一、教學(xué)背景與設(shè)計(jì)初衷演講人目錄01.教學(xué)背景與設(shè)計(jì)初衷02.教學(xué)目標(biāo)體系構(gòu)建03.教學(xué)準(zhǔn)備：從工具到認(rèn)知的雙維度鋪墊04.教學(xué)過程：從觀察到創(chuàng)造的遞進(jìn)式探索05.總結(jié)拓展：技術(shù)與科學(xué)的“雙向生長(zhǎng)”06.教學(xué)反思與改進(jìn)方向2025小學(xué)技術(shù)課3D打印之微生物模型課件01教學(xué)背景與設(shè)計(jì)初衷教學(xué)背景與設(shè)計(jì)初衷作為一名深耕小學(xué)技術(shù)教育8年的教師，我始終相信：技術(shù)課的核心不是工具的堆砌，而是讓學(xué)生通過技術(shù)手段“看見”抽象知識(shí)，用創(chuàng)造連接科學(xué)與生活。近年來，隨著3D打印設(shè)備在小學(xué)實(shí)驗(yàn)室的普及（據(jù)2024年教育部基礎(chǔ)教育裝備統(tǒng)計(jì)，全國(guó)85%的小學(xué)已配備桌面級(jí)3D打印機(jī)），如何將這一技術(shù)與科學(xué)課內(nèi)容深度融合，成為我們團(tuán)隊(duì)探索的重點(diǎn)。微生物是小學(xué)科學(xué)課的重要單元（人教版四年級(jí)下冊(cè)《生物與環(huán)境》、蘇教版五年級(jí)上冊(cè)《微小的生物》均涉及），但因其“小到肉眼不可見”的特性，學(xué)生往往只能通過顯微鏡照片或平面圖示認(rèn)知，難以建立立體空間概念。我曾在課堂上觀察到：當(dāng)學(xué)生用顯微鏡看到草履蟲的游動(dòng)時(shí)，興奮地喊“像小拖鞋在跳舞”，但追問“它的纖毛長(zhǎng)在哪里？伸縮泡有什么作用？”時(shí)，又因缺乏立體模型而陷入困惑。這讓我意識(shí)到：用3D打印制作可觸摸、可拆解的微生物模型，能將微觀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為具象認(rèn)知，既是技術(shù)課“做中學(xué)”理念的實(shí)踐，也是科學(xué)課“直觀教學(xué)”的延伸。02教學(xué)目標(biāo)體系構(gòu)建教學(xué)目標(biāo)體系構(gòu)建基于《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中“技術(shù)與工程”“生命科學(xué)”領(lǐng)域的要求，結(jié)合3D打印技術(shù)特點(diǎn)，本課設(shè)定三級(jí)目標(biāo)體系：1知識(shí)目標(biāo)STEP3STEP2STEP1能準(zhǔn)確區(qū)分細(xì)菌（如大腸桿菌）、真菌（如酵母菌）、病毒（如噬菌體）的基本形態(tài)特征（桿狀、球狀、蝌蚪狀等）；掌握微生物關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的功能關(guān)聯(lián)（如細(xì)菌鞭毛與運(yùn)動(dòng)功能、病毒衣殼與保護(hù)功能）；理解3D打印技術(shù)“數(shù)字建?！衅謱印饘哟蛴　钡暮诵脑怼?能力目標(biāo)能使用簡(jiǎn)易3D建模軟件（如Tinkercad）完成基礎(chǔ)幾何體的組合與修改（拉伸、旋轉(zhuǎn)、布爾運(yùn)算）；01能根據(jù)微生物結(jié)構(gòu)特征調(diào)整打印參數(shù)（如層厚、填充率），解決打印中常見問題（如支撐不足、模型傾斜）；02具備團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力（分工完成數(shù)據(jù)采集、模型設(shè)計(jì)、成果展示）。