利用3D打印在小学数学课堂中培养学生的空间观念

【摘  要】根据《数学课程标准》且以小学数学课程图形图像的内容教学为例，基于创客教育背景下利用3D打印技术能有效转变传统的重教师的理论讲授，并对3D打印技术及其在小学数学教学中的运用情况调查进行分析，帮助学生解决空间几何问题提供更多的可视化和可操作性的学习素材，培养学生的空间观念而进行实践探究，从而提升学生的实操能力和创新思维能力，并就其实施策略进行探讨。

【关键词】3D打印技术;小学数学课堂;培养空间观念

中图分类号：G623.5      文献标识码：A      文章编号：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、在数学课堂中运用3D打印技术构建学生的空间思维能力

《小学数学新课标》在各学段都安排了空间和图形的相关内容，知识由浅入深，由易到难。而空间图形在低年级学生的脑海中形成的图形是模糊的，3D打印技术则帮我们解决了这个难题，3D打印好的各种立体图形教具让学生从不同觉度去观察，让抽象的图形变得直观。

课前学生利用3DONE软件设计制作立体图形时，就会在脑海中将抽象图形具体化并进行了分层设计，当教师在课堂中出示3D打印好的立体图形时，学生很容易理解接受。但是，在数学课堂中学生空间思维能力的培养不是一朝一夕的，应该有序逐步推进，教学方法不能单一化，逐步引导学生通过对各种图形分类组合，将简单熟悉的一些图形进行不同方式的搭建，变成复杂的图形，让学生通过动手操作，加快空间图形在脑海中的生成速度，增强学生空间思维能力。

二、开展多元化3D打印设计训练，充分激发学生的创新能力

上课前教师对在课堂中使用的教具要做到心中有数，教学过程不仅要精心设计，还要根据课堂需要组织学生利用3DONE软件动手设计打印出3D实物，这就要求学生要多进行互动设计练习。而且小学生的空间思维能力比较弱，伴随着年龄的增长空间感会逐渐增强，3D打印是新技术，学生对其充满了好奇，大都希望自己动手操作体验。教师要根据这一特点进行实操设计指导，让学生设计教师指定的立体图形并利用3D技术把立体图形打印出来，设计过程中存在好多问题，教师要适时指导空间建模设计，组织学生小组合作交流将其打印出来。

实操训练不能运用传统的教学方法，教师应该立足不同年龄段学生感性认识思维能力特点，采取主动观察、小组合作探究、独自创新等多元化学习方法引导学生进行自主编程设计建模。设计前应对图形的大小、形态进行全面细微地观察，根据物体的特征想象图形的运动轨迹，打印出直观形象的教具。教师发现学生设计图形时出现困难和设计缺陷时及时指导学生对其进行设计思路的调整，激发学生对空间模型设计的创新能力。

三、3D编程实操分层设计，提升学生动手操作能力

在小学数学空间图形教学过程中教师要在传授数学知识时应该注重培养学生学习数学的积极性。观察身边熟悉的实物，学生之间可相互交流自己分别看到是什么图形以及图形的特点有何不同之处，进一步加深学生对立体图形相关知识的理解。上课前教师要认真研究教材，挖掘教材的深度和广度设计打印出3D教学模具，充分发挥3D直观模具的直观效应，让学生联系生活实际并在学习数学空间知识的同时让学生能够在数学综合素质方面得到训练和启发。在教学设计时要多考虑到中小学生的接受点，分层设空间图形的重难点，让不同的学生获取嫩够掌握的知识，特别要注意设计知识多运用一些图形趣味动态元素，加强学生在学习过程中对知识的获得感。

在小学数学课堂中运用3D技术，为了降低学生学习的难度，可选择设计生活中常见的一些简单图形和物体，提高学生学习的趣味性。再利用3D技术实施学科知识要更多地体现出生活中的具体场景，结合3D技术直观形象的特点，用情景化的理念来构建课堂，提高学生对三维图形设计的认知图和创新能力，让学生感到有一种熟悉亲切的感觉，使得学生对很多抽象的图形知识理解都能更加深刻，并且能够突破学习中的一些重点和难点，在过程也能够有更加优秀的表现。在很多时候，数学教师可以通过在制作3D动画的方式，直观地演示出图形的变化特征，让学生动手设计操作，清晰直观地了解图形结构和脉络，进而增强学生的空间感念培养。生活化的教学内容是学生熟悉的范畴，无论多么先进的信息多媒体的技术，都是为课堂和学生的学习服务，能否合理地将3D技术融入我们的教学，是需要多方面的合力和教育大环境来支撑地。在3D技术的运用中，会出现这样或那样的问题，采用什么样的教学方法去如何实现教学成效，该用什么样的评价机制来进行评价，都将是我们在今后的教学过程中面對和探究的共同话题。3D打印直观新型非常强，如果学生缺乏相应的知识背景，教师就有必要进行针对性的讲解，给予学生一些帮助和支持。

在小学数学图形学习活动中，教师运用3D技术联系实际生活能够让课堂变得更加生动有趣，同时让学生在现实生活中认识到先进技术离我们并不遥远，我们可以利用先进的技术为我们的生活提供便利。

四、转化3D打印意识，培养学生的空间想象

伴随当今时代的发展，社会以及教育对信息技术的应用越来越广泛。大数据、人工智能（AI）时代的来临，对教育信息化发展提出了新的挑战，教师只有勇于迎接挑战，学习先进的教学理念和新科技，不断加强自身素养的提升，善于创新，把先进的教学辅助软件和技术应用到我们的课堂，通过应用信息化教学收单，创设教学环节，并确保其科学性，以教学内容为依据，创设充满趣味性的教学情境，促使学生全身心投入知识探究中，切实感受数学知识蕴藏的含义。同时把具有时代气息和生活特征的知识教导给学生，使学生能够在学习数学知识的同时对时代发展中的新生实物有初步的了解，深切结合自身感受，从而为学生提供广阔的思维发展空间。学习中若是遇到瓶颈，教师要激励学生依据3D打印直观教具提供的信息进行深入分析，在多个方面入手，促使学生的思维发展。

五、结语

总之，随着时代的发展3D打印技术也在不断地融入我们的生活，在开展小学数学教学时教师要提高对先进教学方法与手段的关注度，积极广泛的应用信息化教学手段。在未来我相信3D打印技术与创客教育会成为现代化教育的重要组成部分，对于3D打印技术在数学课堂中的融合利用，要依据时代的选择与实际教学情况不断地完善学习，培养最终推进现代化技术教育变革。

注：本文为甘肃省教育科学“十三五”规划2019年度一般课题“创客背景下I3done校本课程开发与实践的研究”（课题立项号：GS[2019]GHB06969）的研究成果。

参考文献：

[1]贾琳.3D打印技术在小学数学中的运用[J].河南教育（基教版），2018（07）.

作者简介：张潇（1971.1-），男，汉族，甘肃山丹人，大专，高级教师，研究方向：小学数学教育教学。

（责任编辑  王小飞）