利用3D打印在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂中培養(yǎng)學(xué)生的空間觀念

■甘肅省山丹縣南關(guān)學(xué)校 張 瀟

一、在數(shù)學(xué)課堂中運(yùn)用3D打印技術(shù)構(gòu)建學(xué)生的空間思維能力

《小學(xué)數(shù)學(xué)新課標(biāo)》在各學(xué)段都安排了空間和圖形的相關(guān)內(nèi)容，知識由淺入深，由易到難。而空間圖形在低年級學(xué)生的腦海中形成的圖形是模糊的，3D打印技術(shù)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(xué)生從不同覺度去觀察，讓抽象的圖形變得直觀。

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

二、開展多元化3D 打印設(shè)計訓(xùn)練，充分激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)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(shù)，教學(xué)過程不僅要精心設(shè)計，還要根據(jù)課堂需要組織學(xué)生利用3DONE 軟件動手設(shè)計打印出3D 實(shí)物，這就要求學(xué)生要多進(jìn)行互動設(shè)計練習(xí)。而且小學(xué)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(qiáng)，3D 打印是新技術(shù)，學(xué)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(jù)這一特點(diǎn)進(jìn)行實(shí)操設(shè)計指導(dǎo)，讓學(xué)生設(shè)計教師指定的立體圖形并利用3D技術(shù)把立體圖形打印出來，設(shè)計過程中存在好多問題，教師要適時指導(dǎo)空間建模設(shè)計，組織學(xué)生小組合作交流將其打印出來。

實(shí)操訓(xùn)練不能運(yùn)用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，教師應(yīng)該立足不同年齡段學(xué)生感性認(rèn)識思維能力特點(diǎn)，采取主動觀察、小組合作探究、獨(dú)自創(chuàng)新等多元化學(xué)習(xí)方法引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主編程設(shè)計建模。設(shè)計前應(yīng)對圖形的大小、形態(tài)進(jìn)行全面細(xì)微地觀察，根據(jù)物體的特征想象圖形的運(yùn)動軌跡，打印出直觀形象的教具。教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生設(shè)計圖形時出現(xiàn)困難和設(shè)計缺陷時及時指導(dǎo)學(xué)生對其進(jìn)行設(shè)計思路的調(diào)整，激發(fā)學(xué)生對空間模型設(shè)計的創(chuàng)新能力。

三、3D 編程實(shí)操分層設(shè)計，提升學(xué)生動手操作能力

在小學(xué)數(shù)學(xué)空間圖形教學(xué)過程中教師要在傳授數(shù)學(xué)知識時應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的積極性。觀察身邊熟悉的實(shí)物，學(xué)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(diǎn)有何不同之處，進(jìn)一步加深學(xué)生對立體圖形相關(guān)知識的理解。上課前教師要認(rèn)真研究教材，挖掘教材的深度和廣度設(shè)計打印出3D教學(xué)模具，充分發(fā)揮3D直觀模具的直觀效應(yīng)，讓學(xué)生聯(lián)系生活實(shí)際并在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)空間知識的同時讓學(xué)生能夠在數(shù)學(xué)綜合素質(zhì)方面得到訓(xùn)練和啟發(fā)。在教學(xué)設(shè)計時要多考慮到中小學(xué)生的接受點(diǎn)，分層設(shè)空間圖形的重難點(diǎn)，讓不同的學(xué)生獲取嫩夠掌握的知識，特別要注意設(shè)計知識多運(yùn)用一些圖形趣味動態(tài)元素，加強(qiáng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對知識的獲得感。