033情感目標(biāo)01激發(fā)對(duì)微觀生命世界的探索興趣（通過“親手‘放大’微生物”的成就感）；03培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度（模型設(shè)計(jì)需符合真實(shí)結(jié)構(gòu)比例）。02體會(huì)技術(shù)對(duì)科學(xué)認(rèn)知的推動(dòng)作用（從“看不見”到“摸得著”的轉(zhuǎn)化過程）；03教學(xué)準(zhǔn)備：從工具到認(rèn)知的雙維度鋪墊1硬件與軟件準(zhǔn)備設(shè)備層：桌面級(jí)FDM3D打印機(jī)（如CrealityEnder-3V2，打印精度0.1mm）、配備Tinkercad軟件的教學(xué)電腦（預(yù)裝中文版界面）、模型展示臺(tái)（帶LED補(bǔ)光，便于觀察細(xì)節(jié)）；素材層：顯微鏡（用于課前觀察真實(shí)微生物）、微生物電鏡照片（大腸桿菌、酵母菌、噬菌體的高分辨率圖片）、已打印的“標(biāo)準(zhǔn)模型”（教師提前制作，用于對(duì)比參考）；工具包：模型后處理工具（斜口鉗、砂紙、丙烯顏料）、結(jié)構(gòu)標(biāo)注卡（標(biāo)注“鞭毛”“莢膜”“遺傳物質(zhì)”等術(shù)語）。2學(xué)生認(rèn)知鋪墊前置學(xué)習(xí)：科學(xué)課已完成“微生物的存在與分類”教學(xué)，學(xué)生能識(shí)別常見微生物類型；分組分工：4-5人一組，設(shè)“數(shù)據(jù)員”（收集微生物結(jié)構(gòu)參數(shù)）、“建模員”（操作軟件）、“技術(shù)員”（調(diào)試打印機(jī)）、“匯報(bào)員”（整理成果）；安全培訓(xùn)：3D打印機(jī)操作規(guī)范（避免觸碰熱床、正確使用工具清理支撐）。04教學(xué)過程：從觀察到創(chuàng)造的遞進(jìn)式探索1情境導(dǎo)入：從“看不見”到“想看見”（10分鐘）上課伊始，我會(huì)端出一臺(tái)顯微鏡：“上周科學(xué)課，我們用它看到了池塘水中的草履蟲?，F(xiàn)在請(qǐng)大家再觀察一次——注意看它的‘小拖鞋’身體邊緣，那些不斷擺動(dòng)的‘小毛’是什么？”學(xué)生通過目鏡觀察后，紛紛舉手：“是纖毛！”“用來游動(dòng)的！”接著，我展示一張草履蟲的電鏡掃描圖：“這是科學(xué)家用更精密的儀器拍的，纖毛像刷子一樣排列。但問題來了：如果我想讓沒見過顯微鏡的同學(xué)也能摸到纖毛的位置，該怎么辦？”這時(shí)，屏幕上出現(xiàn)一個(gè)彩色的3D打印草履蟲模型——纖毛清晰可觸，學(xué)生們發(fā)出“哇”的驚嘆，我順勢(shì)引出課題：“今天，我們就用3D打印技術(shù)，把這些‘小鄰居’變成能捧在手心的科學(xué)模型?！?知識(shí)建構(gòu)：微生物的“立體檔案”（15分鐘）為避免知識(shí)灌輸，我采用“模型對(duì)比法”：先發(fā)放教師提前打印的三種微生物模型（大腸桿菌、酵母菌、噬菌體），學(xué)生分組觀察并填寫《結(jié)構(gòu)觀察表》（見表1）。表1微生物結(jié)構(gòu)觀察表|微生物類型|整體形狀|關(guān)鍵結(jié)構(gòu)（可觸摸部分）|推測(cè)功能||------------|----------|------------------------|----------||大腸桿菌|桿狀|兩端的細(xì)長(zhǎng)“小尾巴”|可能用于運(yùn)動(dòng)||酵母菌|球狀|表面凸起的“小疙瘩”|可能是新個(gè)體||噬菌體|蝌蚪狀|頭部的“小帽子”、尾部的“針”|可能用于附著宿主|2知識(shí)建構(gòu)：微生物的“立體檔案”（15分鐘）觀察結(jié)束后，結(jié)合電鏡照片和科學(xué)教材，逐一驗(yàn)證推測(cè)：大腸桿菌的“小尾巴”是鞭毛，確實(shí)用于運(yùn)動(dòng)；酵母菌的“小疙瘩”是出芽生殖產(chǎn)生的子細(xì)胞；噬菌體的“針”是尾絲，用于刺穿宿主細(xì)胞。