南通大學(xué)附屬中學(xué)(2015年項(xiàng)目)
一、項(xiàng)目名稱：3D打印創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室
二、項(xiàng)目方案
1、項(xiàng)目介紹
(1)背景：3D打印技術(shù)作為快速成型領(lǐng)域的一種新興技術(shù)，目前正成為一種迅猛發(fā)展的潮流。3D打印技術(shù)未來(lái)的發(fā)展將使大規(guī)模的個(gè)性化生產(chǎn)成為可能，這將會(huì)帶來(lái)全球制造業(yè)經(jīng)濟(jì)的重大變革。3D打印技術(shù)是一項(xiàng)前瞻性，戰(zhàn)略性技術(shù)，其應(yīng)用范圍很廣，從醫(yī)療衛(wèi)生到工程制造的領(lǐng)域跨度非常大。3D打印技術(shù)已經(jīng)為社會(huì)的發(fā)展帶來(lái)了巨大的變革。
近年來(lái)，很多學(xué)校在摸索著創(chuàng)新教學(xué)模式，把3D打印系統(tǒng)與教學(xué)體系相整合。一方面3D打印機(jī)可以提高學(xué)生在掌握技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)，提高學(xué)生的科技素養(yǎng)。另一方面利用3D打印機(jī)打印出來(lái)的立體模型，顯著提高學(xué)生的設(shè)計(jì)創(chuàng)造能力。隨著3D打印機(jī)逐步降低門(mén)檻及應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，3D打印機(jī)已經(jīng)進(jìn)入國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，以下就是3D打印機(jī)在國(guó)內(nèi)教學(xué)上應(yīng)用的方式：數(shù)學(xué)系的學(xué)生可以將他們的“問(wèn)題”打印出來(lái)，并在他們自己的學(xué)習(xí)空間中尋找答案，比如打印一個(gè)幾何體，讓他們更的去了解幾何內(nèi)部各元素之間的聯(lián)系。工程設(shè)計(jì)系的學(xué)生可以用它打印自己設(shè)計(jì)的原型產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試，研究與探索。建筑系的學(xué)生可以用它簡(jiǎn)便快速的打印出自己設(shè)計(jì)的建筑實(shí)體模型。車(chē)輛工程的學(xué)生可以打印各種各樣的實(shí)體汽車(chē)部件，便于測(cè)試。
本課題選題目的為順應(yīng)3D打印技術(shù)發(fā)展的前沿領(lǐng)域，依托3D打印技術(shù)和通用技術(shù)課程，研究和總結(jié)如何使兩者有效結(jié)合，從而進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更好的幫助學(xué)生理解和掌握通用技術(shù)課程的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。
(2)教室：每個(gè)桌上會(huì)配備3D打印機(jī)、電腦、3D建模軟件，讓學(xué)生切身感受3D打印的實(shí)現(xiàn)過(guò)程
(3)教具：與課程相結(jié)合的教具，讓理論不再抽象，看得見(jiàn)、摸得到的知識(shí)
(4)課程案例-物理主題：在運(yùn)用了3D打印之后，很多的物理問(wèn)題可以通過(guò)3D打印機(jī)打印模型進(jìn)行演示。我們通過(guò)3D打印出來(lái)的橋梁模型，讓學(xué)生通過(guò)自己動(dòng)手來(lái)模擬理解橋梁的結(jié)構(gòu)，明白老師舉例的橋梁事故的發(fā)生原因，更加深刻的了解學(xué)習(xí)物理的重要意義
(5)課堂互動(dòng)：學(xué)生對(duì)課程表現(xiàn)極大的興趣，踴躍與老師交流、3個(gè)小時(shí)的投入上課，讓我們?cè)嚶?tīng)課程的專業(yè)對(duì)接教育機(jī)構(gòu)的經(jīng)銷(xiāo)商，表示吃驚和稱贊!
(6)學(xué)生作品：通過(guò)短短3個(gè)小時(shí)課程，學(xué)生收獲了科普、常識(shí)等小知識(shí)，強(qiáng)化了傳統(tǒng)物理化學(xué)等學(xué)科知識(shí)，并可以自己設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的3D模型，激發(fā)出無(wú)限的想象力，創(chuàng)作屬于自己的作品!