在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂中運(yùn)用3D技術(shù)，為了降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，可選擇設(shè)計生活中常見的一些簡單圖形和物體，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性。再利用3D技術(shù)實(shí)施學(xué)科知識要更多地體現(xiàn)出生活中的具體場景，結(jié)合3D技術(shù)直觀形象的特點(diǎn)，用情景化的理念來構(gòu)建課堂，提高學(xué)生對三維圖形設(shè)計的認(rèn)知圖和創(chuàng)新能力，讓學(xué)生感到有一種熟悉親切的感覺，使得學(xué)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(xué)習(xí)中的一些重點(diǎn)和難點(diǎn)，在過程也能夠有更加優(yōu)秀的表現(xiàn)。在很多時候，數(shù)學(xué)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(xué)生動手設(shè)計操作，清晰直觀地了解圖形結(jié)構(gòu)和脈絡(luò)，進(jìn)而增強(qiáng)學(xué)生的空間感念培養(yǎng)。生活化的教學(xué)內(nèi)容是學(xué)生熟悉的范疇，無論多么先進(jìn)的信息多媒體的技術(shù)，都是為課堂和學(xué)生的學(xué)習(xí)服務(wù)，能否合理地將3D技術(shù)融入我們的教學(xué)，是需要多方面的合力和教育大環(huán)境來支撐地。在3D技術(shù)的運(yùn)用中，會出現(xiàn)這樣或那樣的問題，采用什么樣的教學(xué)方法去如何實(shí)現(xiàn)教學(xué)成效，該用什么樣的評價機(jī)制來進(jìn)行評價，都將是我們在今后的教學(xué)過程中面對和探究的共同話題。3D打印直觀新型非常強(qiáng)，如果學(xué)生缺乏相應(yīng)的知識背景，教師就有必要進(jìn)行針對性的講解，給予學(xué)生一些幫助和支持。

在小學(xué)數(shù)學(xué)圖形學(xué)習(xí)活動中，教師運(yùn)用3D技術(shù)聯(lián)系實(shí)際生活能夠讓課堂變得更加生動有趣，同時讓學(xué)生在現(xiàn)實(shí)生活中認(rèn)識到先進(jìn)技術(shù)離我們并不遙遠(yuǎn)，我們可以利用先進(jìn)的技術(shù)為我們的生活提供便利。

四、轉(zhuǎn)化3D打印意識，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象

伴隨當(dāng)今時代的發(fā)展，社會以及教育對信息技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。大數(shù)據(jù)、人工智能（AI）時代的來臨，對教育信息化發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)，教師只有勇于迎接挑戰(zhàn)，學(xué)習(xí)先進(jìn)的教學(xué)理念和新科技，不斷加強(qiáng)自身素養(yǎng)的提升，善于創(chuàng)新，把先進(jìn)的教學(xué)輔助軟件和技術(shù)應(yīng)用到我們的課堂，通過應(yīng)用信息化教學(xué)收單，創(chuàng)設(shè)教學(xué)環(huán)節(jié)，并確保其科學(xué)性，以教學(xué)內(nèi)容為依據(jù)，創(chuàng)設(shè)充滿趣味性的教學(xué)情境，促使學(xué)生全身心投入知識探究中，切實(shí)感受數(shù)學(xué)知識蘊(yùn)藏的含義。同時把具有時代氣息和生活特征的知識教導(dǎo)給學(xué)生，使學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識的同時對時代發(fā)展中的新生實(shí)物有初步的了解，深切結(jié)合自身感受，從而為學(xué)生提供廣闊的思維發(fā)展空間。學(xué)習(xí)中若是遇到瓶頸，教師要激勵學(xué)生依據(jù)3D打印直觀教具提供的信息進(jìn)行深入分析，在多個方面入手，促使學(xué)生的思維發(fā)展。

五、結(jié)語

總之，隨著時代的發(fā)展3D打印技術(shù)也在不斷地融入我們的生活，在開展小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)時教師要提高對先進(jìn)教學(xué)方法與手段的關(guān)注度，積極廣泛的應(yīng)用信息化教學(xué)手段。在未來我相信3D 打印技術(shù)與創(chuàng)客教育會成為現(xiàn)代化教育的重要組成部分，對于3D打印技術(shù)在數(shù)學(xué)課堂中的融合利用，要依據(jù)時代的選擇與實(shí)際教學(xué)情況不斷地完善學(xué)習(xí)，培養(yǎng)最終推進(jìn)現(xiàn)代化技術(shù)教育變革。