張雪花

【案例背景】

生物科學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，要求學(xué)生能夠在實踐中進(jìn)行創(chuàng)新，初中生物實踐教學(xué)對培育學(xué)生的核心能力具有十分重要的作用，在初中生物教學(xué)的過程中，需要教師充分利用各種資源，要求學(xué)生參與到生物實踐活動中，以提高學(xué)生的知識應(yīng)用能力。但是，受到傳統(tǒng)生物教學(xué)評價模式的影響，往往只是片面地追求成績，忽視對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)創(chuàng)新能力不能得到有效的培養(yǎng)。3D打印技術(shù)在初中生物教學(xué)中的應(yīng)用，通過打印生物模型，幫助學(xué)生掌握生物體的結(jié)構(gòu)，提高學(xué)生的知識應(yīng)用能力，在生物實踐教學(xué)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

【案例描述】

3D打印技術(shù)在教育中的應(yīng)用，能夠有效地改變課堂教學(xué)模式，為學(xué)生提供多種可打印的教具，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在初中生物教學(xué)中，利用3D打印技術(shù)，能夠為學(xué)生提供多元化的教學(xué)模式，有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)能力。

1.3D打印技術(shù)在初中課堂教學(xué)的應(yīng)用流程

在初中生物教學(xué)中，利用3D打印技術(shù)輔助教學(xué)時，需要結(jié)合課程的內(nèi)容以及學(xué)生的特征，設(shè)計好學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中有明確的目標(biāo)，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)造能力，利用3D打印技術(shù)的目的在于向?qū)W生展示如何利用它來完成具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)，在課程開始時，教師需要將學(xué)生分成小組，向?qū)W生講解生物課程的內(nèi)容，并講解如何設(shè)計生物模型以及如何在3D資源庫中搜索初中生物課程資源，在這期間，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)搜索，或者在其他地方進(jìn)行信息收集這些物品的造型，確定需要打印的模型，然后在實踐活動中，先組織學(xué)生在計算機(jī)上設(shè)計模型，在經(jīng)過教師指導(dǎo)與確認(rèn)后，再打印出模型，直到學(xué)生完成整個學(xué)習(xí)過程。具體的教學(xué)流程如圖1所示。

采用3D打印技術(shù)進(jìn)行教學(xué)的最大特點(diǎn)是學(xué)生在完成實物模型打印之后，可以通過交流展示自己的作品，便于進(jìn)行師生評價與學(xué)生互評，讓學(xué)生在相互評價的過程中，能夠及時發(fā)展自己在學(xué)習(xí)過程中存在的不足或問題，同時，也便于教師對學(xué)生的作品進(jìn)行評價、指導(dǎo)與反饋，進(jìn)而能夠幫助學(xué)生更好地完成作品模型，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

2.構(gòu)建基于3D打印技術(shù)的初中生物教學(xué)模式

在初中生物教學(xué)中，利用3D打印技術(shù)，教師可設(shè)計個性化的教學(xué)模式，幫助初中學(xué)生更好地形成沉浸式學(xué)習(xí)模式，以幫助學(xué)生更好地掌握與理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生通過3D打印技術(shù)，可以實施創(chuàng)新性的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)自己批判性的學(xué)習(xí)思維。作為一種通用性的技術(shù)，3D打印技術(shù)在生物學(xué)中的應(yīng)用，可以為學(xué)生提供生物實體打印模型，讓學(xué)生在實踐操作中提高自己的知識應(yīng)用能力。因此，在初中生物教學(xué)中，不僅要提高學(xué)生的實踐能力，還要注重對學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)行培養(yǎng)，構(gòu)建一種適用3D打印的教學(xué)模式就是非常必要的，結(jié)合3D打印技術(shù)的特征以及初中生物的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，構(gòu)建如圖2所示的3D打印在初中生物教學(xué)中的教學(xué)模式。

在教學(xué)模式中，教師需要將生物教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)備、需要的教學(xué)資源、學(xué)生的個性化需求等結(jié)合在一起，最終確定需要利用3D打印技術(shù)打印的生物教學(xué)模型，然后通過前期的模型設(shè)計、3D打印的切片分層等過程，還可以從3D模型庫中調(diào)用相應(yīng)的資源庫類型來構(gòu)建生物模型，在教學(xué)模式的應(yīng)用中，重點(diǎn)是調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性，例如可以在3D模型資源庫中調(diào)取人體骨骼模型圖，然后利用3D打印機(jī)將其打印出來，便于學(xué)生利用現(xiàn)實模型來學(xué)習(xí)人體骨骼的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)知識，加強(qiáng)學(xué)生對理論知識的理解，同時也有利于培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.輔助完成教具的應(yīng)用

