基于3D打印的中學物理實驗拓展課程教學研究

【內容摘要】3D打印技術發(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打印技術支持下，為物理實驗裝備的維修提供了重要的保障?；诖?，本文主要從教學設計、課程拓展規(guī)劃、教學活動設計、學習效果方面進行分析，確保拓展課程內容，培養(yǎng)學生綜合學習能力?！娟P鍵詞】3D打印中學物理實驗拓展課程教學3D打印技術運行基礎是數字模型文件將材料制造技術轉換為數字化過程，生產方式簡單，打印時間短，成本較低，具有多種技術優(yōu)勢。因此，初中物理實驗拓展課程教學過程中，教師為激發(fā)學生學習興趣，將3D打印技術引入到課程設置中，旨在調動學生參與物理實驗操作的積極性，進而激發(fā)學生的探究欲望，更好培養(yǎng)中學生物理學科素養(yǎng)。一、教學設計1.教學設計模型在3D打印技術支持下，教師結合學生實際情況，加強對物理實驗拓展課程的設計，制定完善的課程教學計劃，旨在物理實驗拓展課程授課過程中，培養(yǎng)學生動手操作機會，開發(fā)學生的思維，促使學生在實驗過程中，對項目成果進行交流，相互學習、相互促進，形成優(yōu)勢互補局面。在教學模型設計上，具體的操作流程如下：2.3D建模軟件學習教師不斷提升自身的信息化素養(yǎng)，積極學習3D建模軟件具體的操作流程和步驟，結合物理實驗拓展課程教學實際情況，加強對教學重難點的設計。整個過程中，教師充分尊重學生的個性化特征，結合學生物理學科基礎，加強對學生實際情況的判斷，確保物理實驗拓展課程設計的科學性和合理性，保證教學效果;在物理實驗拓展課程正式講解前，教師借助PPT中為學生詳細介紹了3D打印技術在參與到物理實驗拓展課程中的應用情況，確保學生基本熟絡3D打印技術與物理實驗拓展課程之間的關系[1]。3.項目學習教師借助3D打印技術建立三維模型，進行PBL活動設計，根據學生物理實驗拓展課程學習需要，以及涉及的實驗項目，及時調整和修改課程方案，為學生答疑解惑，幫助學生梳理相關物理實驗項目思路，促使學生做好項目學習前準備工作，加深對3D打印技術在物理實驗拓展課程中的應用認識，教師在教學中，主要以小組探究合作、自主學習方式為主，保證學生課程學習效果，強化學生在學習階段邏輯思維，積極參與到物理實驗拓展課程中，培養(yǎng)學生的科學探究能力，助推學生更好得出實驗結論。教師根據學生在物理實驗拓展課程中的表現，給出積極的評定，增強學生“成功”的體驗，增強學生自信心;在實驗成果分享階段，教師鼓勵和引導學生積極進行作品展示和交流，更好反饋自己的學習成果。整個3D打印中學物理實驗拓展課程教學設計過程中，教師充分尊重了學生在物理實驗項目中的主體地位，結合學生實際，將3D打印技術融合到物理實驗拓展課程，明確了課程教學目標，深化教學設計，確保最大程度上提升物理實驗課程教學成效，擴充學生的知識面，增長學生的眼界，提升學生的邏輯思維能力[2]。4.課程拓展規(guī)劃物理實驗拓展課程教學是物理教學中重要組成部分，通過課程設計，有利于培養(yǎng)學生科學實驗素養(yǎng)，增強學生理論聯系實際的能力，強化學生實驗教育效果。在3D打印技術支持下，教師將學生劃分多個小組，借助3D技術搭建物理實驗模型，目的在于啟發(fā)學生動腦思考，培養(yǎng)學生探索精神和創(chuàng)造性思維能力，促使學生更好解決實際問題，保證物理實驗教學效果?；?D打印技術下，教師根據自身的教學經驗和大量的教學實踐案例，建立模型，加強虛擬與現實之間的聯系;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性和可行性。二、教學活動設計為驗證3D打印技術在物理實驗拓展課程教學中應用的可行性，教師在課程研究過程中，引入實驗案例教學，加強教學活動設計，例如，教師在教學蘇教版“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目標：提升學生實驗操作技能，保證學生能夠熟練使用實驗儀器和測量工具，培養(yǎng)學生觀察事物、分析問題以及解決實際問題的能力[3]。（一）活動設計思路教師引導學生模擬倒啤酒操作，分別對比哪組學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，基于學生生活實際著手，啟發(fā)學生，點燃學生科學探究欲望。在此基礎上，教師引入實驗項目，引導學生如何選取實驗器材，根據實驗項目要求，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，更加科學化地選取實驗器材，提升學生的判斷力[4]。