3D打印在初中數(shù)學(xué)創(chuàng)新教學(xué)中的應(yīng)用

李盼盼

摘 要：隨著3D打印電教化應(yīng)用水平的不斷提高，3D打印在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面的作用日益突顯，3D打印的電教化應(yīng)用成為教育的熱點問題。本文對3D打印在中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)上的應(yīng)用進行介紹，并以3D打印在中學(xué)數(shù)學(xué)課堂上的應(yīng)用方向為核心，以激發(fā)學(xué)生主觀能動性為目標，實現(xiàn)引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識。進一步分析了3D打印應(yīng)用于中學(xué)教學(xué)中的方法，并提出了相應(yīng)策略方針。

關(guān)鍵詞：3D打印;中學(xué)教育;創(chuàng)新培養(yǎng)

3D打印，又稱三維打印，是一種快速成形技術(shù)。它以數(shù)字化模型為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式構(gòu)造物體，由于其在制造工藝方面的創(chuàng)新，因此被認為是“第三次工業(yè)革命的重要生產(chǎn)工具”，3D打印技術(shù)實現(xiàn)了快速成型這一特殊的功能要求，可以相對迅速地制作出實際需要的三維形體，近些年來在醫(yī)療衛(wèi)生、航空航天、軍事等領(lǐng)域的工業(yè)制造方面大放異彩。3D打印這種天馬行空式的工業(yè)制造模式為“創(chuàng)造“注入了新的活力，3D打印已經(jīng)成為了創(chuàng)新技術(shù)的代名詞，創(chuàng)新的理念已經(jīng)與3D打印技術(shù)緊密地聯(lián)系在了一起。3D打印作為一項新興技術(shù)，也引發(fā)了中學(xué)教育領(lǐng)域的電教技術(shù)革命。

一、在數(shù)學(xué)創(chuàng)新教學(xué)方面，培養(yǎng)學(xué)生的圖形感知力

3D技術(shù)可以快速的將設(shè)計模型實體化。在初中數(shù)學(xué)教學(xué)階段，通過模型設(shè)計并利用3D打印機逐步打印出模型，可以對學(xué)生形成強烈的感知刺激。著名教育家蒙臺梭利亞表明“孩子是靠感官來學(xué)習(xí)的，我們提供他的良好刺激越多就越能激發(fā)他的內(nèi)在潛能”，3D打印技術(shù)正是將感官刺激最大限度的發(fā)揮出來的有效方式過3D打印技術(shù)，籠統(tǒng)復(fù)雜的立體圖形可以實物化、教具化，使學(xué)生可以更快更好地掌握數(shù)學(xué)圖形知識。

在初中人教版一年級數(shù)學(xué)學(xué)科中關(guān)于立體幾何教學(xué)時，這部分內(nèi)容對于學(xué)生來說，往往都是難點，通過引入3D打印，形成將代數(shù)與幾何相結(jié)合的紐帶，可打開學(xué)生空間想象力的大門。例如，“觀察幾何圖形“這一課，要求學(xué)生掌握從不同角度觀察物體的能力。在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，我們一般借助正方體、球體等簡單教具幫助學(xué)生掌握物體觀察能力。在引入3D打印后，可以制作出不同難度的立體教具，引導(dǎo)學(xué)生不斷的挑戰(zhàn)更復(fù)雜的立體圖形，幫助他們更深入地掌握觀察物體的能力。

二、在數(shù)學(xué)創(chuàng)新教學(xué)方面，激發(fā)學(xué)生的空間想象力

空間想象力是創(chuàng)新思維的基礎(chǔ)之一，初中數(shù)學(xué)教學(xué)的過程中，教師經(jīng)常會遇到學(xué)生缺乏空間想象力的問題，空間想象力缺乏的根本原因在于缺乏直觀的空間認識。3D打印引入中學(xué)課堂后，不僅解決了理論教學(xué)缺少實踐依據(jù)的問題，同時，也增加了學(xué)生直觀接觸空間模型的機會，為空間想象力的培養(yǎng)提供了捷徑。

