汪奇

摘要：3D 打印是一項新興技術，能激發(fā)學生動手操作的興趣，創(chuàng)新實踐的方式。教師應結(jié)合現(xiàn)代教育技術，適應課堂教學變革，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力，探究更為有效的課堂教學模式。同時，教師應培養(yǎng)學生空間意識，通過展示空間模型，發(fā)展學生的空間思維能力。

關鍵詞：3D打印空間思維長方體

3D打印技術是一項新興的快速成型技術，其基本原理是通過層層疊加制造，在X軸、Y軸坐標方向形成物體的橫截面形狀，然后在Z軸坐標不停地做層面厚度移動，形成三維立體空間制件。3D打印在航空、醫(yī)療、建筑、文物保護、個人消費領域等有著廣泛的應用，以呈指數(shù)暴增的迅猛勢頭走向我們的視野，走向我們的生活，走向我們的課堂。

3D打印筆是一項應用技能創(chuàng)新實踐，具有3D 打印元素的“筆”的功能。它無須電腦支持，使用 PLA 或 ABS耗材，可以在任何物體表面上盡情“書寫”。3D打印筆使用加溫鍵達到一定溫度，調(diào)整進絲鍵，熔化耗材通過筆頭熱融的塑料（如 PLA ），稍后冷卻固化所需形態(tài)。一線教師應充分利用這種新技術喚起學生求知熱情，激發(fā)學生的創(chuàng)新潛能，引導學生利用新媒介，引領學生走向未知的領域，為學生未來創(chuàng)新奠定堅實基礎。

一、使用3D打印筆，培養(yǎng)學生空間意識

《長方體的認識》是五年級數(shù)學（人教版）教學內(nèi)容，學生經(jīng)觀察、思考、歸納長方體（正方體）的特征，利用3D打印筆嘗試描繪出長方體的棱長，進一步認識立體圖形及它們之間的關系，掌握一些簡單圖形計算的數(shù)據(jù)處理能力。

本節(jié)課中，教師通過視頻展現(xiàn)國慶七十周年前夕，全國各地慶祝偉大祖國生日的場面。到處洋溢著節(jié)日的喜慶氛圍，許多城市的高大建筑利用彩燈、光帶裝扮一新。通過該視頻的呈現(xiàn)，對學生進行愛國主義思想品德教育，德育、智育并舉，從高大的建筑物中抽象出建筑物的形狀，引入課題。

教師通過動態(tài)直觀演示，剝離實物形狀，呈現(xiàn)長方體（正方體），通過展現(xiàn)課前準備的3D打印作品——長方體形狀的框架，讓學生建立空間意識，形成空間觀念，感受幾何直觀的效果。

二、學生動手操作，實物展示空間模型

教師呈現(xiàn)長方體形狀框架，并安排組長帶領學生通過小組合作形式，完成學習單內(nèi)容，從長方體框架到棱的數(shù)量、長度進行觀察，并依據(jù)長度進行分組。讓學生初步了解長方體框架基本特征、每四條棱組成的面（本節(jié)課主要研究長方體的棱，面另行研究。教材內(nèi)容先研究面，再研究棱及相關知識，教者對教材進行深入探究，改變教學策略，先行研究棱）以及棱之間的相互關系。長方體有三組不同的棱長，相等的六個面，每個面都有兩組不同的棱。（特殊情況下，只有一組相對的面，兩組四條棱相等。）

在學生猜想、觀察、討論、交流的基礎上，引導學生進行有序思考，利用直尺實際測量驗證，發(fā)展學生推理能力。學生充分認識長方體特征、長方體棱長之間的相互關系后，利用3D打印筆（溫度調(diào)至195℃，速度為3檔，連接時速度調(diào)至為1檔，確保制作精細、美觀。如果速度過快，制作會不夠精細），用不同顏色制成每組四根長度相等的耗材，供學生連接長方體框架。教師可以讓學生選擇不同的連接方法（多數(shù)學生先用四條棱連接成一個面，再連接另一個同樣的面，最后用四條棱連接成長方體）對不同面進行組合，現(xiàn)場制成長方體框架。學生在動手過程中解決問題，并提出新問題，思考制成這個長方體框架所用耗材有多長，并進行驗證。

三、充分利用學生想象，實現(xiàn)構建幾何空間

利用3D打印筆，能幫助學生形成空間意識，發(fā)揮學生想象力，使其學會描述空間圖形。也可激發(fā)學生創(chuàng)新靈感，使其進一步認識立體圖形及它們之間的關系，掌握一些簡單圖形計算的數(shù)據(jù)處理能力。

