创新设计：高中STEM课程自制3D大片

课程背景

我们平时在文具店中会看到一些笔记本，它的封面图像会随着观察角度的变化而变化，即如果从不同角度观察这个封面，就会看到不同的图案，本课程就通过带领同学们制作这种视觉图像，将这一现象的原理给同学们进行展示。

课程目标

1.STEM教学目标

（1）科学：学生能够从小制作的过程中体会课程背景中提到的现象背后的科学原理，并利用这种光学原理设计制作新的图案。

（2）技术：学生能够根据设计方案进行实践操作，学会按照步骤说明实现技术目的。

（3）工程：学生学会从目的要求对实践方案进行有效改善，并学会创新设计新的图案。

2.核心素养目标

（1）物理观念：通过对本现象的深入理解，培养学生光形成会反射及成像的物理观念。

（2）科学思维：培养学生质疑创新的科学思维能力。

（3）科学探究：培养学生提出问题、提出假设，实验操作及交流讨论的实验探究能力。

（4）科学态度与责任：学生通过本课程的学习，对科学研究有更深的热爱。学会用科学的眼光看待生活中的现象。

课时安排

一课时。

设计方案

课前：（1）布置学生观察文具店中一些文具盒或者笔记本的封面图像会随观察角度变化而变化的现象，并在课前思考其原理。

（2）布置学生准备一把两端都有针的圆规及直尺。在实验室准备足够的深色塑料板。

课上：

（1）老师展示自己制作的一个观察图案会随着观察角度变化而变化的塑料板，请同学们讨论思考如何制作这样一个塑料板。

（2）将已制成的塑料板给同学们传着观察，描述这个塑料板有什么特点。

（3）同学们分成小组进行讨论，并回答以下问题：

A.这个塑料板上观察到的图像为何会随观察角度的变化而变化。

B.如何制作一个这样的塑料板，请同学们自行设计制作过程，并评估设计过程的可操作性。

C.小组之间交换设计流程，并对对方的流程进行评价和修正。

（4）共同制定一个操作流程，全班统一按照这一流程进行实际操作。

（5）将同学们的制作成品在全班进行展示和评价。

合作探究

1.材料(www.zuozong.com)

深色塑料板、圆规（两脚都有针）、直尺。如图31-1所示。

图31-1　实验材料

2.活动步骤

（1）在深色塑料板上画出想要设计的图案，本课程以会动的V字为例，在塑料板上画出一个V字。

（2）固定圆规的两个脚之间的距离，在V字的痕迹上固定其中一个脚，用另一个脚在塑料板上画出圆弧的刻线图，如图31-2所示。

图31-2　实验场景

（3）逐点划线，确保每一条圆弧之间距离都很小，圆弧尽可能密集，如图31-3所示。

图31-3

（4）在点光源下观察图案，如图31-4所示。

3.学生作品进度记录及分析

通过改变以下因素来探究影响实验效果的条件有哪些。如表31-1及表31-2所示。

表31-1

表31-2

分析：

（1）塑料板的底色会不会对观察效果产生影响？什么样的塑料板底色最容易产生效果？

（2）实验中采用什么样的光源最容易成功？

（3）如果想要显示彩色动图，该如何改进装置？

作品展示与交流

学生制作成品如图31-4所示。

图31-4

问题及改进

在实验中可设计新的图案，根据学生喜好进行创新设计。