利用3D打印在小學數學課堂中培養學生的空間觀念

【摘? 要】根據《數學課程標準》且以小學數學課程圖形圖像的內容教學為例，基于創客教育背景下利用3D打印技術能有效轉變傳統的重教師的理論講授，并對3D打印技術及其在小學數學教學中的運用情況調查進行分析，幫助學生解決空間幾何問題提供更多的可視化和可操作性的學習素材，培養學生的空間觀念而進行實踐探究，從而提升學生的實操能力和創新思維能力，并就其實施策略進行探討。

【關鍵詞】3D打印技術;小學數學課堂;培養空間觀念

中圖分類號：G623.5? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：0493-2099（2021）10-0118-02

Use 3D printing to Cultivate Students' Spatial Concepts in Elementary School Math Classrooms

（Nanguan School， Shandan County， Gansu Province，China） ZHANG Xiao

【Abstract】According to the "Mathematics Curriculum Standards" and taking the content teaching of graphic images in primary school mathematics courses as an example， the use of 3D printing technology under the background of maker education can effectively transform the traditional teaching of theories that emphasize teachers. Use investigation and analysis in teaching to help students solve spatial geometry problems， provide more visual and operable learning materials， cultivate students' spatial concepts and conduct practical explorations， so as to enhance students' practical ability and innovative thinking ability. And discuss its implementation strategy.

【Keywords】3D printing technology; Primary school math classroom; Cultivate spatial concepts

一、在數學課堂中運用3D打印技術構建學生的空間思維能力

《小學數學新課標》在各學段都安排了空間和圖形的相關內容，知識由淺入深，由易到難。而空間圖形在低年級學生的腦海中形成的圖形是模糊的，3D打印技術則幫我們解決了這個難題，3D打印好的各種立體圖形教具讓學生從不同覺度去觀察，讓抽象的圖形變得直觀。

課前學生利用3DONE軟件設計制作立體圖形時，就會在腦海中將抽象圖形具體化并進行了分層設計，當教師在課堂中出示3D打印好的立體圖形時，學生很容易理解接受。但是，在數學課堂中學生空間思維能力的培養不是一朝一夕的，應該有序逐步推進，教學方法不能單一化，逐步引導學生通過對各種圖形分類組合，將簡單熟悉的一些圖形進行不同方式的搭建，變成復雜的圖形，讓學生通過動手操作，加快空間圖形在腦海中的生成速度，增強學生空間思維能力。

二、開展多元化3D打印設計訓練，充分激發學生的創新能力

上課前教師對在課堂中使用的教具要做到心中有數，教學過程不僅要精心設計，還要根據課堂需要組織學生利用3DONE軟件動手設計打印出3D實物，這就要求學生要多進行互動設計練習。而且小學生的空間思維能力比較弱，伴隨著年齡的增長空間感會逐漸增強，3D打印是新技術，學生對其充滿了好奇，大都希望自己動手操作體驗。教師要根據這一特點進行實操設計指導，讓學生設計教師指定的立體圖形并利用3D技術把立體圖形打印出來，設計過程中存在好多問題，教師要適時指導空間建模設計，組織學生小組合作交流將其打印出來。

實操訓練不能運用傳統的教學方法，教師應該立足不同年齡段學生感性認識思維能力特點，采取主動觀察、小組合作探究、獨自創新等多元化學習方法引導學生進行自主編程設計建模。設計前應對圖形的大小、形態進行全面細微地觀察，根據物體的特征想象圖形的運動軌跡，打印出直觀形象的教具。教師發現學生設計圖形時出現困難和設計缺陷時及時指導學生對其進行設計思路的調整，激發學生對空間模型設計的創新能力。

