3D技術(shù)走進(jìn)科學(xué)課

江蘇南京師范大學(xué)附屬中學(xué)江寧分校（211102）

本文中的3D技術(shù)包含了3D打印筆和3D打印機(jī)，3D打印筆這是一支可以在空氣中書寫的筆，可以幫你把想象力從紙張上解放出來(lái)。如果你覺(jué)得二維的畫面不夠生動(dòng)，想讓它變成三維的物體，3D打印筆能幫你做到。它會(huì)是小朋友手里有趣的玩具，也可以成為課堂教學(xué)中的重要助力。3D打印機(jī)則可以通過(guò)軟件、硬件配合建模。

一、利用3D技術(shù)深化學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的認(rèn)知

感性認(rèn)識(shí)是進(jìn)行思維加工以形成科學(xué)概念的基本材料，是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和興趣的有效工具。感性認(rèn)識(shí)不足，是學(xué)習(xí)科學(xué)概念的主要障礙。因此，要使學(xué)生更好地掌握科學(xué)概念，必須創(chuàng)造一個(gè)適應(yīng)教學(xué)要求，借以引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生探索事物的共同特征和本質(zhì)屬性的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，使學(xué)生獲得必要的、充分的感性認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)是獲得感性認(rèn)識(shí)的重要途徑。運(yùn)用實(shí)驗(yàn)來(lái)展示有關(guān)的科學(xué)現(xiàn)象的過(guò)程，可以使學(xué)生獲得更典型、更生動(dòng)、更深刻、更能反映事物的本質(zhì)屬性和共同特征的感性認(rèn)識(shí)。

在三年級(jí)認(rèn)識(shí)常見材料——《塑料》一課中，學(xué)生們通過(guò)基本觀察和生活經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)了塑料的部分特征和優(yōu)點(diǎn)。但是塑料“遇熱易熔化”“遇冷凝固”的重要特征不易被認(rèn)識(shí)感受到。那么在課堂上，我們就此開展了運(yùn)用3D打印筆打印玩具的活動(dòng)。學(xué)生們?cè)诮處煹闹笇?dǎo)下，使用3D打印筆插電熔化線狀的彩色塑料絲，線狀的塑料絲在學(xué)生們的筆尖融化出來(lái)，在底板上遇冷形成了各式各樣的圖樣，“小椅子”、“鉛筆”、“立方體”一個(gè)一個(gè)出來(lái)了。學(xué)生們充分地體驗(yàn)塑料的熔化與成型，認(rèn)識(shí)到了塑料的重要特征：遇熱易熔化，遇冷易凝固。

二、借助3D技術(shù)降低創(chuàng)新思維物化的難度

過(guò)去在教學(xué)中，我們也強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，學(xué)生們?cè)诳茖W(xué)課上提出各種各樣的想法，如五年級(jí)《簡(jiǎn)單電路》，學(xué)生們將知識(shí)運(yùn)用于生活,制作腳踩門鈴，以及其他運(yùn)用知識(shí)與創(chuàng)意制作的物品，如藥物紙巾盒，毛筆保護(hù)套,學(xué)生們將想法、紙上的創(chuàng)新的設(shè)計(jì)通過(guò)簡(jiǎn)單的方法物化成實(shí)際的作品，但是作品過(guò)于粗糙。而且更多的創(chuàng)意想法，學(xué)生沒(méi)有能力去制作。如，《摩擦力》一課中，學(xué)生對(duì)椅子的改進(jìn)，無(wú)法物化實(shí)現(xiàn)。但是3D打印技術(shù)能降低學(xué)生們解決問(wèn)題的難度，激發(fā)了孩子們動(dòng)手做科學(xué)的熱情和動(dòng)力，讓他們體驗(yàn)到了動(dòng)手改變世界的快樂(lè)，促進(jìn)了學(xué)生綜合素養(yǎng)的發(fā)展。

三、STEM課程中納入3D技術(shù)

STEM是科學(xué)（Science），技術(shù)（Technology），工程（Engineering），數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科英文首字母的縮寫，其中科學(xué)在于認(rèn)識(shí)世界、解釋自然界的客觀規(guī)律;技術(shù)和工程則是在尊重自然規(guī)律的基礎(chǔ)上改造世界、實(shí)現(xiàn)對(duì)自然界的控制和利用、解決社會(huì)發(fā)展過(guò)程中遇到的難題;數(shù)學(xué)則作為技術(shù)與工程學(xué)科的基礎(chǔ)工具。實(shí)際生活中發(fā)生的大多數(shù)問(wèn)題都需要應(yīng)用多種學(xué)科的知識(shí)來(lái)共同解決，這對(duì)小學(xué)生來(lái)講，難度很大。如，面對(duì)課堂里模擬的真實(shí)情境，五年級(jí)學(xué)生根據(jù)要求，要設(shè)計(jì)、搭建出承受能力最強(qiáng)的橋梁，含平板橋、拱橋、斜拉橋，這對(duì)學(xué)生來(lái)講，難度不低。用以往教學(xué)中的吸管、A4紙、膠帶膠水等材料，橋梁做工粗糙，大量的時(shí)間花在粘貼、修正，學(xué)生們七手八腳亂作一團(tuán)。所以，我們改用3D打印技術(shù)，在3DONE軟件中，設(shè)計(jì)包含數(shù)據(jù)在內(nèi)的橋梁圖樣，并通過(guò)3D打印技術(shù)打印出來(lái)，之后再對(duì)橋梁承重進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)。

四、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)材料時(shí)運(yùn)用3D技術(shù)

“動(dòng)手做”的學(xué)習(xí)遠(yuǎn)比“看著學(xué)”要高效得多。在六年級(jí)科學(xué)《我們的地球》單元，學(xué)生普遍對(duì)地形地貌認(rèn)知粗淺，對(duì)識(shí)別和了解本地區(qū)地形特征存在障礙。道概念。利用3D打印筆，學(xué)生可以在認(rèn)識(shí)基本概念的基礎(chǔ)上，動(dòng)手做、打印出相應(yīng)的地形特征，以及本地區(qū)或指定地區(qū)的地形特征，并做出修正。

同樣的，在認(rèn)識(shí)其他物體的特征中，我們也可以采用3D技術(shù)制作模型來(lái)提高學(xué)習(xí)效率，如人體的骨骼模型、大腦等人體器官。

綜上所述，現(xiàn)階段的3D技術(shù)對(duì)科學(xué)課堂的教學(xué)起到了積極的作用，更增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)習(xí)體驗(yàn)更深入，學(xué)習(xí)更加高效，促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展。