和創(chuàng)造性思維能力，促使學(xué)生更好解決實際問題，保證物理實驗教學(xué)效果?；?D打印技術(shù)下，教師根據(jù)自身的教學(xué)經(jīng)驗和大量的教學(xué)實踐案例，建立模型，加強虛擬與現(xiàn)實之間的聯(lián)系;并通過大量的實驗理論和實踐操作，驗證模型建立是否具有科學(xué)性和可行性。二、教學(xué)活動設(shè)計為驗證3D打印技術(shù)在物理實驗拓展課程教學(xué)中應(yīng)用的可行性，教師在課程研究過程中，引入實驗案例教學(xué)，加強教學(xué)活動設(shè)計，例如，教師在教學(xué)蘇教版“裝滿水的杯子里能放多少回形針”這一實驗課題時，教師制定了明確的教學(xué)目標：提升學(xué)生實驗操作技能，保證學(xué)生能夠熟練使用實驗儀器和測量工具，培養(yǎng)學(xué)生觀察事物、分析問題以及解決實際問題的能力[3]。（一）活動設(shè)計思路教師引導(dǎo)學(xué)生模擬倒啤酒操作，分別對比哪組學(xué)生杯子中的啤酒倒的更多，進而為后續(xù)的實驗項目提供便利條件，基于學(xué)生生活實際著手，啟發(fā)學(xué)生，點燃學(xué)生科學(xué)探究欲望。在此基礎(chǔ)上，教師引入實驗項目，引導(dǎo)學(xué)生如何選取實驗器材，根據(jù)實驗項目要求，選擇了一次性塑料杯和一元錢硬幣，進而更好保證實驗的可操作性，增強實驗的創(chuàng)新性，保證實驗用具準備的直觀性，更加科學(xué)化地選取實驗器材，提升學(xué)生的判斷力[4]。整個活動設(shè)計中，借助3D打印技術(shù)展示模擬微觀，幫助學(xué)生理解物理知識，更好揭示物理現(xiàn)象，通過三維效果演示，學(xué)生直觀化的觀察到物理現(xiàn)象，加強對物理實驗知識的理解。例如，教師在教學(xué)“硫酸銅溶液擴散實驗”，教師借助3D技術(shù)進行演示，學(xué)生更加直觀地觀察3D圖片、動態(tài)演示圖像，促使整個實驗過程更為生動，幫助學(xué)生加深記憶，激發(fā)學(xué)生興趣。1.實驗操作教師按照常規(guī)實驗設(shè)計方案開展物理實驗教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自主收集和準備與實驗有關(guān)的準備工作，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，確保學(xué)生在整個實驗項目過程中，更加直觀化地觀察實驗現(xiàn)象，感受物理實驗中蘊藏的奧秘，拉近學(xué)生與物理學(xué)科之間的關(guān)系，并通過實驗論證的方式，切實解決實驗中遇到的問題。整個實驗過程中，教師積極做好實驗引導(dǎo)作用，將3D打印技術(shù)引入到課程教學(xué)中，調(diào)動學(xué)生參與實驗學(xué)習(xí)的積極性，促使課堂氣氛更加活躍，全面培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神，培養(yǎng)學(xué)生良好的實驗素養(yǎng)[5]。2.實驗合作交流“裝滿水的杯子里能放多少回形針”實驗過程中，使用的是相同的杯子，為保證學(xué)生深層次地理解實驗相關(guān)因素之間的關(guān)聯(lián)性，教師將學(xué)生劃分3～4人/組，進行探究合作，相互交流經(jīng)驗;教師以問題引導(dǎo)式方式詢問學(xué)生：“裝滿水的杯子與放入回形針多少有關(guān)嗎？放入回形針多少與杯口大小是否有關(guān)？”學(xué)生積極參與討論中，不斷用實驗的方式進行驗證，加強對教師問題的思考;整個物理實驗過程中，學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)得到一定的提升，推動物理實驗進展，為學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)提供了有利條件[6]。（二）基于3D打印的中學(xué)物理實驗拓展課程教學(xué)基于3D打印技術(shù)支持下，為進一步提升物理實驗拓展課程教學(xué)質(zhì)量，教師積極轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，樹立新思維、新理念，改變了傳統(tǒng)單一的教學(xué)理念，逐漸踐行新課程理念[7]。