物理学科校本课《3D打印技术》教学创新设计方案

摘 要：3D打印技术作为新生事物，逐渐走入人们的视野，对于大多数人来说并不了解它。本节课将简单的了解什么是3D打印技术，分析它的原理以及展望它的应用前景。讨论它是否能成为第三次工业革命的推动力。培养学生的创新精神和实践能力。

关键词：3D打印技术 交互式教学过程 拓展性提问

中图分类号：G633 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）08（b）-0004-01

1 设计思想

当前，中国高中教育“千校一面”，显露出高中学校课程建设的薄弱和应试教育导致的教育方式单一性。《国家中长期教育改革和发展纲要》指出：推动普通高中多样化发展。促进办学体制多样化，扩大优质资源。推进培养模式多样化，满足不同潜质学生的发展需要。探索发现和培养创新人才的途径。所以我结合自己物理学科的教学，在本学校内以开发学生智力，培养学生学习兴趣为出发点，本着全面发展的思想理念在校内开展了一系列的物理学科科技拓展校本课教学。其基本内涵是：将“学会”的内涵诠释为“兴趣、合作、交流”，并紧紧围绕这六个关键词开发校本课程，倡导有效教育，塑造健全人格，努力实现学生素质的全面发展。目标是：学生的创新精神和实践能力得到培养，教师的潜能得到充分的激发和提升。

2 学情分析

高中学生对学习物理知识一直是有一定困难的，因为物理学科是高中综合性，逻辑思维性非常强的一个学科。学生在平时的学习中因为知识过难，加之机械的计算和思考而逐渐失去对物理学习的兴趣。所以，我利用对物理学科前沿知识饶有兴趣的讲解和拓展可以很好地引导学生的学习热情。

3 教学目标分析

教学目标：

（1）扩大学生的知识面，开阔视野。

（2）培养学生独立思考的能力，培养学生的发散思维。

（3）培养学生的协作精神，锻炼学生查阅资料的能力。

教学重点：

通过学生课前搜集资料，师生课堂共同介绍了解3D打印技术，学生进行讲解和展示，培养学生独立学习思考的能力，通过对3D打印技术立场的讨论，培养学生的发散思维。

教学难点：

如何用最简单直观的方法讲解、了解科技前沿的知识。

4 教学流程

4.1 利用多媒体先入为主，激发兴趣，导入内容

请同学们观看电影《十二生肖》中的一段场景，（成龙戴着手套摸了一下兽首，瞬间铜像数据就被远程传输到了电脑里，随即一个一模一样的兽首铜像被“打印”了出来。）请问你认为电影中的场景实际生活中能实现么？这种技术叫3D打印技术。对大多数同学来说，这项技术是很陌生的，今天我们就通过本节课揭开3D打印的神秘面纱。

4.2 师生平等的交互式教学过程

学生的简单介绍：3D打印的实际操作过程到底是怎样的，当遇到包含孔洞及悬臂这样的复杂结构时，如何解决难题。有两位同学为大家查找准备了两段视频，下面给大家展示一下。视频一：卡通人物打印过程。学生观看视频后讨论其打印过程，并根据自己的理解进行讲解，之后由提供视频的学生总结用液体打印物体的方法。视频二：打印金属的过程。学生观看视频后讨论其打印过程，并根据自己的理解进行讲解，之后由提供视频的学生总结用粉末打印金属的方法。

教师的专业指导：

光固化，光辐射固化技术包括紫外光、微波、红外光、激光等的辐射固化，它们利用光的波动性产生激发分子，且波长越短，穿透能力越强，固化效果越好。另一种是电子束、c射线、γ射线等对聚合物的辐射固化，它们是利用光的粒子性，不仅产生激发分子，而且还产生电离。因此，这两类辐射固化的机理不同。目前研究最多的也是紫外光固化和电子束固化这两种方式。

教师的拓展性提问：

3D打印技术有望在以下几个行业中得到广泛使用：传统制造业、医疗行业、文物保护、建筑设计行业、配件饰品行业。在这些行业中你觉得可以如何使用3D打印技术？下面请同学们大胆想象展开讨论（见表1）。

目前3D打印的应用到底到什么程度了，我们一起来看看。谁来展示你课前搜集到的资料。先由两名学生展示PPT，之后由教师展示PPT。

（1）3D打印的晚礼服已经问世，还有鞋子成为时尚界的宠儿。

（2）3D打印的食品：面包、巧克力、蛋挞等。

（3）3D打印的房屋：英国3D打印房屋，采用纤维尼龙结构作为骨架，来代替实心的墙体。房屋组件采用激光烧结的生物塑料，这比用沙子或混凝土印制的质量更好。

（4）全球首辆3D打印汽车时速可达112公里，该款汽车并非玩具，而是真能开在路上跑的家伙。

（5）3D打印足球鞋：蒸汽激光爪（Vapor Laser Talon Boot），运动品牌NIKE公司就设计出了一款3D打印的足球鞋。整双鞋只有150多克重。能提升足球运动员冲刺能力。

（6）其他方面：美国3D打印枪支、3D打印机制作钢铁侠的手套、3D打印笔。

（7）医疗方面：使用3D打印出人的头骨，来替代患者原本高达75%已受损骨骼。此外还有3D打印的肝脏组织，耳朵，骨骼，血管等人体器官。

问题思考的逐步深入：

3D是否能够打印人体，教师视频展示“打印人体视频”讨论其可行性。说明3D打印的两面性。

你对3D打印的立场，调查学生的立场，引发一个小辩论。

（1）将来的工业革命。

（2）过于神话。

（3）新瓶装旧酒。

这个环节一定要让学生们充分的展示自己的思想，立场问题不存在答案的对与错，鼓励大家积极的开展讨论与交流。比如：3D打印的发展也会遇到他的瓶颈期，例如材料的限制，如果将纳米技术与3D打印技术结合，将会有更新的突破和发展。延伸：4D打印的思想已经诞生，第四维度指的是时间。让打印出的物体有智慧，随时间推移自我变化……

最后，通过本节课同学们的收获和感悟是什么，让大家谈谈自己的感想。学无止境，科学创造也是无止境的。希望同学们在今后的学习生活中，把你的视野放得的更宽，思路扩的更广。

5 教学反思

依据本节课的教学目的：扩大学生的知识面，培养学生独立思考的能力，培养学生的发散思维，培养学生的协作精神，锻炼学生查阅资料的能力。因此，上课前对学生布置课前准备工作，要分工明确具体。例如，对3D打印的简介这种简单的问题，完全可以留给学生完成；而3D打印的展示，网络资源丰富，可以调动学生自主查找相关图片和视频，制作PPT，并在课堂展示，这样在个别环节采用学生的参与取代老师的讲解，充分调动学生的积极性，并且使学生在查找资料的过程中有更多的收获和体会。

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