南通大學(xué)附屬中學(xué)(2015年項(xiàng)目)
一、項(xiàng)目名稱：納米科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室
二、項(xiàng)目方案
1、項(xiàng)目介紹
(1)背景：21世紀(jì)三大科技：信息技術(shù)、生物技術(shù)、納米技術(shù);納米技術(shù)是21世紀(jì)科技發(fā)展的領(lǐng)頭羊;納米科技教育在世界各國(guó)的中小學(xué)發(fā)展迅猛，中國(guó)相對(duì)落后，急需加強(qiáng)納米科技在中學(xué)教育中的地位;中學(xué)理科教學(xué)的個(gè)性化不夠，培養(yǎng)創(chuàng)新能力的實(shí)驗(yàn)裝備和方式不夠。
南通大學(xué)附屬中學(xué)納米科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，是一個(gè)融合了前沿納米科技和中學(xué)理化生個(gè)性化教學(xué)的創(chuàng)新型項(xiàng)目。
(2)主要內(nèi)容：南通大學(xué)附屬中學(xué)納米創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，旨在運(yùn)用世界上最先進(jìn)的納米檢測(cè)儀器——教學(xué)型掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡，結(jié)合中學(xué)物理、化學(xué)、生物的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，建設(shè)納米檢測(cè)環(huán)境下基于科學(xué)思想和方法的、可供推廣的納米科學(xué)教育與傳播方式和課程，豐富該校理化生課程的教學(xué)方式，推進(jìn)前沿的納米科學(xué)與中學(xué)教材及課程的整合，強(qiáng)化了該校理化生及探究課實(shí)驗(yàn)的直觀性、趣味性和動(dòng)手性，培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和創(chuàng)新能力，跟上世界科技發(fā)展與科技教育發(fā)展的潮流。
(3)項(xiàng)目效果：
(1)將跨學(xué)科交叉的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)，引進(jìn)學(xué)校實(shí)驗(yàn)課程，使理科校本教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更豐富，教學(xué)能力更強(qiáng);
(2)將先進(jìn)的納米科技概念、納米材料和納米檢測(cè)等高科技，引入學(xué)校教學(xué)，開(kāi)拓了學(xué)生的科學(xué)視野;
(3)將先進(jìn)的教學(xué)理念和儀器設(shè)備引進(jìn)學(xué)校實(shí)驗(yàn)課堂，提高中學(xué)教育的創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生的探索精神;
(4)將多種納米實(shí)驗(yàn)課后的實(shí)踐活動(dòng)方案，引入學(xué)校教學(xué)，為學(xué)生提供了一個(gè)更廣泛的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐平臺(tái)。
2、建設(shè)方案
(1)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)與配置
教師演示區(qū)
教師進(jìn)行掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、生物全息顯微鏡的日常教學(xué)活動(dòng)，包括介紹掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、生物全息顯微鏡的技術(shù)原理，演示顯微鏡的使用方法。
學(xué)生實(shí)驗(yàn)區(qū)
提供專用課桌和儀器設(shè)備，學(xué)生制作樣品(如DVD光盤(pán))和利用顯微鏡測(cè)試樣品的空間，利用掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡和生物全息顯微鏡觀察石墨原子的六邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、DVD光盤(pán)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、硬幣的表面結(jié)構(gòu)、金原子簇等操作實(shí)驗(yàn)。
學(xué)生體驗(yàn)區(qū)
提供專用課桌和配備文字說(shuō)明的納米樣品及納米生活用品，展示各種各樣的納米材料：如納米領(lǐng)帶，納米襪子，納米清潔海綿，聚苯乙烯小球膜，磁性微球，碳納米管等。
學(xué)生討論區(qū)
實(shí)驗(yàn)完畢后教師與學(xué)生的心得交流，例如在實(shí)驗(yàn)中收獲了哪些成果，學(xué)習(xí)到了什么知識(shí)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到了什么問(wèn)題，為何會(huì)產(chǎn)生誤差，應(yīng)該如何避免等一系列問(wèn)題探討;學(xué)生間還可以互相匯報(bào)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，把自己做出的實(shí)驗(yàn)成果一一展示。
學(xué)生閱讀區(qū)
有閱讀區(qū)數(shù)十本納米科技書(shū)籍，可供學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中查找資料，閱讀相關(guān)納米科技書(shū)籍。
(2)實(shí)驗(yàn)室核心儀器設(shè)備
創(chuàng)新納米實(shí)驗(yàn)區(qū)里擁有世界前沿的技術(shù)：納米觸控技術(shù)和納米檢測(cè)技術(shù)，納米制備技術(shù)，以全班50人參加實(shí)驗(yàn)計(jì)，所需使用的教學(xué)儀器主要包括：
教學(xué)型掃描隧道顯微鏡(T-STM101)
