摘 要：该文通过3D浮雕这一高中生的科技创新项目，简单描述了科创的流程。通过对科创项目在高中学生科学探究能力培养过程中的具体实施与研究，指出了科创项目在学生能力培养方面的意义以及现存的一些缺陷。建议社会学校能重视科学实践探究，增加资源供给，增加动手参与的机会。该研究内容可为学校与学生科创项目的实施提供参考。
关键词：能力 高中 科创
中图分类号：G633 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）02（a）-0-02
Abstract：This paper briefly describes the process of Science and Technology through the 3D embossing technology innovation project of high school students. Through the concrete implementation and research of the science and technology project in the process of cultivating the scientific inquiry ability of high school students， the significance of the science and technology project in the cultivation of students" ability and some existing defects are pointed out. It is suggested that social schools can attach importance to scientific practice， increase resource supply， and increase opportunities for hands-on participation. The research content of the thesis can provide reference for the implementation of the school and student science and technology projects.
Key Words：Ability； High school； Science innovation
为了选拔和培养品学兼优的青少年科技后备人才，上海市科学技术委员会和上海市教育委员会联合制定并实施了“2004—2010青少年科技人才培养计划”[1]，同时委托上海市青少年科技教育中心建立了上海市青少年科学研究院，以建立完善的优秀人才發现、跟踪与培养机制，培育一批具有创新潜力和一定科学实践能力的科技后备人才[2]。
上海市青少年科技教育中心逐步建设了具有现代教育理念、跨学科、综合性、多功能、开放型的创新工作室，开展了组建学员队伍、构建资源网络、建设实验基地、组织指导力量、创建信息平台、形成运作模式、实施教育研究等具体工作。并通过专题研修、课题研究、科学沙龙等活动为青少年搭建开放多元、互动协作、自主创新和亲历科学的平台。笔者依托这一平台进行了3D浮雕技术的实践与创新项目，该文将围绕这一项目探讨高中生的科学探究实践。
1 3D浮雕项目简述
激光3D浮雕是激光雕刻工艺的一种，是由传统平面激光雕刻工艺衍生出的一种新型激光雕刻工艺，雕刻过程对物件表面逐层剥除，形成有立体感的图像[3]。激光3D浮雕控制系统通过导入事先制作的三维浮雕模型图形文件，先根据设定的加工参数对三维浮雕模型图形进行Z向逐层分割，再对分割得到的平面轮廓做几何路径处理，然后沿Z向从顶至底对轮廓进行激光填充扫描以得到完整的轮廓凹凸效果。而该课题即研究激光浮雕机理及应用。
与传统的模切方式相比，激光模切取消了模切版等硬件，减少了该部分的生产成本。由于不涉及制版，因此生产周期大大缩短。如果要2h内制作成品，采用激光模切是可行的，而传统的模切方式则难以做到。通过高速三维动态聚焦控制系统，利用激光在一些材料（比如钢，铝等）中的作用，使得材料逐层去除，从而形成有立体感的图像。