三、3D編程實操分層設計，提升學生動手操作能力

在小學數學空間圖形教學過程中教師要在傳授數學知識時應該注重培養學生學習數學的積極性。觀察身邊熟悉的實物，學生之間可相互交流自己分別看到是什么圖形以及圖形的特點有何不同之處，進一步加深學生對立體圖形相關知識的理解。上課前教師要認真研究教材，挖掘教材的深度和廣度設計打印出3D教學模具，充分發揮3D直觀模具的直觀效應，讓學生聯系生活實際并在學習數學空間知識的同時讓學生能夠在數學綜合素質方面得到訓練和啟發。在教學設計時要多考慮到中小學生的接受點，分層設空間圖形的重難點，讓不同的學生獲取嫩夠掌握的知識，特別要注意設計知識多運用一些圖形趣味動態元素，加強學生在學習過程中對知識的獲得感。

在小學數學課堂中運用3D技術，為了降低學生學習的難度，可選擇設計生活中常見的一些簡單圖形和物體，提高學生學習的趣味性。再利用3D技術實施學科知識要更多地體現出生活中的具體場景，結合3D技術直觀形象的特點，用情景化的理念來構建課堂，提高學生對三維圖形設計的認知圖和創新能力，讓學生感到有一種熟悉親切的感覺，使得學生對很多抽象的圖形知識理解都能更加深刻，并且能夠突破學習中的一些重點和難點，在過程也能夠有更加優秀的表現。在很多時候，數學教師可以通過在制作3D動畫的方式，直觀地演示出圖形的變化特征，讓學生動手設計操作，清晰直觀地了解圖形結構和脈絡，進而增強學生的空間感念培養。生活化的教學內容是學生熟悉的范疇，無論多么先進的信息多媒體的技術，都是為課堂和學生的學習服務，能否合理地將3D技術融入我們的教學，是需要多方面的合力和教育大環境來支撐地。在3D技術的運用中，會出現這樣或那樣的問題，采用什么樣的教學方法去如何實現教學成效，該用什么樣的評價機制來進行評價，都將是我們在今后的教學過程中面對和探究的共同話題。3D打印直觀新型非常強，如果學生缺乏相應的知識背景，教師就有必要進行針對性的講解，給予學生一些幫助和支持。

在小學數學圖形學習活動中，教師運用3D技術聯系實際生活能夠讓課堂變得更加生動有趣，同時讓學生在現實生活中認識到先進技術離我們并不遙遠，我們可以利用先進的技術為我們的生活提供便利。

四、轉化3D打印意識，培養學生的空間想象

伴隨當今時代的發展，社會以及教育對信息技術的應用越來越廣泛。大數據、人工智能（AI）時代的來臨，對教育信息化發展提出了新的挑戰，教師只有勇于迎接挑戰，學習先進的教學理念和新科技，不斷加強自身素養的提升，善于創新，把先進的教學輔助軟件和技術應用到我們的課堂，通過應用信息化教學收單，創設教學環節，并確保其科學性，以教學內容為依據，創設充滿趣味性的教學情境，促使學生全身心投入知識探究中，切實感受數學知識蘊藏的含義。同時把具有時代氣息和生活特征的知識教導給學生，使學生能夠在學習數學知識的同時對時代發展中的新生實物有初步的了解，深切結合自身感受，從而為學生提供廣闊的思維發展空間。學習中若是遇到瓶頸，教師要激勵學生依據3D打印直觀教具提供的信息進行深入分析，在多個方面入手，促使學生的思維發展。

五、結語

總之，隨著時代的發展3D打印技術也在不斷地融入我們的生活，在開展小學數學教學時教師要提高對先進教學方法與手段的關注度，積極廣泛的應用信息化教學手段。在未來我相信3D打印技術與創客教育會成為現代化教育的重要組成部分，對于3D打印技術在數學課堂中的融合利用，要依據時代的選擇與實際教學情況不斷地完善學習，培養最終推進現代化技術教育變革。

注：本文為甘肅省教育科學“十三五”規劃2019年度一般課題“創客背景下I3done校本課程開發與實踐的研究”（課題立項號：GS[2019]GHB06969）的研究成果。

參考文獻：

[1]賈琳.3D打印技術在小學數學中的運用[J].河南教育（基教版），2018（07）.

作者簡介：張瀟（1971.1-），男，漢族，甘肅山丹人，大專，高級教師，研究方向：小學數學教育教學。

（責任編輯? 王小飛）