小學數(shù)學空間與幾何教學中三維動畫的應用與研究

◆張加龍

小學數(shù)學空間與幾何教學中三維動畫的應用與研究

◆張加龍

三維動畫具有精確性、真實性和無限可操作性等方面的優(yōu)勢。三維動畫在中小學課程活動中蘊藏著巨大的潛力。結合小學數(shù)學教學實踐，就如何在小學空間與幾何教學中運用三維動畫進行探討。

小學數(shù)學；空間與幾何；三維動畫

1 前言

在小學數(shù)學教學過程中，積極開展豐富多元的信息化課程實踐活動，非常有利于在激發(fā)學習興趣、優(yōu)化課程結構、呈現(xiàn)知識形成、提升教學質(zhì)效和促進實踐創(chuàng)新等方面，充分發(fā)揮無可替代的正強化作用，在潛移默化中獲取培養(yǎng)學生情緒智力的良好效益。對于抽象思維要求較高的空間與幾何教學來說，現(xiàn)代信息技術尤其是三維動畫技術的運用，更像是“劍之雙刃”“鳥之雙翼”。

2 三維動畫的主要內(nèi)涵、技術特征和運用價值

什么是三維動畫呢？三維動畫又稱3D動畫，是隨著計算機軟件與硬件技術的發(fā)展而來的一種新興技術類型。首先，三維動畫軟件在計算機中建立起一個虛擬世界，軟件設計師在其中按照所要表現(xiàn)對象的形狀尺寸建立起模型和場景；根據(jù)相關要求，設定模型的運動軌跡、虛擬攝影機的運動以及其他動畫參數(shù)；按照要求為模型賦上特定材質(zhì)，并且打上燈光。待到這一切全部完成以后，只需讓計算機自動運算起來，就能生成令人期待的最終畫面。

三維動畫是一種集技術性和藝術性為一體的科技形象，具有如下幾個方面的特征：

1）能夠跨越時空概念，在計算機支持下真實再現(xiàn)各類場景和任何事件；

2）對于其自身而言，可謂“只有想不到，沒有做不到”，能夠完成一切現(xiàn)實和想象中的視覺效果；

3）能夠承擔各類拍攝中高危險、高成本且無法重現(xiàn)等鏡頭的制作工作；

4）具有不同一般、極其獨特的視覺表現(xiàn)力，能夠美化內(nèi)容、提升形象、彰顯個性。

三維動畫的運用價值集中地體現(xiàn)在：

1）能夠從微觀到宏觀世界，從真實到想象空間，非常逼真地模擬任何場景和事件，從中贏得令人震撼的藝術視覺效果；

2）能夠在既節(jié)約成本又提升效率的情形下，同樣實現(xiàn)“效益”“效果”的倍增目標；

3）能夠通過虛擬化環(huán)境，把現(xiàn)實世界中的復雜系統(tǒng)進行簡化和直觀性剖析，并且通過互動功能，讓圖像、影像與人產(chǎn)生“對話”、交流，從而體現(xiàn)非常清晰的說明力；

4）以極其個性化的表現(xiàn)手法，能夠形成嶄新的創(chuàng)作空間，并且塑造產(chǎn)品的差異化。

由此可見，三維動畫對于塑造空間與模型的能力是十分強大的[1]。

3 三維動畫在小學數(shù)學空間與幾何教學中的運用

電腦三維動畫不僅具有強大的造型能力——可逼真模擬現(xiàn)實中物體、景觀，也可“無中生有”；不僅具有“自由自在”的運動表現(xiàn)——可任意指定物體的運動方向、軌跡，任意掌握拍攝角度、照明特性，也可讓物體任意變化。可從如下幾個方面加以運用。

把三維動畫運用于圖形空間教學，有利于激發(fā)小學生的課程學習興趣 成功的教學不在于強制學生，而是有效激發(fā)他們的學習興趣。由于心智發(fā)育的規(guī)律性，小學生群體屬于“天然唯情趣一族”，他們?nèi)狈ο鄳呢熑我庾R和自控能力，在各個方面都始終存在不可抗拒的“情趣依賴”心理，學習活動同樣如此。再則，小學生正處于“形象思維有余、抽象思維欠缺”的發(fā)展階段，而空間與幾何學習則需要相應的抽象思維能力，這對于大多人來說確實有著一定的學習難度。如果教師將三維動畫技術引入空間與幾何教學活動中，則能在寓教于樂中贏得事半功倍的良好實效。

以教學“圓的認識”內(nèi)容為例，筆者沒有直接進入教學程序，而是演示了“動物界自行車比賽”的三維動畫：首先是小猴、小兔、小鹿等各類運動員登臺亮相，它們分別騎上圓形、橢圓形、正方形車輪的自行車；接著讓小學生大膽地預測比賽結果，可謂“眾說紛紜、難以預料”；然后三維動畫演示真正開始，猴類動物進展順利，兔類動物非常吃力，而鹿類動物幾乎寸步難行，小學生是既情趣十足又莫名其妙。在哈哈大笑之后，他們終于發(fā)現(xiàn)了“秘密”——原來猴類動物所騎的車輪是圓形，其他的則不是。“車輪為什么要是圓的呢？”帶著這一情趣化問題進入學習活動，其效果自然是不言而喻的[2]。