在初中生物課程中，有很多教具可以自行制作，采用3D打印技術(shù)做出的教學(xué)模型能夠給學(xué)生以直觀的形象，幫助學(xué)生理解課程教學(xué)的內(nèi)容，在具體的生物教學(xué)過程中，教師可以利用3D打印機(jī)來打印教學(xué)模型，讓學(xué)生通過觀察打印機(jī)的成型過程，使得教學(xué)內(nèi)容變得更加直觀、生動、形象、具體，這樣能夠有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與實踐操作能力，也能夠幫助學(xué)生理解復(fù)雜、抽象的生物學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的知識應(yīng)用能力，從而突破教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，提高生物課堂的教學(xué)效率。例如，學(xué)習(xí)初中生物學(xué)中的導(dǎo)管、篩管的結(jié)構(gòu)時，為了提高學(xué)生對導(dǎo)管與篩管的認(rèn)知，采用3D打印機(jī)技術(shù)，可以快速地成型，幫助學(xué)生掌握導(dǎo)管與篩管的形成過程，提高學(xué)生對生物模型的認(rèn)知能力，同時通過學(xué)生自己的動手設(shè)計、3D打印導(dǎo)管與篩管，不僅有利于學(xué)生對導(dǎo)管、篩管功能的理解，還有利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力，進(jìn)而有利于培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)科的核心素養(yǎng)。打印的篩管如圖3所示。

【案例反思】

3D打印技術(shù)是一門前瞻性比較強(qiáng)的技術(shù)，運(yùn)用3D打印技術(shù)打印生物課程內(nèi)容中的生物模型，使得教學(xué)內(nèi)容更加直觀、形象、具體，同時也能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過對3D打印技術(shù)的基本內(nèi)涵進(jìn)行分析，探究了3D打印技術(shù)在初中生物教學(xué)中的應(yīng)用流程、教學(xué)模式及具體的應(yīng)用。

在初中生物學(xué)習(xí)中，教師需要注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力與創(chuàng)新能力，學(xué)生對生物體的實物認(rèn)識是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的關(guān)鍵，在課堂中利用3D打印技術(shù)將實物打印并立體地展示給學(xué)生觀察，能幫助學(xué)生加深對生物概念的理解，同時也能夠?qū)?D打印技術(shù)帶進(jìn)課堂，讓學(xué)生了解新科技給學(xué)習(xí)與生活帶來的變化，學(xué)生可以在先期學(xué)習(xí)如何用計算機(jī)技術(shù)來構(gòu)建生物模型，完成設(shè)計生物體小實物的造型，比如細(xì)胞、篩管、導(dǎo)管、植物根莖葉等生物教學(xué)的模型，然后通過3D打印技術(shù)將這些小實物打印出來，同時，在教學(xué)的過程中，還可以布置實物項目，讓學(xué)生學(xué)習(xí)生物書、觀察生活中的實物，進(jìn)行創(chuàng)意與信息采集與設(shè)計實物造型。然后，在教師的指導(dǎo)下，運(yùn)用3D打印機(jī)設(shè)計實物模型。在經(jīng)過不斷的修改與矯正之后，完成需要打印的實物模型，從而讓初中學(xué)生能夠掌握生物學(xué)習(xí)中的一些重要實踐知識，使學(xué)生了解初中生物課本中的一些生物形狀。在初中生物課堂教學(xué)中，教師可以利用多媒體技術(shù)展示3D打印機(jī)技術(shù)對生物教材中的各種生物圖形或者教具模型，向?qū)W生展示如何綜合利用各項技術(shù)的組合來實現(xiàn)對初中生物教學(xué)中所需的教具、生物體模型，從而能完成具有挑戰(zhàn)性的設(shè)計任務(wù)，提高學(xué)生對生物學(xué)知識的感性認(rèn)識，提高學(xué)生對生物學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。

在初中生物教學(xué)中，采用3D打印技術(shù)能夠有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)觀念，提高學(xué)生的動手能力與實踐操作的能力。同時，采用3D打印技術(shù)也能夠為學(xué)生提供更為直觀的實物，便于學(xué)生近距離觀察生物學(xué)的知識，轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)觀念，也有利于促進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)在初中生物課堂教學(xué)中的應(yīng)用。

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