應(yīng)用3D打印在初中數(shù)學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

溫永盛

(福建省德化第六中學(xué) 福建 泉州 362500)

3D打印，是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印具有“設(shè)計(jì)即生產(chǎn)”的特點(diǎn)，學(xué)生能通過(guò)3D設(shè)計(jì)軟件表達(dá)創(chuàng)意，再與3D打印機(jī)這一快速成型技術(shù)結(jié)合，將無(wú)窮的設(shè)計(jì)想法和無(wú)限制的實(shí)體制造完美地結(jié)合起來(lái)。

學(xué)?？萍紕?chuàng)新小組在校長(zhǎng)的帶動(dòng)下，成立“德化六中3D創(chuàng)客空間”，開(kāi)展多個(gè)學(xué)科老師參與的《基于3D創(chuàng)客實(shí)踐培養(yǎng)初中生創(chuàng)新能力的研究》課題研究，在將3D打印技術(shù)融合傳統(tǒng)課程，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力方面，取得良好的效果。

下面，我就以我平時(shí)數(shù)學(xué)教學(xué)過(guò)程中運(yùn)用3D打印提高學(xué)生創(chuàng)新能力的探討拋磚引玉。

1.誘發(fā)興趣，培養(yǎng)學(xué)生積極性

3D打印，在教學(xué)中，其技術(shù)本身并不是重點(diǎn)，而是在這個(gè)過(guò)程中是否有助于學(xué)生想象力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，是要如何應(yīng)用3D打印將學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣激發(fā)出來(lái)，并促進(jìn)其積極性的提高。在數(shù)學(xué)日常教學(xué)中，我們老師使用的教具如三角板、量角器、圓規(guī)等就是用3D打印制作的。一個(gè)個(gè)精美富有創(chuàng)意的教具讓學(xué)生耳目一新！當(dāng)學(xué)生知道這些教具是老師自己設(shè)計(jì)打印的，更是激發(fā)學(xué)生躍躍欲試的沖動(dòng)——因?yàn)樗麄円苍趯W(xué)習(xí)3D打印課程！3D打印的所思即所得，讓學(xué)生豐富的想象能夠有機(jī)會(huì)變成現(xiàn)實(shí)，甚至還有可能比老師設(shè)計(jì)得更漂亮，更關(guān)鍵的是作品富有自己的特性和創(chuàng)意！當(dāng)學(xué)生在建模軟件創(chuàng)作時(shí)，其零件的精確性就要用到很多已學(xué)或者未學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)，反過(guò)來(lái)又激發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)這一基礎(chǔ)課程的興趣。這樣，將他們的興趣利用起來(lái)，使他們能夠自主探討創(chuàng)新型事物，進(jìn)而挖掘出其潛力，促進(jìn)其創(chuàng)新能力的提升。

2.優(yōu)化課程設(shè)計(jì)，加深學(xué)生理解

數(shù)學(xué)知識(shí)是抽象的東西，是枯燥無(wú)趣的。那如何在枯燥的知識(shí)學(xué)習(xí)中激發(fā)學(xué)習(xí)興趣？3D打印技術(shù)是一種同時(shí)擁有視覺(jué)和觸覺(jué)的學(xué)習(xí)方式，其在“玩中做、做中學(xué)、學(xué)中做、做中創(chuàng)“的特點(diǎn)能夠激發(fā)出學(xué)生對(duì)該技術(shù)的興趣。

比如立體圖形的教學(xué)。學(xué)生從代數(shù)進(jìn)入幾何圖形，本身就有一定的困難，從平面圖形轉(zhuǎn)化到立體圖形更是一頭霧水。因此，我在教立體圖形時(shí)，就是從3D打印的建模入手。在123D或者3One軟件中，讓學(xué)生動(dòng)手觀察制作空間立體圖形：正方體、立方體、圓錐……學(xué)生一下子就把三維立體圖形和現(xiàn)實(shí)聯(lián)系起來(lái)，什么三視圖、展開(kāi)圖等等一節(jié)課就印象深刻，根本不用老師花力氣講解。再通過(guò)軟件進(jìn)行圖形變換：各種展開(kāi)圖、對(duì)稱、旋轉(zhuǎn)、位移等難點(diǎn)，不但學(xué)生能理解，而且記憶深刻，特別是在學(xué)生頭腦中形成空間概念。不像我以前讀書，到高中碰到立體幾何，在平面和立體之間一直轉(zhuǎn)不過(guò)彎，無(wú)法理解。因此，3D打印有助于學(xué)生建立空間概念，開(kāi)拓空間思維能力。

又比如學(xué)習(xí)代數(shù)式這一節(jié)課，我就用到數(shù)形結(jié)合。如圖1

應(yīng)用3D打印出來(lái)的模型加深學(xué)生對(duì)完全平方公式的理解，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生對(duì)其他公式模型的設(shè)計(jì)、創(chuàng)造，訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維。

這種融入3D打印的課程能讓枯燥的課程變得生動(dòng)起來(lái)，不僅可以激發(fā)學(xué)生的興趣，還可以使他們積極主動(dòng)的參與其中。

3.開(kāi)啟DIY的教學(xué)時(shí)代,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維

在做中學(xué)，既是一種教學(xué)方法也是一種教學(xué)理念。美國(guó)著名教育家杜威的“教育即經(jīng)驗(yàn)”“教育生活”“教育即生長(zhǎng)”三個(gè)核心命題也體現(xiàn)在3D打印課程中。學(xué)生可以通過(guò)三維建模軟件將自己的設(shè)計(jì)用3D打印機(jī)呈現(xiàn)出來(lái)，不僅可以提高他們的積極性和興趣，還可以培養(yǎng)他們?cè)诓僮髦械膭?chuàng)新能力。這也是一種DIY(Do It Your-self)思想。

下面是我在3D打印課程中融入數(shù)學(xué)(學(xué)科)知識(shí)的例子《“機(jī)械魚”如何動(dòng)起來(lái)》。圖2

(1)出示3D打印作品“機(jī)械魚”(靈動(dòng)的身體、一次成型)；

(2)設(shè)置問(wèn)題：包含哪些數(shù)學(xué)知識(shí)？(立方體的構(gòu)成、零件的組合、位置變換、對(duì)稱變換等)；

(3)動(dòng)手制作；

(4)自由發(fā)揮想象，制作自己喜歡的“機(jī)械**”，開(kāi)啟DIY模式。

這種幾何體構(gòu)造的圖形就這么巧妙：幾個(gè)幾何體的復(fù)制，位置的變換，大小的變化，再通過(guò)靈巧的組合，就能夠在3D打印機(jī)上直接打印出來(lái)。當(dāng)然，零件尺寸是一個(gè)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)：大小適合才能既靈活又緊湊，還能適合3D打印機(jī)一次打印(而不是分開(kāi))。3D打印技術(shù)本身就是創(chuàng)新的產(chǎn)物,而整個(gè)3D打印學(xué)習(xí)制作過(guò)程就是學(xué)生的DIY過(guò)程，使其在設(shè)計(jì)和操作中體驗(yàn)創(chuàng)新帶來(lái)的成就感,從而培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

4.結(jié)語(yǔ)

2015年李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告提出：“大眾創(chuàng)業(yè)，萬(wàn)眾創(chuàng)新”。創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力越來(lái)越成為一個(gè)國(guó)家國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和國(guó)際地位的最重要的決定因素。在基礎(chǔ)教育中，結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)、積極開(kāi)展3D打印創(chuàng)客實(shí)踐活動(dòng)，可以有效培養(yǎng)初中生的創(chuàng)新能力。