(1)世界上中學(xué)通用的納米實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)儀器，可以觀察原子的真實(shí)微觀結(jié)構(gòu);可以觀測(cè)到導(dǎo)電材料的表面三維原子圖像;分辨率達(dá)到pm級(jí)別(1pm=10-3nm);超微型一體化設(shè)計(jì)，安裝簡(jiǎn)單，教學(xué)方便;
(2)目前世界上最小的最先進(jìn)的納米教學(xué)儀器，專為中學(xué)物理和化學(xué)、生物的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，適用于初高中校本教材中納米知識(shí)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)，如“物質(zhì)的組成“等，讓學(xué)生看到真實(shí)的“原子”;
(3)操作簡(jiǎn)單，適用于學(xué)生動(dòng)手進(jìn)行納米觀察實(shí)驗(yàn)，通過(guò)自己設(shè)計(jì)的小實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用儀器的輔助，更好滴學(xué)習(xí)納米科技知識(shí)，提高動(dòng)手和創(chuàng)新的能力。
T- AFM_3600B 科研型原子力顯微鏡
(1)可以輔導(dǎo)學(xué)生制作多種樣品，根據(jù)樣品設(shè)計(jì)多種納米實(shí)驗(yàn)方案，更適用于高中的物理和化學(xué)教學(xué)和初中的探究課教學(xué)。由于可供檢測(cè)觀察的樣品較多，除滿足日常理科教學(xué)實(shí)驗(yàn)外，更適合組織尖子學(xué)生組成科學(xué)探究小組，進(jìn)行多種納米科學(xué)實(shí)驗(yàn)。
(2)由于此儀器是可以在大學(xué)科研上使用的，所以，中學(xué)還可以與大學(xué)和企業(yè)合作，進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目，可以協(xié)助大學(xué)的科研項(xiàng)目，并使學(xué)生在科研小助手的活動(dòng)中，培養(yǎng)科學(xué)探究精神和創(chuàng)新能力，成為未來(lái)的科學(xué)家。
教學(xué)型高端原子力顯微鏡(T-AFM101)
(1)可與教學(xué)型掃描隧道顯微鏡配套使用，功能互補(bǔ)，特別具備可以觀測(cè)多類(lèi)納米材料的真實(shí)表面微觀結(jié)構(gòu);可以觀測(cè)導(dǎo)電和不導(dǎo)電的納米材料表面的三維立體圖像;分辨率橫向達(dá)到1.0nm，縱向達(dá)到0.2nm;無(wú)需調(diào)整激光和探測(cè)器;無(wú)須安裝系統(tǒng)，直接連接電腦和打開(kāi)軟件即可。
(2)可以輔導(dǎo)學(xué)生制作多種樣品，根據(jù)樣品設(shè)計(jì)多種納米實(shí)驗(yàn)方案，更適用于高中的物理和化學(xué)教學(xué)和初中的探究課教學(xué)。由于可供檢測(cè)觀察的樣品較多，除滿足日常理科教學(xué)實(shí)驗(yàn)外，更適合組織尖子學(xué)生組成科學(xué)探究小組，進(jìn)行多種納米科學(xué)實(shí)驗(yàn)。
(3)由于此儀器是可以在大學(xué)科研上使用的，所以，中學(xué)還可以與大學(xué)和企業(yè)合作，進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目，可以協(xié)助大學(xué)的科研項(xiàng)目，并使學(xué)生在科研小助手的活動(dòng)中，培養(yǎng)科學(xué)探究精神和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)小小科學(xué)家。
(4)相比同樣的原子力顯微鏡(3600B)，科技含量更高，技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先，是高端教學(xué)型原子力顯微鏡，引進(jìn)瑞士技術(shù)，國(guó)內(nèi)組裝，體積小、攜帶和使用都極為簡(jiǎn)單，特備是操作上簡(jiǎn)單易學(xué)，適合學(xué)生獨(dú)自操作和實(shí)驗(yàn)。
數(shù)碼液晶顯微鏡
(1) 為納米實(shí)驗(yàn)區(qū)進(jìn)行納米探究實(shí)驗(yàn)研發(fā)的數(shù)碼液晶顯微鏡，與傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡相比，具有功能兼容性強(qiáng)、直觀顯示、操作簡(jiǎn)單、易上手等特點(diǎn);
(2) 適用于與掃描隧道顯微鏡做比對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，數(shù)碼液晶顯微鏡可觀察到微米級(jí)的物體，也可以進(jìn)行微納米的教學(xué)探究和實(shí)驗(yàn)。與掃描隧道顯微鏡一起用于人教版的物理、化學(xué)、生物實(shí)驗(yàn)和探究實(shí)驗(yàn)。
三、項(xiàng)目維護(hù)和反饋
1、項(xiàng)目維護(hù)
(1)設(shè)備儀器安裝維護(hù)。公司技術(shù)人員負(fù)責(zé)安裝及技術(shù)培訓(xùn)，直至學(xué)校負(fù)責(zé)教師能掌握使用儀器;
(2)培訓(xùn)部負(fù)責(zé)對(duì)上課教師的實(shí)驗(yàn)室使用培訓(xùn)，包括儀器的使用和納米課程的指導(dǎo);
(3)組織學(xué)校老師參加在蘇州總部的教師培訓(xùn)班學(xué)習(xí);
(4)組織學(xué)生納米科技知識(shí)競(jìng)賽
2、使用反饋
經(jīng)過(guò)對(duì)該校100名學(xué)生的問(wèn)卷調(diào)查，喜歡納米試驗(yàn)課的學(xué)生占100%;問(wèn)卷十名教師，覺(jué)得學(xué)校應(yīng)該開(kāi)設(shè)納米實(shí)驗(yàn)課程的占87%。盡管納米科技實(shí)驗(yàn)室建設(shè)是全新的創(chuàng)新項(xiàng)目，但是已經(jīng)受到全國(guó)多個(gè)省市重點(diǎn)學(xué)校的使用，并獲得一致好評(píng)。
四、案例展示
南通大學(xué)附屬中學(xué) 納米實(shí)驗(yàn)室裝修效果圖
南通大學(xué)附屬中學(xué) 納米實(shí)驗(yàn)室上課情形
