3D打印筆在幼兒數(shù)學(xué)思維訓(xùn)練中的使用

謝翠君

一、從二維到三維，“神筆馬良”再現(xiàn)

3D打印筆專注培養(yǎng)幼兒的動手力、觀察力、空間想象能力，3D打印筆所制作的教具可延伸到培養(yǎng)幼兒的數(shù)感能力、邏輯推理能力、記憶力和表達(dá)力，助力幼兒七大能力均衡發(fā)展。

二、妙筆生花，開啟3D打印智慧之門

（一）全新的科技體驗

3D打印筆有一種天然的立體優(yōu)勢，能把幼兒繪畫涂鴉視角從平面圖案轉(zhuǎn)換成立體圖案。如4歲以上幼兒在數(shù)學(xué)課《有趣的三角體》感知課上，無論是PPT還是書本上的圖片都是平面的，雖然幼兒教師可從生活中挖掘各種三角體教具，可由于教具經(jīng)費有限，難以獲得可拆分觀察的三角體教具。但用3D打印筆繪制出來的三角體，就是幼兒參與制作、全方位感知的正三角體，幼兒可從不同維度來分析自己繪制的三角體。繪制三角體需由畫4面的三角形，一面正方形，然后拼接在一塊，動手能力更強的幼兒可以挑戰(zhàn)正三角體。操作成果呈現(xiàn)后，幼兒可簡單介紹自己設(shè)計的成品，在此過程中幼兒不僅體驗了制作過程，而且發(fā)現(xiàn)相同類型的圖形拼接可以制作千變?nèi)f化的立體圖型。

（二）體型大易于掌控

3—6歲幼兒手掌較小，五指較短，3D打印筆根據(jù)3—6歲幼兒手掌生理結(jié)構(gòu)和抓握力量量身定制其形狀、尺寸、按鍵的位置，更貼合幼兒手型，重量較輕，便于幼兒對線條進(jìn)行操控。

（三）思維方式的轉(zhuǎn)變

3D打印筆可實現(xiàn)平面和立體雙軌道繪畫，幼兒可在創(chuàng)造各種各樣的圖形中形成有機拼接整合。如一個長方體和4個扁圓柱的有機組合可變成一輛小巴士;車頂加上2條平行的斜線，連接兩條平行于地面的直線，組合后就變成富有廣州本土特色的電車;幼兒在操作過程中會發(fā)現(xiàn)，單一的平行于地面的直線無法支撐保持平衡狀態(tài)，通過查閱圖書和教師相關(guān)指導(dǎo)，就會發(fā)現(xiàn)電車的電線需要通過就近的高架或電線桿進(jìn)行固定而架設(shè)各個公交線路的接觸網(wǎng)，幼兒會感知“支撐”的效果。類似這樣的與生活場景息息相關(guān)的3D模型制作，鍛煉了幼兒邏輯思維能力和抗挫能力，這樣的教學(xué)理念符合新時代的STEAM教育理念的教學(xué)要求，這樣的創(chuàng)造活動使得幼兒產(chǎn)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。

（四）3D打印筆可自制教具

3D打印筆可協(xié)助教師的STEAM課程的教學(xué)活動，所謂的STEAM是由Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）、Arts（藝術(shù)）、Mathematics（數(shù)學(xué)）這五個單詞的首字母組成的。3D打印筆融合五大領(lǐng)域，讓幼兒全面發(fā)展，同時可參與教師教具的制作。數(shù)學(xué)領(lǐng)域，可以根據(jù)幼兒的學(xué)習(xí)掌握情況，繪制適合課堂的數(shù)學(xué)小游戲教具，例如數(shù)獨、序列變換、加減法訓(xùn)練的小天平都可通過3D打印筆完成;在科學(xué)領(lǐng)域，教師可以將水果從開花到結(jié)果的過程、制作磁鐵驅(qū)動的小車等打印出來，把無形抽象的知識有形化;在工程領(lǐng)域，教師可打印出橋梁、不倒翁、竹蜻蜓等，把力學(xué)原理實體化，方便幼兒理解，激發(fā)他們的好奇心，技術(shù)和藝術(shù)領(lǐng)域貫穿其中。

三、3D打印筆在幼兒數(shù)學(xué)六大模塊的應(yīng)用探索

（一）集合與分類

集合與分類是幼兒學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)，有關(guān)集合的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容有：求同與分類、集合的多重屬性、集合間的關(guān)系。

1.集合與分類要點一：屬性的匹配和分類

3D打印筆多元化的教具制作可滿足教師根據(jù)班上幼兒的興趣愛好定制適合該課堂的集合與分類的教具，同樣可有目的地讓幼兒掌握不同的概念。如用3D打印筆打印出不同顏色的巧克力，匹配的要求是讓幼兒將不同顏色的巧克力放入相應(yīng)顏色的盒子里;分類要求的是幼兒將巧克力分別放在兩個透明罐子里，且兩個透明罐子分別放了兩塊長方形巧克力和量化圓形巧克力。屬性應(yīng)該由幼兒自己去區(qū)分并發(fā)現(xiàn)，而不是教師預(yù)設(shè)的。