在能力拓展環(huán)節(jié)，精心設計題型。教師應精準把握課堂教學核心，滲透教材，抓住數(shù)學的本質(zhì)。例如給出長方體框架其中一組長、寬、高的數(shù)量，讓學生閉起雙眼，發(fā)揮想象力，想象長方體物體的形狀，大約占有空間，從橫向、縱向、高度考慮大概形成的樣子，以及相互之間長度的關系。

學生通過認識事物基本特征，經(jīng)歷實踐動手操作，由表及里，探究事物的本質(zhì)，理解數(shù)學的真正價值。教師可要求學生利用剪刀，將制好的長方體剪成只能看到4個完整的頂點，并且每個頂點上有三條棱的物體。學生在操作中，再次體驗一個頂點三條棱，共有四組，每組長、寬、高的長度一樣。學生經(jīng)歷真正意義上的剖析過程，能清楚認識事物，實現(xiàn)認識長方體特征的目的。

四、選擇多維度設計，形成空間思維

學生通過數(shù)量、棱長，長方體棱長、數(shù)量之間的關系，認識長方體，了解長方體的特征。從不同維度思考，可以選擇點、線、面分別認識長方體。

利用3D打印筆的便捷性，隨手可以從同一個頂點連接三條不同棱為一組、兩組，直至連接四個頂點形成一個完整的長方體框架。學生通過實物教具，發(fā)現(xiàn)長方體相等長度的四條棱分別平行，而且每兩條棱在一個面且平行。也可以選擇面，首先選擇不同長度的棱各兩根，連接四個頂點，形成一個面，用同樣的方法再連接另一個面，再用四條相同長度的棱連接八個頂點，形成長方體框架。上述長方體框架的形成，可用3D打印筆迅速完成，即用即成，便捷有效。學生通過演示、觀察、操作，經(jīng)歷拼接、分解，直至從不同維度進行連接。在此種知識的形成過程中，發(fā)生著質(zhì)的變化，能形成思維的不同維度，有利于學生空間思維的形成。

五、培養(yǎng)空間思維，思考實踐經(jīng)歷

通過深入研究，結(jié)合學生實際，利用3D建模軟件創(chuàng)造性地打印所需學具。利用獨特的3D學具，構建學生的空間思維，在自由的觀察、討論、建模創(chuàng)作中，收獲認知新事物的成就感。如在教學《長方體的認識》一課中，讓學生先利用3D建模軟件，在建模平臺上建立一個六面體（軟件默認數(shù)值為20mm×20mm×20mm），然后讓學生隨意更改這個六面體長、寬、高的數(shù)值。通過數(shù)值的變化，所改數(shù)值即所見圖形，將數(shù)學中“數(shù)”與“形”緊密地結(jié)合起來，在學生的腦海里留下數(shù)形結(jié)合的直觀表象，無形中培養(yǎng)了學生的空間思維和理解能力。

在實際教學過程中，合理使用教材，準備、設計新穎獨創(chuàng)的教具、學具，需要教師付出時間、精力、物力，需要教師適應形勢發(fā)展，不斷接受新的教學理念，學習現(xiàn)代教育信息技術。同時，需要教師花費大量的時間與精力進行琢磨，掌握新的教學手段，應用于課堂教學。

PLA 材料是生物降解塑料，加熱熔化后無氣味，相對于ABS材料安全而且環(huán)保，成品的變形較小，在桌面級的3D打印機里使用率比ABS材料要高。然而，我們在實際使用耗材時，

還是能嗅到耗材使用過程中彌漫在空氣中的異味。這些氣體對于未成年人，特別是發(fā)育期間的孩子的影響還有待取證。目前，3D打印筆制造、維護、耗材成本雖低，但不是十分經(jīng)濟，這無形中增加了教育成本。

在小學階段數(shù)學教學中，使用3D打印技術為構建空間模型提供了便利，便于學生建構空間觀念，幫助學生經(jīng)歷二維到三維，立體到平面，面、線、點的變化過程。將3D打印技術與小學數(shù)學中的空間與圖形教學結(jié)合在一起進行創(chuàng)造性教學，有創(chuàng)新，有突破，有發(fā)展。毫無懸念，3D打印技術會越來越普及，使用會更方便。當其實用性和使用的便捷性為人們普遍接受，3D打印技術將會徹底改變?nèi)藗兊纳?，繼而變革我們的課堂。

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責任編輯：黃大燦?趙瀟晗