學(xué)生們一邊觸摸模型，一邊感嘆：“原來病毒不是圓的，真的像小蝌蚪！”“酵母菌的‘小疙瘩’摸起來有點(diǎn)尖，和課本圖不一樣！”這時(shí)我補(bǔ)充：“3D模型的優(yōu)勢(shì)就是能還原真實(shí)比例——電鏡照片中，酵母菌的芽體確實(shí)比母體小1/3，模型按1:10000的比例放大，所以觸感更明顯?！?技術(shù)實(shí)踐：從“想象”到“數(shù)字模型”（30分鐘）這一環(huán)節(jié)是本課的核心，分三步推進(jìn)：3技術(shù)實(shí)踐：從“想象”到“數(shù)字模型”（30分鐘）3.1軟件基礎(chǔ)：Tinkercad的“積木游戲”考慮到小學(xué)生的操作能力，選擇界面簡(jiǎn)潔的Tinkercad（中文版）作為建模工具。我演示基礎(chǔ)操作：“這個(gè)軟件就像搭積木，左邊是各種基礎(chǔ)形狀（立方體、球體、圓柱體），選中后可以‘拉伸’改變高度，‘旋轉(zhuǎn)’調(diào)整角度，還能‘組合’把兩個(gè)形狀變成一個(gè)?，F(xiàn)在，我們用‘圓柱體’做大腸桿菌的身體，用‘圓錐體’做鞭毛——注意，鞭毛要比菌體細(xì)，所以圓錐體的半徑要調(diào)小?！睂W(xué)生操作時(shí)，我巡回指導(dǎo)，解決常見問題：“小明的鞭毛太粗了，像根棍子，這不符合真實(shí)結(jié)構(gòu)，需要把半徑從10mm調(diào)到5mm”“小紅的菌體太長(zhǎng)，大腸桿菌的實(shí)際長(zhǎng)度是2-3微米，放大10000倍后應(yīng)該是2-3厘米，所以圓柱體高度設(shè)為25mm更合適”。3技術(shù)實(shí)踐：從“想象”到“數(shù)字模型”（30分鐘）3.2科學(xué)融合：結(jié)構(gòu)與功能的“雙向驗(yàn)證”當(dāng)學(xué)生完成基礎(chǔ)模型后，我拋出問題：“如果大腸桿菌生活在黏稠的液體中，鞭毛的形狀需要怎么調(diào)整？”“酵母菌的芽體如果太大，會(huì)影響母體的穩(wěn)定性，模型中該如何處理？”引導(dǎo)學(xué)生從功能反推結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。例如，一組學(xué)生提出：“鞭毛需要更彎曲，才能更好地?cái)[動(dòng)”，于是在模型中用“扭曲”工具將圓錐體微微彎曲；另一組發(fā)現(xiàn)：“芽體與母體的連接部分太細(xì)，打印時(shí)容易斷裂”，于是添加了一個(gè)“支撐柱”結(jié)構(gòu)（后續(xù)打印時(shí)可驗(yàn)證是否合理）。3技術(shù)實(shí)踐：從“想象”到“數(shù)字模型”（30分鐘）3.3切片與打?。簭臄?shù)字到物理的“魔法轉(zhuǎn)換”建模完成后，導(dǎo)出STL文件，用切片軟件（如Cura）設(shè)置參數(shù)。我重點(diǎn)講解兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：“層厚0.15mm，這樣打印的模型表面更光滑，纖毛等細(xì)節(jié)不會(huì)丟失；填充率20%，既能保證模型強(qiáng)度，又不會(huì)浪費(fèi)材料?！睂W(xué)生分組操作切片軟件，觀察“分層預(yù)覽”中模型的逐層生成過程，有學(xué)生驚嘆：“原來打印機(jī)是像擠牙膏一樣，一層一層堆起來的！”設(shè)置完成后，將文件發(fā)送至打印機(jī)，等待打印的30分鐘（根據(jù)模型大小調(diào)整）用于下一環(huán)節(jié)。