小學數學空間與幾何教學中三維動畫的應用與研究

張加龍

摘 要 三維動畫具有精確性、真實性和無限可操作性等方面的優勢。三維動畫在中小學課程活動中蘊藏著巨大的潛力。結合小學數學教學實踐，就如何在小學空間與幾何教學中運用三維動畫進行探討。

關鍵詞 小學數學；空間與幾何；三維動畫

中圖分類號：G623.5 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）13-0057-02

1 前言

在小學數學教學過程中，積極開展豐富多元的信息化課程實踐活動，非常有利于在激發學習興趣、優化課程結構、呈現知識形成、提升教學質效和促進實踐創新等方面，充分發揮無可替代的正強化作用，在潛移默化中獲取培養學生情緒智力的良好效益。對于抽象思維要求較高的空間與幾何教學來說，現代信息技術尤其是三維動畫技術的運用，更像是“劍之雙刃”“鳥之雙翼”。

2 三維動畫的主要內涵、技術特征和運用價值

什么是三維動畫呢？三維動畫又稱3D動畫，是隨著計算機軟件與硬件技術的發展而來的一種新興技術類型。首先，三維動畫軟件在計算機中建立起一個虛擬世界，軟件設計師在其中按照所要表現對象的形狀尺寸建立起模型和場景；根據相關要求，設定模型的運動軌跡、虛擬攝影機的運動以及其他動畫參數；按照要求為模型賦上特定材質，并且打上燈光。待到這一切全部完成以后，只需讓計算機自動運算起來，就能生成令人期待的最終畫面。

三維動畫是一種集技術性和藝術性為一體的科技形象，具有如下幾個方面的特征：

1）能夠跨越時空概念，在計算機支持下真實再現各類場景和任何事件；

2）對于其自身而言，可謂“只有想不到，沒有做不到”，能夠完成一切現實和想象中的視覺效果；

3）能夠承擔各類拍攝中高危險、高成本且無法重現等鏡頭的制作工作；

4）具有不同一般、極其獨特的視覺表現力，能夠美化內容、提升形象、彰顯個性。

三維動畫的運用價值集中地體現在：

1）能夠從微觀到宏觀世界，從真實到想象空間，非常逼真地模擬任何場景和事件，從中贏得令人震撼的藝術視覺效果；

2）能夠在既節約成本又提升效率的情形下，同樣實現“效益”“效果”的倍增目標；

3）能夠通過虛擬化環境，把現實世界中的復雜系統進行簡化和直觀性剖析，并且通過互動功能，讓圖像、影像與人產生“對話”、交流，從而體現非常清晰的說明力；

4）以極其個性化的表現手法，能夠形成嶄新的創作空間，并且塑造產品的差異化。

由此可見，三維動畫對于塑造空間與模型的能力是十分強大的[1]。

3 三維動畫在小學數學空間與幾何教學中的運用

電腦三維動畫不僅具有強大的造型能力——可逼真模擬現實中物體、景觀，也可“無中生有”；不僅具有“自由自在”的運動表現——可任意指定物體的運動方向、軌跡，任意掌握拍攝角度、照明特性，也可讓物體任意變化。可從如下幾個方面加以運用。

把三維動畫運用于圖形空間教學，有利于激發小學生的課程學習興趣 成功的教學不在于強制學生，而是有效激發他們的學習興趣。由于心智發育的規律性，小學生群體屬于“天然唯情趣一族”，他們缺乏相應的責任意識和自控能力，在各個方面都始終存在不可抗拒的“情趣依賴”心理，學習活動同樣如此。再則，小學生正處于“形象思維有余、抽象思維欠缺”的發展階段，而空間與幾何學習則需要相應的抽象思維能力，這對于大多人來說確實有著一定的學習難度。如果教師將三維動畫技術引入空間與幾何教學活動中，則能在寓教于樂中贏得事半功倍的良好實效。

以教學“圓的認識”內容為例，筆者沒有直接進入教學程序，而是演示了“動物界自行車比賽”的三維動畫：首先是小猴、小兔、小鹿等各類運動員登臺亮相，它們分別騎上圓形、橢圓形、正方形車輪的自行車；接著讓小學生大膽地預測比賽結果，可謂“眾說紛紜、難以預料”；然后三維動畫演示真正開始，猴類動物進展順利，兔類動物非常吃力，而鹿類動物幾乎寸步難行，小學生是既情趣十足又莫名其妙。在哈哈大笑之后，他們終于發現了“秘密”——原來猴類動物所騎的車輪是圓形，其他的則不是。“車輪為什么要是圓的呢？”帶著這一情趣化問題進入學習活動，其效果自然是不言而喻的[2]。

