物理學科校本課《3D打印技術》教學創新設計方案

摘 要：3D打印技術作為新生事物，逐漸走入人們的視野，對于大多數人來說并不了解它。本節課將簡單的了解什么是3D打印技術，分析它的原理以及展望它的應用前景。討論它是否能成為第三次工業革命的推動力。培養學生的創新精神和實踐能力。

關鍵詞：3D打印技術 交互式教學過程 拓展性提問

中圖分類號：G633 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）08（b）-0004-01

1 設計思想

當前，中國高中教育“千校一面”，顯露出高中學校課程建設的薄弱和應試教育導致的教育方式單一性。《國家中長期教育改革和發展綱要》指出：推動普通高中多樣化發展。促進辦學體制多樣化，擴大優質資源。推進培養模式多樣化，滿足不同潛質學生的發展需要。探索發現和培養創新人才的途徑。所以我結合自己物理學科的教學，在本學校內以開發學生智力，培養學生學習興趣為出發點，本著全面發展的思想理念在校內開展了一系列的物理學科科技拓展校本課教學。其基本內涵是：將“學會”的內涵詮釋為“興趣、合作、交流”，并緊緊圍繞這六個關鍵詞開發校本課程，倡導有效教育，塑造健全人格，努力實現學生素質的全面發展。目標是：學生的創新精神和實踐能力得到培養，教師的潛能得到充分的激發和提升。

2 學情分析

高中學生對學習物理知識一直是有一定困難的，因為物理學科是高中綜合性，邏輯思維性非常強的一個學科。學生在平時的學習中因為知識過難，加之機械的計算和思考而逐漸失去對物理學習的興趣。所以，我利用對物理學科前沿知識饒有興趣的講解和拓展可以很好地引導學生的學習熱情。

3 教學目標分析

教學目標：

（1）擴大學生的知識面，開闊視野。

（2）培養學生獨立思考的能力，培養學生的發散思維。

（3）培養學生的協作精神，鍛煉學生查閱資料的能力。

教學重點：

通過學生課前搜集資料，師生課堂共同介紹了解3D打印技術，學生進行講解和展示，培養學生獨立學習思考的能力，通過對3D打印技術立場的討論，培養學生的發散思維。

教學難點：

如何用最簡單直觀的方法講解、了解科技前沿的知識。

4 教學流程

4.1 利用多媒體先入為主，激發興趣，導入內容

請同學們觀看電影《十二生肖》中的一段場景，（成龍戴著手套摸了一下獸首，瞬間銅像數據就被遠程傳輸到了電腦里，隨即一個一模一樣的獸首銅像被“打印”了出來。）請問你認為電影中的場景實際生活中能實現么？這種技術叫3D打印技術。對大多數同學來說，這項技術是很陌生的，今天我們就通過本節課揭開3D打印的神秘面紗。

4.2 師生平等的交互式教學過程

學生的簡單介紹：3D打印的實際操作過程到底是怎樣的，當遇到包含孔洞及懸臂這樣的復雜結構時，如何解決難題。有兩位同學為大家查找準備了兩段視頻，下面給大家展示一下。視頻一：卡通人物打印過程。學生觀看視頻后討論其打印過程，并根據自己的理解進行講解，之后由提供視頻的學生總結用液體打印物體的方法。視頻二：打印金屬的過程。學生觀看視頻后討論其打印過程，并根據自己的理解進行講解，之后由提供視頻的學生總結用粉末打印金屬的方法。

教師的專業指導：

光固化，光輻射固化技術包括紫外光、微波、紅外光、激光等的輻射固化，它們利用光的波動性產生激發分子，且波長越短，穿透能力越強，固化效果越好。另一種是電子束、c射線、γ射線等對聚合物的輻射固化，它們是利用光的粒子性，不僅產生激發分子，而且還產生電離。因此，這兩類輻射固化的機理不同。目前研究最多的也是紫外光固化和電子束固化這兩種方式。

教師的拓展性提問：

3D打印技術有望在以下幾個行業中得到廣泛使用：傳統制造業、醫療行業、文物保護、建筑設計行業、配件飾品行業。在這些行業中你覺得可以如何使用3D打印技術？下面請同學們大膽想象展開討論（見表1）。

目前3D打印的應用到底到什么程度了，我們一起來看看。誰來展示你課前搜集到的資料。先由兩名學生展示PPT，之后由教師展示PPT。

（1）3D打印的晚禮服已經問世，還有鞋子成為時尚界的寵兒。

（2）3D打印的食品：面包、巧克力、蛋撻等。

（3）3D打印的房屋：英國3D打印房屋，采用纖維尼龍結構作為骨架，來代替實心的墻體。房屋組件采用激光燒結的生物塑料，這比用沙子或混凝土印制的質量更好。

（4）全球首輛3D打印汽車時速可達112公里，該款汽車并非玩具，而是真能開在路上跑的家伙。

（5）3D打印足球鞋：蒸汽激光爪（Vapor Laser Talon Boot），運動品牌NIKE公司就設計出了一款3D打印的足球鞋。整雙鞋只有150多克重。能提升足球運動員沖刺能力。

（6）其他方面：美國3D打印槍支、3D打印機制作鋼鐵俠的手套、3D打印筆。

（7）醫療方面：使用3D打印出人的頭骨，來替代患者原本高達75%已受損骨骼。此外還有3D打印的肝臟組織，耳朵，骨骼，血管等人體器官。

問題思考的逐步深入：

3D是否能夠打印人體，教師視頻展示“打印人體視頻”討論其可行性。說明3D打印的兩面性。

你對3D打印的立場，調查學生的立場，引發一個小辯論。

（1）將來的工業革命。

（2）過于神話。

（3）新瓶裝舊酒。

這個環節一定要讓學生們充分的展示自己的思想，立場問題不存在答案的對與錯，鼓勵大家積極的開展討論與交流。比如：3D打印的發展也會遇到他的瓶頸期，例如材料的限制，如果將納米技術與3D打印技術結合，將會有更新的突破和發展。延伸：4D打印的思想已經誕生，第四維度指的是時間。讓打印出的物體有智慧，隨時間推移自我變化……

最后，通過本節課同學們的收獲和感悟是什么，讓大家談談自己的感想。學無止境，科學創造也是無止境的。希望同學們在今后的學習生活中，把你的視野放得的更寬，思路擴的更廣。

5 教學反思

依據本節課的教學目的：擴大學生的知識面，培養學生獨立思考的能力，培養學生的發散思維，培養學生的協作精神，鍛煉學生查閱資料的能力。因此，上課前對學生布置課前準備工作，要分工明確具體。例如，對3D打印的簡介這種簡單的問題，完全可以留給學生完成；而3D打印的展示，網絡資源豐富，可以調動學生自主查找相關圖片和視頻，制作PPT，并在課堂展示，這樣在個別環節采用學生的參與取代老師的講解，充分調動學生的積極性，并且使學生在查找資料的過程中有更多的收獲和體會。