教師要審時度勢，重新定位學(xué)科教學(xué)目標，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生質(zhì)疑思維，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力。因此，教師在教學(xué)活動設(shè)計中，采用項目式教學(xué)方式開展基于3D打印的“電路連接的基本方式”實驗拓展課程教學(xué)活動，旨在強化學(xué)生對電路學(xué)習(xí)的理解和認識，激發(fā)學(xué)生參與物理學(xué)科學(xué)習(xí)的積極性;具體的教學(xué)流程如下：1.教學(xué)目標旨在提升學(xué)生知識理解能力，掌握相關(guān)的實驗技巧，更好地了解本單元相關(guān)的基本物理知識[8]。培養(yǎng)學(xué)生正確的情感價值，教師引導(dǎo)學(xué)生進行實驗操作，師生共同參與實驗過程，動手設(shè)計三維小夜燈模型，點燃學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，并在3D打印操作過程中，培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作交流，動手實踐的能力，更好激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。2.導(dǎo)課教師根據(jù)課程教學(xué)計劃和方案，向?qū)W生灌輸全新的教學(xué)理念，將教學(xué)目標和教學(xué)任務(wù)落實下去，介紹教學(xué)流程，并規(guī)范學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中應(yīng)當注意的事項，更好完成本堂課的教學(xué)目標，借助PPT為學(xué)生介紹3D打印技術(shù)發(fā)展背景和技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，吸引學(xué)生興趣，引發(fā)學(xué)生的好奇心[9]。（1）教師引導(dǎo)學(xué)生進行自主探究，熟悉電路基本連接方式，并通過實驗觀察，掌握電路串聯(lián)、并聯(lián)基本特點，確保整個過程中能夠激發(fā)學(xué)生的思維。（2）教師將學(xué)生分成若干小組，3～4人/組為宜，將具體的課程任務(wù)落實到各個小組中，確保小組成員明確課程教學(xué)最終目標。小組探究過程中，教師及時給予教學(xué)指導(dǎo)，為學(xué)生答疑解惑。（3）在實驗項目探究過程中，教師帶領(lǐng)學(xué)生對舊知識進行復(fù)習(xí)，并通過活動設(shè)計方式引入新課程：活動1：“使兩個小燈泡亮起來”，目的在于培養(yǎng)學(xué)生動手操作能力，能夠判斷電路種類;活動2：帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)電路基本連接方式和大量的理論知識后，教師引導(dǎo)學(xué)生建立3D模型，鼓勵學(xué)生進行小組相互探究和合作，及時提供幫助，保證學(xué)生作品完成度，并鼓勵學(xué)生發(fā)揮自己的想象力，根據(jù)教學(xué)任務(wù)逐步開展電路圖設(shè)計和3D模型設(shè)計，打印小夜燈3D模型照片，整個過程中，培養(yǎng)學(xué)生動腦思考能力和自身的感悟能力。（4）作品制作完成后，教師以比賽的形式，鼓勵各個小組進行作品成果展示，看看哪個小組作品設(shè)計的更好。教師建立了課程評價機制，包括生生評價、教師評價、自我評價;小組成員對作品進行展示，并表述設(shè)計理念。在生生評價過程中，學(xué)生積極學(xué)習(xí)彼此身上的優(yōu)點;在自我評價過程中，學(xué)生更加清晰化地看清自我，端正態(tài)度，不斷完善自我;教師評價，則是根據(jù)學(xué)生在課程實踐過程中的表現(xiàn)，其中包含了教師對學(xué)生日常行為表現(xiàn)的評價，包括了對本次項目作品設(shè)計的評