3D打印技術(shù)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用

李晴

一、3D打印技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用的現(xiàn)狀

在中國(guó)，近年來由于3D打印技術(shù)受到國(guó)家政策的支持，全國(guó)各地掀起了3D打印的熱潮，沿海經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)已經(jīng)為部分學(xué)校配備了3D打印機(jī)，并開展了相關(guān)的課程。

二、3D打印技術(shù)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的幫助

在現(xiàn)行的高中物理課程教學(xué)中，由于受限于學(xué)校的硬件條件，教師和學(xué)生可以使用的教育和實(shí)驗(yàn)器具都嚴(yán)重不足；實(shí)驗(yàn)教具得不到及時(shí)的更新，損壞的儀器不能得到及時(shí)的更換。

3D打印技術(shù)的運(yùn)用，可以有效地改變上述情況，教師可以個(gè)性化地定制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，自主設(shè)計(jì)并生產(chǎn)需要的教具，且可以通過互聯(lián)網(wǎng)分享實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)的3D模型，通過互動(dòng)，得到不斷的改進(jìn)與完善。

三、3D打印技術(shù)在物理教學(xué)中的應(yīng)用案例設(shè)計(jì)——以小球斜面運(yùn)動(dòng)教學(xué)為例

1.3D打印模型的設(shè)計(jì)

此次實(shí)驗(yàn)使用的3D設(shè)計(jì)軟件為3Done，是一款專門為中小學(xué)的3D課程設(shè)計(jì)的軟件，通過該軟件可以快速設(shè)計(jì)我們想要的教學(xué)用具，方便新手入門。

圖1是同高不同長(zhǎng)的3個(gè)斜面模型的設(shè)計(jì)，斜面的高均為150mm，斜面的長(zhǎng)從左往右分別為50mm、100mm、150mm。圖2是同長(zhǎng)不同高的3個(gè)斜面模型的設(shè)計(jì)，斜面的長(zhǎng)均為150mm，斜面的高從左往右分別為50mm、100mm、150mm。圖3從左往右分別是斜面、圓弧曲面、拋物線曲面、最速曲面，頂點(diǎn)到底面的水平距離為150mm，豎直距離為150mm。圖4是3D打印實(shí)物展示。

所有設(shè)計(jì)的斜面凹槽深5mm，寬9mm，實(shí)驗(yàn)中小球的直徑為8mm。

2.實(shí)際教學(xué)過程

學(xué)生對(duì)3D打印技術(shù)表現(xiàn)出濃厚的興趣，上課注意力較為集中，參與熱情很高。

運(yùn)用3D打印的模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)是本教學(xué)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，對(duì)同高不同長(zhǎng)斜面運(yùn)動(dòng)問題課堂上實(shí)驗(yàn)比較成功，通過軟件測(cè)量小球滾下的時(shí)間分別是53幀、46幀、36幀，對(duì)應(yīng)使用手機(jī)慢動(dòng)作拍攝240幀每秒，小球運(yùn)動(dòng)時(shí)間分別為0.221s、0.192s、0.150s，和理論相吻合，在小球最速曲面探究實(shí)驗(yàn)中，斜面、圓弧曲面、拋物線斜面、最速曲面滾下時(shí)間分別為54幀、49幀、51幀、47幀，對(duì)應(yīng)時(shí)間分別為0.225s、0.204s、0.212s、0.196s，可以看出最速曲線的小球滾下時(shí)間的確最短。

通過3D打印技術(shù)在小球斜面運(yùn)動(dòng)教學(xué)的應(yīng)用實(shí)例，可知：

（1）通過3D打印技術(shù)打印實(shí)驗(yàn)器具，運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)探究的方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法，進(jìn)行學(xué)生課堂探究，可以將3D打印技術(shù)很好地應(yīng)用于高中物理教學(xué)。

（2）3D打印技術(shù)應(yīng)用在高中物理教學(xué)中，可以激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主探究的熱情，提高學(xué)生課堂參與感。

參考文獻(xiàn)：

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[2]楊 潔.3D打印在教育中的創(chuàng)新應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2014（1）.