3D打印技术与小学几何图形教学融合的应用案例研究

□肥东县东城实验小学  席菊梅

近年来，随着STEM教育和创客教育如火如荼地开展，3D打印也开始进入中小学。3D打印也叫“三维打印”，基于所创建的原型样品或实体模型，运用塑料、树脂、粉末状金属或其他材料，通过逐层打印实现快速成型。3D打印教具也成为许多教师的选择——通过3D设计，可以让传统教具有新的改进，让数学知识“看得见，摸得着”。

3D One建模软件是面向全国中小学推出的3D打印设计软件，其特点是学生们就算没有任何基础，也可通过堆积木式的堆砌、拖拉、点击等简单操作方式，就可完成属于自己的有趣设计。3D One通过智能建模技术与3D打印对接，以3D打印机为教具，3D建模应用为课件的教学方法，让数学课堂真正实现“让思维可见，让想法有形”的创新教育的目标，在轻松学习中学生的空间观念得以提升，逻辑思维能力得到培养。

《观察物体（一）》人教版小学数学二年级上册第五单元内容，属于空间与图形领域。本节课的知识基础是学生已经认识了上下前后左右，并且能初步认识平面图形和立体图形。《观察立体图形》是《观察物体（一）》的第二课时，在第一课时的基础上将所观察的物体由实物变成立体图形，通过观察，使学生对所学过的立体图形从整体认识到局部特征的认识，并沟通了立体图形与平面图形之间的关系。其教学重点是学生会辨认立体图形从不同的角度观察到的形状，发展学生的空间观念和推理能力。教学难点是让学生能根据观察到的物体的形状，判断观察的视角，建立一一对应的关系。该节知识是为第二学段《观察物体（二）》、《观察物体（三）》打基础，为高年级进一步学习立体图形特征等做方法积累。

基于对教材的分析及3D打印技术的了解，课前笔者有如下思考：

1.怎么结合3D打印技术设计丰富的数学活动，来发展学生的空间观念？

2.3D打印技术能为本节课提供哪些教学便利，让学生更轻松地学习并达成教学目标？

教学片段：

活动：观察正方体、圆柱、球。

（学生观察学具，均由我校3D打印设备打印。）

出示课件：从正面、上面、侧面观察正方体、圆柱、球，先小组内交流，再集体汇报。

师：现在让我们按刚才的方法继续观察这三个老朋友。正方体、圆柱、球，谁来读一读活动要求。

师：听明白了吗？从哪几个面去观察？

生：从正面、侧面和上面观察。

师：对！开始吧！

（学生活动，教师巡视，时间四分钟左右。）

师：我找一个同学看一看，你观察了哪个立体图形？

（学生汇报，教师随机点击相应图形课件。）

（1）汇报圆柱：

生：我观察的是圆柱，它的上面和下面是一样的。

师：哦，上面和下面是一样的，大家看看同意他的意见吗？

生：（齐答）同意！

师：是的，这样立着，上面和下面是什么样？（圆形）那正面和侧面呢？（都是一样的）

师：正面和侧面都是一样的，一样的什么图形呢？课前大家已经了解到今天课堂上请来的几个立体图形，都是老师通过电脑中3D One建模软件绘制出的图形，再通过3D打印机打印出来的。下面让我们一起看看圆柱的建模绘制（打开3D One建模软件）。

师：（建模软件中点击圆柱相应的面）那正面和侧面都是什么样？让我们一起看看（点击建模软件圆柱的上下面）。上面是？（圆形）下面呢？（也是圆形）

师：上下两面是圆形，很简单！现在到了见证奇迹的时刻，圆柱的正面和侧面看起来是一样的图形，到底是一样的什么图形呢？请看（教师点击正面和侧面），先观察正面，什么样？（长方形）左面呢？（长方形）右面呢？（也是长方形）

师：现在同学们能把圆柱的观察结果明确地告诉我了吗？

课件呈现圆柱：圆柱从上面看是圆形，从正面和侧面看都是一样的（长方形）。

生：（齐答）圆柱从上面看是圆形，从正面和侧面看都是一样的（长方形）。

（2）汇报正方体：

师：还有谁说一说你观察了什么？

生：观察了正方体，正面、上面、侧面都是一样的？

师：一样的什么图形？动手实践了吗（师生一起比六个面）？

课件呈现：正方体的正面、侧面和上面都是一样的（正方形）。

（3）汇报球：

师：我们还有一个球，谁来说一说？

生：球不管怎样看，哪个面都是一样的。

师：怎么看都是一样的，一样的什么图形呢，你们知道吗？让我们看看吧！

打开3D One建模软件观察球各个面。

师：（点击上面）上面是（圆形）？（点击左右两面。）再看看侧面，左面是？右面呢（圆形）？

师：现在能告诉老师球的正面、侧面、上面都是什么样？

课件呈现：球的正面、侧面和上面都是一样的（圆）。

生：球的正面、侧面和上面都是一样的（圆）。

教师总结：

从不同的方向观察同一物体，所看到的物体的形状可能是相同的，也可能是不同的。

案例分析：

著名教育家蒙台梭利指出：“孩子是靠感官来学习的，我们提供给他的良好刺激愈多就愈能激发他的内在潜能。”观察体验，积累经验。学生的空间观念不是凭空而生的，而是需要在现实生活中不断积累经验，逐步培养和发展的。本节课教师让学生通过亲自观察立体图形（教学具均为3D打印机打印），根据自己的实践体验感悟到从不同的角度观察立体图形，所看到的形状不同，但是对于圆柱（立放）的正面和侧面观察到的平面图形学生是不好表征的。3D打印技术正是将感官刺激最大限度地发挥出来的有效途径。此时，充分利用3D One建模软件，让学生轻松实现从立体图形到平面图形之间的转化，在亲身经历中体验、突破难点——圆柱的侧面和球的各个面图形，抽象出平面图形，直观地感受到每种学过的立体图形正面、上面、侧面的形状，发展了学生的空间观念和几何直观。

□肥东县东城实验小学  席菊梅