3D打印技术在高中物理教学中的应用

李晴

一、3D打印技术在教学中应用的现状

在中国，近年来由于3D打印技术受到国家政策的支持，全国各地掀起了3D打印的热潮，沿海经济较为发达的地区已经为部分学校配备了3D打印机，并开展了相关的课程。

二、3D打印技术对物理实验教学的帮助

在现行的高中物理课程教学中，由于受限于学校的硬件条件，教师和学生可以使用的教育和实验器具都严重不足；实验教具得不到及时的更新，损坏的仪器不能得到及时的更换。

3D打印技术的运用，可以有效地改变上述情况，教师可以个性化地定制实验内容，自主设计并生产需要的教具，且可以通过互联网分享实验装置设计的3D模型，通过互动，得到不断的改进与完善。

三、3D打印技术在物理教学中的应用案例设计——以小球斜面运动教学为例

1.3D打印模型的设计

此次实验使用的3D设计软件为3Done，是一款专门为中小学的3D课程设计的软件，通过该软件可以快速设计我们想要的教学用具，方便新手入门。

图1是同高不同长的3个斜面模型的设计，斜面的高均为150mm，斜面的長从左往右分别为50mm、100mm、150mm。图2是同长不同高的3个斜面模型的设计，斜面的长均为150mm，斜面的高从左往右分别为50mm、100mm、150mm。图3从左往右分别是斜面、圆弧曲面、抛物线曲面、最速曲面，顶点到底面的水平距离为150mm，竖直距离为150mm。图4是3D打印实物展示。

所有设计的斜面凹槽深5mm，宽9mm，实验中小球的直径为8mm。

2.实际教学过程

学生对3D打印技术表现出浓厚的兴趣，上课注意力较为集中，参与热情很高。

运用3D打印的模型进行实验是本教学设计的主要内容，对同高不同长斜面运动问题课堂上实验比较成功，通过软件测量小球滚下的时间分别是53帧、46帧、36帧，对应使用手机慢动作拍摄240帧每秒，小球运动时间分别为0.221s、0.192s、0.150s，和理论相吻合，在小球最速曲面探究实验中，斜面、圆弧曲面、抛物线斜面、最速曲面滚下时间分别为54帧、49帧、51帧、47帧，对应时间分别为0.225s、0.204s、0.212s、0.196s，可以看出最速曲线的小球滚下时间的确最短。

通过3D打印技术在小球斜面运动教学的应用实例，可知：

（1）通过3D打印技术打印实验器具，运动数据探究的方法代替传统实验方法，进行学生课堂探究，可以将3D打印技术很好地应用于高中物理教学。

（2）3D打印技术应用在高中物理教学中，可以激发学生的兴趣，培养学生自主探究的热情，提高学生课堂参与感。

参考文献：

[1]王 萍.3D打印及其教育应用初探[J].中国远程教育，2013（8）.

[2]杨 洁.3D打印在教育中的创新应用[J].中国医学教育技术，2014（1）.