把三維動畫運用于幾何特征教學，有利于培養小學生的觀察認知能力 什么是幾何模型呢？就是用來具體描繪產品在形狀、尺寸、位置與結構關系等方面幾何信息的模型。要想學好空間與幾何方面的數學知識，引導小學生如何學會觀察則是極其重要的首要環節。關于培養學生觀察能力的重要性和必要性，正如蘇霍姆林斯基所說：“觀察對于兒童之必不可少，正如陽光、空氣、水分對于植物之必不可少。在這里，觀察是智慧的最重要的能源。”換言之，觀察是學生認識世界的第一步，是他們在學習能力素養中不可或缺且無可替代的有機元素。尤其在空間與圖形知識學習過程中，只有對于辨認圖形、演示實驗或操作進行觀察，方容易獲取物體的空間觀念。

比如在教學認識物體內容時，如果這一物體比較復雜一些，要想讓小學生在一般情境下去觀察并了解它究竟“有多少個面”“有多少條棱”“有多少個定點”“每個面是什么形狀，且它們是否相同”等一些特征性知識，這并非一件輕而易舉的事情。然而與之相應的是，教師如果把這一物體投放于三維動畫情境下，讓學生進行激情觀察與熱烈討論，這些問題根本算不得什么，而且無須教師的參與和引導，就會在教學問題的迎刃而解中較好地實現化難為易的教學目標。

把三維動畫運用于拓展延伸教學，有利于增強小學生的空間思維能力 “數學學習的有效方法，在于鞏固消化，在于勤練多做，在于拓展延伸，在于學用結合……”眾所周知，在數學課程教學活動中，教師只有善于把“小課堂”與“大社會”有機地結合起來，把教材知識教學與拓展延伸環節有機地結合起來，才能讓學生在學用結合與知行統一中逐步收獲熟能生巧的實質性效果。理論和實踐表明，教師在拓展延伸環節，如果把三維動畫深入有效地滲透與融入其中，則能充分發揮“情緒智力”的正能量作用。endprint

比如在教完“圓柱表面積”并且讓學生學會應用“圓柱表面積=側面積+底面積×2”這一公式后，教師還可通過三維動畫技術，把圓柱體表面積的另外一種求證法生動形象地演示出來，就是使圓柱體表面通過“先割后拼”成為一個長方形，再繼續相應的簡單求證。有了這一后續性的拓展延伸環節，不僅在三維動畫演示中實現進一步消化與鞏固的教學效果，而且非常有利于在寓教于樂活動中增強小學生的空間思維能力。

在小學數學空間與幾何教學過程中，積極開展如此三維動畫拓展延伸教學活動，還能逐步地培養小學生“一題多求”“一題多解”等創造性思維和現代信息素養，如此一舉多得，又何樂而不為呢？

把三維動畫運用于知識過程呈現，有利于發展小學生的數學感悟能力 數學不僅具有相應的學科歷史文化，而且蘊藏著個性化的學科思想與方法，數學思想方法則是一種靈魂性因素。小學教育是人生之旅的奠基工程。在數學空間與幾何領域，教師應當善于借助外在性因素開展教學活動，深入挖豐富多元的數學思想方法，引導學生在觀察與學習、操作與實踐中逐步地認知和感悟，為促進他們的可持續發展和個性化發展奠基鋪路。

比如在教學“圓的面積”內容時，教師可首先通過三維動畫技術，把圓轉化為已學圖形長方形，讓小學生從“化未知為已知”“化抽象為形象”中初步感受知識的形成過程；然后引導他們在“化復雜為簡單”中逐步探索出“S=πr2”，完成教學目標。再如教學“測量圓的周長”，同樣可通過三維動畫演示“化曲為直”的藝術性過程。

所有這些，無不蘊藏著課程活動中的數學轉化思想。教師如果善于通過三維動畫等現代教育技術來進行輔助教學和有效支撐，那么不僅有利于在“曲步轉化”中有效增強學生的實際感悟能力，而且有利于逐步注入思想和方法元素[3]。

4 結語

綜上所述，隨著新課程教學改革事業的深入推進，科技與教育的聯系不斷增強。完全有理由堅信，三維動畫這一科技之花終將在中小學數學教學活動中日益綻放。

參考文獻

[1]陳家梅.運用數學思想，挖掘幾何習題美：蘇教版小學數學“空間與圖形”領域習題使用的體會[J].廣西教育a：小教版，2012（13）：67.

[2]楊小龍.小學數學“空間與圖形”教學之我見[J].黑龍江教育：小學教學案例與研究，2010（Z1）：4-6.

[3]趙明亮.芻議小學數學教學中學生圖形空間觀念的培養[J].科教新報：教育科研，2011（23）.

[4]胡曉玉.在小學數學教學中如何培養和提高學生的空間想象能力[J].考試周刊，2011（47）：79-80.endprint