2.集合與分類要點二：物體多元分類

幼兒可根據(jù)自己的喜好畫出自己喜歡的小動物和蔬菜水果，結(jié)束后匯總進(jìn)行集合與分類的集體學(xué)習(xí)。教師可根據(jù)對物體不同的分類方式指導(dǎo)幼兒分類。如按物體的外部特征分類將熊貓、小松鼠等放在一起，將竹筍和松子放在一起;按事物間的關(guān)系分類，如將熊貓與竹筍放在一起，將小松鼠和松子放在一起等。

3.集合與分類要點三：集合間比較及其關(guān)系

生活中集合問題涉及集合間量的比較和是否相等。3D打印可以將日常生活的事物“跳躍”在幼兒的學(xué)習(xí)桌上，教師在不同的課堂上設(shè)計不同類型的主題繪制，集中展示。幼兒根據(jù)教師不同的任務(wù)卡進(jìn)行分類，在實例中比較集合，了解并集、交集和和補集這些難以掌握的概念，降低學(xué)習(xí)難度，豐富學(xué)習(xí)課堂。

（二）數(shù)

3D打印筆打破常規(guī)的數(shù)字書寫，數(shù)字不僅“跳出”作業(yè)本，還可以賦予生命。如數(shù)字“2”，幼兒在繪制過程中發(fā)現(xiàn)它像小鴨子;數(shù)字“4”，它可以畫成一面紅旗;等等。同樣地，教師可以制作一個轉(zhuǎn)盤，隨機轉(zhuǎn)出相應(yīng)地數(shù)字，幼兒在轉(zhuǎn)盤的膠板上畫上相應(yīng)數(shù)量的實物或標(biāo)志。

（三）量

教師可在課堂上廢物利用，用薯片罐、筷子、塑料杯等手工制作天平，幼兒制作自己喜歡的小砝碼，教師利用電子秤盡可能讓幼兒的小砝碼重量一致。幼兒可以小組集體探索，感受平衡、加減砝碼的樂趣。

（四）形

幼兒早期數(shù)學(xué)啟蒙除了學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識外，培養(yǎng)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣是學(xué)好數(shù)學(xué)的關(guān)鍵。3D打印筆讓幼兒結(jié)合想象力，將各式各樣圖形組合為立體形狀，就會極大地激發(fā)幼兒的興趣和好奇心。3D打印筆可打破空間限制，制作莫比烏斯帶和克萊因瓶這兩種單側(cè)、不可定向曲面，3D打印筆的防水性和耐磨性，讓幼兒親身參與這種特殊曲面的驗證，感受數(shù)學(xué)之美。

（五）時

了解時鐘的結(jié)構(gòu)及分針、時針的運行規(guī)律，可以幫助幼兒形成時間概念，有利于培養(yǎng)幼兒的守時觀念和按時作息的生活習(xí)慣。利用3D打印筆繪制時鐘的過程中，幼兒會發(fā)現(xiàn)時鐘的制作必須先畫一個圓作為基礎(chǔ)，時針、分鐘和秒針的連接處需要在圓的中心，因此教師可以先用圓規(guī)協(xié)助幼兒畫圓心，后在輔助紙上畫一個完美的圓。同樣地，大班的“一日作息時刻”可化作一個生活墻飾的比賽，幼兒可利用3D打印筆繪制可轉(zhuǎn)動的時鐘，由小作者轉(zhuǎn)動到相應(yīng)的時刻，輪流掛上幼兒繪制的時鐘。

（六）空

空間思維是指跳出點、線、面的限制，能全方位思考問題的思維方式，是一種立體思維和整體思維能力。如在《走進(jìn)田園生活》的主題攝影活動中，幼兒會發(fā)現(xiàn)同樣的農(nóng)作物，會被農(nóng)民伯伯搭建出不一樣的搭架模式：籬架、單組模式和“門”字形平架，如下圖所示：

各種不同的農(nóng)作物搭架模式

幼兒可以通過家長協(xié)作、上網(wǎng)查詢和訪問農(nóng)民伯伯多種途徑，了解不同搭架方式的特點。幼兒可拍下農(nóng)田的不同搭架模式，由家長發(fā)到教師的郵箱，由教師匯總。幼兒在親身感受和訪問農(nóng)民伯伯后，發(fā)現(xiàn)南方農(nóng)田大多使用籬架?；h架有效綠葉受光面較大，有利于光合作用，充分利用空間，減少病蟲害的危害，并且采摘果實方便。幼兒很難比較不同搭架的有效受光面積，平面圖形無法達(dá)到教學(xué)效果。此時，教師可通過3D打印筆，打印出占地面積相同、受光面可拆卸的多種搭架方法，通過讓幼兒拆卸受光面，把每種搭架各自拼湊并疊在一起。通過比較，幼兒發(fā)現(xiàn)人字形籬架的受光面積最大。

四、結(jié)語

3D打印筆是人類手寫繪圖技術(shù)的革新，教師應(yīng)結(jié)合幼兒園教育的方式和特點，挖掘生活中的數(shù)學(xué)元素，制作合適的教具，鼓勵幼兒參與教具的制作和設(shè)計，從而讓幼兒受益并開拓思維。幼教專業(yè)學(xué)生還需在生活中找到教學(xué)題材，同時具備創(chuàng)新思維，以適應(yīng)未來新時代的幼兒教育教學(xué)。