4成果優(yōu)化：從“打印件”到“科學(xué)模型”（20分鐘）打印完成后，學(xué)生用斜口鉗清理支撐，砂紙打磨毛邊，接著進(jìn)入“科學(xué)美化”環(huán)節(jié)：用丙烯顏料區(qū)分不同結(jié)構(gòu)（如紅色涂鞭毛、藍(lán)色涂菌體），并貼上標(biāo)注卡（手寫“鞭毛：運(yùn)動(dòng)器官”“擬核：遺傳物質(zhì)”）。一組學(xué)生在處理噬菌體模型時(shí)發(fā)現(xiàn)：“尾部的‘針’打印后有點(diǎn)軟，可能是填充率太低”，于是記錄問題：“下次打印病毒模型時(shí)，填充率調(diào)至30%”。5展示評(píng)價(jià)：從“作品”到“知識(shí)輸出”（15分鐘）每組上臺(tái)展示模型，匯報(bào)三個(gè)要點(diǎn)：“我們做的是哪種微生物？它的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)有哪些？設(shè)計(jì)時(shí)考慮了哪些科學(xué)原理？”評(píng)價(jià)采用“三維度法”：科學(xué)準(zhǔn)確性（結(jié)構(gòu)是否符合真實(shí)比例，占40%）、技術(shù)完成度（模型是否完整，打印問題解決情況，占30%）、創(chuàng)意表達(dá)（顏色標(biāo)注、額外設(shè)計(jì)，占30%）。例如，“探索組”的酵母菌模型不僅還原了出芽結(jié)構(gòu)，還在母體內(nèi)部用透明樹脂（教師提前準(zhǔn)備的特殊材料）填充，模擬細(xì)胞質(zhì)，獲得“最佳創(chuàng)意獎(jiǎng)”；“嚴(yán)謹(jǐn)組”的大腸桿菌模型嚴(yán)格按照電鏡照片調(diào)整鞭毛數(shù)量（實(shí)際為4-8根），獲得“科學(xué)之星獎(jiǎng)”。05總結(jié)拓展：技術(shù)與科學(xué)的“雙向生長(zhǎng)”1課堂總結(jié)：從操作到認(rèn)知的升華下課前，我引導(dǎo)學(xué)生回顧：“今天我們用3D打印做了什么？”學(xué)生紛紛回答：“把看不見的微生物變成了能摸的模型！”“知道了細(xì)菌、真菌、病毒的不同形狀！”“學(xué)會(huì)了用軟件搭積木一樣做模型！”我總結(jié)：“3D打印不是目的，而是工具——它讓我們用‘創(chuàng)造’的方式理解科學(xué)。就像你們剛才調(diào)整鞭毛形狀時(shí)，既是在設(shè)計(jì)模型，也是在思考‘為什么微生物會(huì)長(zhǎng)成這樣’。這就是技術(shù)課的意義：讓我們不僅‘知道’，更‘懂得’?！?課后拓展：從課堂到生活的延伸布置分層任務(wù)：基礎(chǔ)任務(wù)：用黏土復(fù)刻課堂模型，標(biāo)注結(jié)構(gòu)名稱（強(qiáng)化立體認(rèn)知）；挑戰(zhàn)任務(wù)：觀察家中的發(fā)酵食品（如酸奶、饅頭），查找其中的微生物（乳酸菌、酵母菌），嘗試設(shè)計(jì)“發(fā)酵過程”3D模型（下節(jié)課分享）；興趣任務(wù)：閱讀《微生物王國(guó)漫游記》，記錄三種有趣的微生物，用文字描述其形狀（為下階段建模積累素材）。06教學(xué)反思與改進(jìn)方向教學(xué)反思與改進(jìn)方向本課實(shí)施后，我發(fā)現(xiàn)兩個(gè)亮點(diǎn)：一是3D模型的“可觸摸性”顯著提升了學(xué)生對(duì)微生物結(jié)構(gòu)的記憶效果（課后測(cè)試顯示，結(jié)構(gòu)名稱準(zhǔn)確率從72%提升至91%）；二是團(tuán)隊(duì)協(xié)作中，學(xué)生自發(fā)討論“如何讓模型更科學(xué)”，體現(xiàn)了“用技術(shù)解決科學(xué)問題”的思維萌芽。待改進(jìn)之處：部分學(xué)生在建模時(shí)過度追求“好看”，忽略了科學(xué)比例（如將病毒頭部做得過大），后續(xù)需增加“科學(xué)數(shù)據(jù)卡”（提供微生物各部分的實(shí)際