3D浮雕项目主要研究如何利用激光3D浮雕控制系统通过导入事先制做的三维雕刻模型文件，根据设定的加工参数对三维浮雕模型图形进行Z轴方向的逐层分割。研究沿Z轴向从顶至底对轮廓进行激光填充扫描以得到完整的轮廓凹凸效果的工艺参数。制作一元硬币模型，进而DIY自己喜欢的图形。利用激光浮雕技术，使得材料逐层去除，从而得到自己想要得到的图像。
3D浮雕项目可以掌握课堂学习之外的知识和能力。在使用激光浮雕技术过程中学习掌握激光浮雕技术，掌握AutoCAD等雕刻设计软件的使用。研究3D激光浮雕的工作原理，研究AutoCAD等雕刻设计软件的使用技巧，研究如何掌握轮廓凹凸效果的工艺参数的控制，研究激光雕刻加工与其他金属加工技术如切屑加工（钻孔，铣磨，冲床加工等）以及其他非切屑加工（化学腐蚀，热加工）的差别。
2 实践中的难点
科学探究对能力的要求很高，常常超出了学生的知识认知。主要表现在以下几个方面。
（1）超出高中学生所掌握的技术手段。如，利用AutoCAD进行如图1所示图形的绘制时，如何安装CAD、如何操作CAD、如何进行图案的修改与优化等都是新鲜的事物，笔者通过在图书馆查阅相关文献、前往附近高校学习、互联网的专业论坛等方式，花费了一个月的时间自学克服了上述困难，掌握了CAD的操作，并可以绘制出如图1所示的各类图案。通过课题中所用软件的学习，笔者学会了如何学习、如何解决科研探究中碰到的难点。
（2）超出高中学生所掌握的理论知识。如，激光的衍射直径公式（1）：
（1）
笔者通过文献检索与查阅，认识到了λ是波长，f是棱镜的聚焦长度，D是棱镜的输入柱直径，M2是棱镜输入柱模式参数。通过课题中所用基础理论的学习，笔者有如下的心得体会。
（1）在学校中，我们所学习的物理光学知识仅限于一些基本的射线和一些较古典的模型，最近代也只稍微涉及到了波尔模型和杨氏双缝干涉，对于激光基本可以说是知之甚少。而对于该创新活动所使用的设备、材料和软件更是完全第一次接触。然而在该科学创新实践中对于超出课本以外的知识和对于较专业设备和软件应用的要求却不低，在第一次接触激光以及激光雕刻原理时，笔者也因其晦涩难懂和對于知识理解吸收能力的高要求而倍感压力。然而在克服了这些难题后所收获的则是远超出课本外的知识，科学探究对拓宽超出课本知识的作用是巨大的。
（2）科学创新实践同样也提高了学生的科学素养。在实践中，学生尝试运用一些科学实践常用的科学方法；由于对于专业知识和设备软件的不熟悉而常常使得实验受阻，就迫使学生们去思考如何解决这些问题；在实验结束后又促使学生们去思考实验中存在的可改进的步骤和实验的不足之处以及对于实验数据的分析处理。这些都对于学生的科学素养有提升的作用。
总之，该科学创新实践给笔者带来了多方面的益处，如知识的增加、能力的提升、自信的增加、坚持的精神、团队合作能力的增加等。
3 结语
通过长达半年的科学探究，学生们的能力得到了一定程度的提高，这样的主动探索式学习给学生的体验和提升是在学校中知识灌输式教育下难以获取的，体现了从灌输式教育到主动式探究学习的精神。
但是，我们也发现，进行科学实践探究需要大量的知识储备和掌握一些设备软件的运用能力，对于高中学生来说这部分知识是薄弱的，这恰恰是对于学生的引导环节做得并不够好，只是较为笼统地进行了介绍。建议增加指导，增加学生们必要的知识储备，并且能让学生有机会事先了解和掌握一些设备和软件的使用知识。
进行科学实践探究需要增加动手机会，但是科学实践探究的设备供应较为紧张，常常是许多学生轮流使用同一个设备，并且笔者所在的3D浮雕小组加工一个工件常常需要超过1h，在一个学生加工完之前，其他人只能干等。科学创新实践时间过短，学生的探索不够充分，建议增加资源供给。
此外，学校对于科学实践探究并不是非常重视，参加科学实践探究的学生大概只占了1/10，并且不少学生认为科学实践探究无关紧要，抱着一种随意的心态参加实践活动。希望社会学校能重视科学实践探究，改善氛围。
参考文献
[1]中国科协青少年科技中心.“英才计划”简介[Z].
[2]中国科学技术协会.2016年安徽省中学生英才计划拜师仪式[Z].2016-01-21.
[3]杨勇.激光3D打标机加工浮雕工艺技术的研究[J].山东工业技术，2018（6）：38.