基于3D打印的高中物理实验拓展课程教学

2023.10.11

陈丽娜薛耀锋陈婷张婧

3D打印是一种以三维数字形式立体构造物理对象的快速成型技术，3D打印在学科应用上潜力巨大，在学科教学中引入3D打印技术，不仅可以加深学生对所学知识的理解，还可以培养学生的创新性和合作性思维，同时也有利于教师探索新的教学方法。在此背景下，本研究应用3D打印技术，采用项目式学习方法，结合微视频教学手段，对高中物理实验拓展课程进行教学设计并开展教学实践，通过问卷调查和访谈探究实验课程的应用效果。

● 教学设计

此实验课程采用了微视频和项目式学习等教学方法。教师借助信息化平台提供以微视频为主要形式的自主学习资源，学生通过平台完成对教学视频等学习资源的观看和自主学习。而在课堂上，主要是学生在教师的指导下以项目式学习方式完成相关协作探究、实验操作和互动交流等学习活动。这个教学过程包括选定实验项目、制订实验项目计划、实验项目活动探究、实验项目作品制作、实验项目成果交流和评价等步骤，具体教学设计模型如上页图1所示。

● 高中物理实验拓展课程规划

物理学科是探索自然界最基本、最普遍规律的科学，探索过程是通过观察和实验积累经验，在经验基础上建立模型，提出规律，再用新的实验去检验和修订。在高中物理课程中，学生不仅要学习物理知识，更要提高学习物理知识和应用物理知识的能力，现已开发的基于3D打印的高中物理實验拓展课程如图2所示。

● 教学活动设计

以电路原理拓展实验课程为例，本研究前期使用微视频教学法进行三维建模软件教学，之后采用项目式学习方式开展基于3D打印的电路原理实验拓展课程教学活动，使学生对电学知识的理解更加深刻并激发学生学习物理的热情，其教学活动流程如下表所示。

● 学习效果分析

为了了解基于3D打印的高中物理实验拓展课程的应用效果和学生的学习体验，笔者对某高中参与此实验课程的学生进行了问卷调查和访谈。调查问卷的题目主要包括教与学、学习经验、应用等维度。问卷发放了46份，收回46份，有效问卷46份，回收率和有效率均为100%。

在教与学方面，根据问卷数据分析可知，大部分学生认为此实验课程的教学内容和教学活动计划、组织、实施合理，学习体验很好，表示非常同意的学生占73.9%，同意的占21.7%，比较同意的占4.4%。同时，大部分学生认为此实验课程鼓励学生创新创造，鼓励学生逻辑严密地思考问题，提高了学生在课堂中的参与度，锻炼了学生的动手能力。对此实验课程的教学内容和教学活动非常满意的学生占87%，满意的占13%。认为学习此实验课程大有裨益的学生，非常同意的占78.3%，同意的占21.7%。100%的学生希望下学期继续学习此课程。

在学习经验方面，依据问卷数据分析结果可以发现，认为此实验课程有利于提高在课堂中的参与度，锻炼动手能力，增加课堂的趣味性的学生，表示非常同意的占73.9%，同意的占26.1%。同时，认为此实验课程有利于更好地理解和掌握物理知识，提高对物理的学习兴趣，增强学习物理的动机的学生，表示非常同意的占69.6%，同意的占30.4%。很多学生认为此课程有利于学生养成创新创造思维和逻辑严密地思考问题。

在教学应用方面，参考问卷数据分析结果可知，认为此实验课程设计非常合理，受益匪浅的学生，表示非常同意的占82.6%，同意的占17.4%。同时，认为3D打印技术和相关教具适用于物理教学，有利于学生更好地理解和掌握物理知识的学生，表示非常同意的占73.9%，同意的占26.1%。

在学习体验方面，通过与学生的一对一访谈进一步了解学生的实际反馈。参与访谈的学生普遍认为通过学习此实验课程学到了很多物理知识，很有成就感，希望教师将磁、光、电、力等高中物理知识与3D打印技术相结合，开发更多的物理实验拓展课程。在学习感受方面，学生普遍认为此实验课程生动有趣，提高了学生在课堂中的注意力和参与度，学生可以更好地理解和掌握相关物理知识。学生也表示在3D建模方面应给予更多的学习时间和支持。

● 结束语

3D打印技术在高中物理实验课程中的应用，为如何有效地将新兴信息技术运用到中学学科教学领域提供了可借鉴的案例。基于3D打印的高中物理实验拓展课程可以使学生更好地理解和掌握物理知识，熟悉物理实验操作，提升对物理实验的深层次认识，提高对物理的学习兴趣，同时，此课程还可以培养学生的团队协作精神，有利于学生创新创造和批判思维的养成。相信在不久的将来，3D打印技术与中小学学科教学活动将更加深度融合。