學(xué)生可以通過參與計算機建模，完成三維立體圖的制作，通過3D打印模型實物化，將理論與實踐相互結(jié)合。

例如，在教學(xué)初中一年級“立體幾何”這一課時，教材中立體幾何特征可采用了3D打印技術(shù)將圓柱體表面拆分開，然后平鋪放置，以此推導(dǎo)出圓柱體的特點。這種通過引入3D打印技術(shù)直觀的給學(xué)生呈現(xiàn)了一個豐富多彩的知識場景，有助于學(xué)生更好的學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。

三、在數(shù)學(xué)創(chuàng)新教學(xué)方面，激發(fā)學(xué)生的設(shè)計創(chuàng)造力

激發(fā)空間想象力和圖形感知力是3D打印技術(shù)所體現(xiàn)出來的最明顯的優(yōu)勢，激發(fā)設(shè)計創(chuàng)造力是3D打印技術(shù)的最核心的競爭力，這種競爭力是其他教育技術(shù)手段難以實現(xiàn)的。長期以來，教育一直在追求如何激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，而設(shè)計創(chuàng)造力就是創(chuàng)新思維最直觀的體現(xiàn)。當學(xué)生可以獨立運用技術(shù)手段完成設(shè)計，并且通過設(shè)計實體化來驗證設(shè)計的合理性，不斷地自我檢查和完善，最終實現(xiàn)設(shè)計成功的目的時，這個過程便是一個激發(fā)設(shè)計創(chuàng)造力，進而激發(fā)創(chuàng)新能力并培養(yǎng)創(chuàng)新思維的過程。

隨著信息技術(shù)和教育理論的不斷發(fā)展，在課堂教學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)了許多新穎的、有效的教學(xué)方式。其中，美國加州理工大學(xué)的多林？尼爾森教授以DBL（Design-Based Learning基于設(shè)計的學(xué)習(xí)模式）教學(xué)理念為基礎(chǔ)搭建了逆向思維模型。引入3D打印符合逆向思維模型對學(xué)生參與課堂設(shè)計的教學(xué)要求，以3D打印設(shè)計這種新穎的電教方式，引導(dǎo)學(xué)生利用3D打印技術(shù)拿出問題的多種解決方案并進行對比、修正出最優(yōu)方案。

例如，人教版初中一年級（上） “設(shè)計長方體形狀“的學(xué)習(xí)中，教師可以在全章基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)完畢后，提出一個挑戰(zhàn)：運用3D打印制作出與教師提供的長方體教具體積成固定比例的模具，根據(jù)挑戰(zhàn)要求設(shè)計出的模型沒有唯一的標準答案，學(xué)生可以盡情的發(fā)揮想象力，設(shè)計出形態(tài)各異、體積成比例的3D模型。這樣的挑戰(zhàn)是學(xué)生從未見過的，學(xué)生必須逆向思考問題，從已知物體的體積求出比例大小的正向思維轉(zhuǎn)變成已知比例大小求出物體體積，并根據(jù)體積設(shè)計物體形狀的逆向思維。

總之，3D打印技術(shù)在初中教學(xué)中還不夠熟練，我們教師要更加注重于初中數(shù)學(xué)相結(jié)合，發(fā)揮3D打印技術(shù)的教學(xué)輔助能力，最大程度的對學(xué)生數(shù)學(xué)知識的掌握、思維能力的提高起到重要的作用。

參考文獻：

[1]冉龍旭，于國龍，聶小雙，余紅，張應(yīng)奎.基于3D打印技術(shù)的中小學(xué)創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究[J].電腦知識與技術(shù)，2018，14（10）：147-148.

[2]李佳，徐興健.3D打印技術(shù)助力中學(xué)生創(chuàng)新教育工作[J].中國教育技術(shù)裝備，2017（23）：28-30.