把三維動畫運用于幾何特征教學，有利于培養(yǎng)小學生的觀察認知能力 什么是幾何模型呢？就是用來具體描繪產(chǎn)品在形狀、尺寸、位置與結構關系等方面幾何信息的模型。要想學好空間與幾何方面的數(shù)學知識，引導小學生如何學會觀察則是極其重要的首要環(huán)節(jié)。關于培養(yǎng)學生觀察能力的重要性和必要性，正如蘇霍姆林斯基所說：“觀察對于兒童之必不可少，正如陽光、空氣、水分對于植物之必不可少。在這里，觀察是智慧的最重要的能源。”換言之，觀察是學生認識世界的第一步，是他們在學習能力素養(yǎng)中不可或缺且無可替代的有機元素。尤其在空間與圖形知識學習過程中，只有對于辨認圖形、演示實驗或操作進行觀察，方容易獲取物體的空間觀念。

比如在教學認識物體內(nèi)容時，如果這一物體比較復雜一些，要想讓小學生在一般情境下去觀察并了解它究竟“有多少個面”“有多少條棱”“有多少個定點”“每個面是什么形狀，且它們是否相同”等一些特征性知識，這并非一件輕而易舉的事情。然而與之相應的是，教師如果把這一物體投放于三維動畫情境下，讓學生進行激情觀察與熱烈討論，這些問題根本算不得什么，而且無須教師的參與和引導，就會在教學問題的迎刃而解中較好地實現(xiàn)化難為易的教學目標。

把三維動畫運用于拓展延伸教學，有利于增強小學生的空間思維能力 “數(shù)學學習的有效方法，在于鞏固消化，在于勤練多做，在于拓展延伸，在于學用結合……”眾所周知，在數(shù)學課程教學活動中，教師只有善于把“小課堂”與“大社會”有機地結合起來，把教材知識教學與拓展延伸環(huán)節(jié)有機地結合起來，才能讓學生在學用結合與知行統(tǒng)一中逐步收獲熟能生巧的實質(zhì)性效果。理論和實踐表明，教師在拓展延伸環(huán)節(jié)，如果把三維動畫深入有效地滲透與融入其中，則能充分發(fā)揮“情緒智力”的正能量作用。

比如在教完“圓柱表面積”并且讓學生學會應用“圓柱表面積=側面積+底面積×2”這一公式后，教師還可通過三維動畫技術，把圓柱體表面積的另外一種求證法生動形象地演示出來，就是使圓柱體表面通過“先割后拼”成為一個長方形，再繼續(xù)相應的簡單求證。有了這一后續(xù)性的拓展延伸環(huán)節(jié)，不僅在三維動畫演示中實現(xiàn)進一步消化與鞏固的教學效果，而且非常有利于在寓教于樂活動中增強小學生的空間思維能力。

在小學數(shù)學空間與幾何教學過程中，積極開展如此三維動畫拓展延伸教學活動，還能逐步地培養(yǎng)小學生“一題多求”“一題多解”等創(chuàng)造性思維和現(xiàn)代信息素養(yǎng)，如此一舉多得，又何樂而不為呢？

把三維動畫運用于知識過程呈現(xiàn)，有利于發(fā)展小學生的數(shù)學感悟能力 數(shù)學不僅具有相應的學科歷史文化，而且蘊藏著個性化的學科思想與方法，數(shù)學思想方法則是一種靈魂性因素。小學教育是人生之旅的奠基工程。在數(shù)學空間與幾何領域，教師應當善于借助外在性因素開展教學活動，深入挖豐富多元的數(shù)學思想方法，引導學生在觀察與學習、操作與實踐中逐步地認知和感悟，為促進他們的可持續(xù)發(fā)展和個性化發(fā)展奠基鋪路。

比如在教學“圓的面積”內(nèi)容時，教師可首先通過三維動畫技術，把圓轉化為已學圖形長方形，讓小學生從“化未知為已知”“化抽象為形象”中初步感受知識的形成過程；然后引導他們在“化復雜為簡單”中逐步探索出“S=πr2”，完成教學目標。再如教學“測量圓的周長”，同樣可通過三維動畫演示“化曲為直”的藝術性過程。

所有這些，無不蘊藏著課程活動中的數(shù)學轉化思想。教師如果善于通過三維動畫等現(xiàn)代教育技術來進行輔助教學和有效支撐，那么不僅有利于在“曲步轉化”中有效增強學生的實際感悟能力，而且有利于逐步注入思想和方法元素[3]。

4 結語

綜上所述，隨著新課程教學改革事業(yè)的深入推進，科技與教育的聯(lián)系不斷增強。完全有理由堅信，三維動畫這一科技之花終將在中小學數(shù)學教學活動中日益綻放。

[1]陳家梅.運用數(shù)學思想,挖掘幾何習題美:蘇教版小學數(shù)學“空間與圖形”領域習題使用的體會[J].廣西教育a:小教版,2012(13):67.

[2]楊小龍.小學數(shù)學“空間與圖形”教學之我見[J].黑龍江教育:小學教學案例與研究,2010(Z1):4-6.

[3]趙明亮.芻議小學數(shù)學教學中學生圖形空間觀念的培養(yǎng)[J].科教新報:教育科研,2011(23).

[4]胡曉玉.在小學數(shù)學教學中如何培養(yǎng)和提高學生的空間想象能力[J].考試周刊,2011(47):79-80.

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1671-489X(2017)13-0057-02

10.3969 /j.issn.1671-489X.2017.13.057

作者：張加龍，淄博市臨淄區(qū)金山鎮(zhèn)邊河小學（255400）。