整個活動設計中，借助3D打印技術展示模擬微觀，幫助學生理解物理知識，更好揭示物理現象，通過三維效果演示，學生直觀化的觀察到物理現象，加強對物理實驗知識的理解。例如，教師在教學“硫酸銅溶液擴散實驗”，教師借助3D技術進行演示，學生更加直觀地觀察3D圖片、動態(tài)演示圖像，促使整個實驗過程更為生動，幫助學生加深記憶，激發(fā)學生興趣。1.實驗操作教師按照常規(guī)實驗設計方案開展物理實驗教學，引導學生自主收集和準備與實驗有關的準備工作，培養(yǎng)學生自主學習能力，確保學生在整個實驗項目過程中，更加直觀化地觀察實驗現象，感受物理實驗中蘊藏的奧秘，拉近學生與物理學科之間的關系，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作用，將3D打印技術引入到課程教學中，調動學生參與實驗學習的積極性，促使課堂氣氛更加活躍，全面培養(yǎng)學生科學探究精神，培養(yǎng)學生良好的實驗素養(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，為保證學生深層次地理解實驗相關因素之間的關聯性，教師將學生劃分3～4人/組，進行探究合作，相互交流經驗;教師以問題引導式方式詢問學生：“裝滿水的杯子與放入回形針多少有關嗎？放入回形針多少與杯口大小是否有關？”學生積極參與討論中，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，學生科學探究素養(yǎng)得到一定的提升，推動物理實驗進展，為學生學科素養(yǎng)的培養(yǎng)提供了有利條件[6]。（二）基于3D打印的中學物理實驗拓展課程教學基于3D打印技術支持下，為進一步提升物理實驗拓展課程教學質量，教師積極轉變教學觀念，樹立新思維、新理念，改變了傳統(tǒng)單一的教學理念，逐漸踐行新課程理念[7]。教師要審時度勢，重新定位學科教學目標，調動學生學習積極性，激發(fā)學生質疑思維，培養(yǎng)學生實踐能力。因此，教師在教學活動設計中，采用項目式教學方式開展基于3D打印的“電路連接的基本方式”實驗拓展課程教學活動，旨在強化學生對電路學習的理解和認識，激發(fā)學生參與物理學科學習的積極性;具體的教學流程如下：1.教學目標旨在提升學生知識理解能力，掌握相關的實驗技巧，更好地了解本單元相關的基本物理知識[8]。培養(yǎng)學生正確的情感價值，教師引導學生進行實驗操作，師生共同參與實驗過程，動手設計三維小夜燈模型，點燃學生的學習熱情，并在3D打印操作過程中，培養(yǎng)學生協(xié)作交流，動手實踐的能力，更好激發(fā)學生的創(chuàng)新能力。2.導課教師根據課程教學計劃和方案，向學生灌輸全新的教學理念，將教學目標和教學任務落實下去，介紹教學流程，并規(guī)范學生在課程學習中應當注意的事項，更好完成本堂課的教學目標，借助PPT為學生介紹3D打印技術發(fā)展背景和技術應用領域，吸引學生興趣，引發(fā)學生的好奇心[9]。（1）教師引導學生進行自主探究，熟悉電路基本連接方式，并通過實驗觀察，掌握電路串聯、并聯基本特點，確保整個過程中能夠激發(fā)學生的思維。（2）教師將學生分成若干小組，3～4人/組為宜，將具體的課程任務落實到各個小組中，確保小組成員明確課程教學最終目標。小組探究過程中，教師及時給予教學指導，為學生答疑解惑。（3）在實驗項目探究過程中，教師帶領學生對舊知識進行復習，并通過活動設計方式引入新課程：活動1：“使兩個小燈泡亮起來”，目的在于培養(yǎng)學生動手操作能力，能夠判斷電路種類;活動2：帶領學生學習電路基本連接方式和大量的理論知識后，教師引導學生建立3D模型，鼓勵學生進行小組相互探究和合作，及時提供幫助，保證學生作品完成度，并鼓勵學生發(fā)揮自己的想象力，根據教學任務逐步開展電路圖設計和3D模型設計，打印小夜燈3D模型照片，整個過程中，培養(yǎng)學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，并表述設計理念。在生生評價過程中，學生積極學習彼此身上的優(yōu)點;在自我評價過程中，學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，則是根據學生在課程實踐過程中的表現，其中包含了教師對學生日常行為表現的評價，包括了對本次項目作品設計的評