3D打印教具在數學課堂教學中的應用

【內容摘要】數學課堂教學中，作者認為好的教具能夠形象直觀的反映一些抽象的數學模型，有助于學生認識理解和掌握抽象的數學理論知識，進而促進良好數學思維的形成.隨著信息技術的發展，3D打印技術日趨完善，且成本趨于市場化、大眾化，更有利于制作一些特別的、個性化的教具，以便服務于教學。

【關鍵詞】3D打印技術 數學教具 課堂教學

3D打印即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用PC材料等熱塑性材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術.3D打印機的工作原理和傳統打印機基本一樣，都是由控制組件、機械組件、打印頭、耗材和介質等架構組成，只不過3D打印機噴的不是墨水，而是液體或粉末等“打印材料”，打印原理是一樣的.打印前在電腦上設計了一個完整的三維立體教具模型，然后再進行打印輸出。

一、3D打印大眾化普及的趨勢

1.桌面級3D打印機及耗材價格

根據3D打印技術種類的不同，3D打印機的價格也有很大差距，對于打印教具而言，以往大多數桌面級3D打印機的售價在兩萬元人民幣左右，而現在一些國內研發的產品價格僅在兩千到一萬元左右。打印材料大多使用尼龍條或塑料耗材，而現在市場上銷售的3D打印機專用耗材ABS通常在100元左右，PLA塑料絲在200元左右，已經比較實惠，對于教育經費投入逐步加大的大多數學校來說，購買幾臺甚至幾十臺桌面級3D打印機已經不是問題，況且耗材費用也比較經濟。

2. 3D打印設計軟件的普及

基于3D打印民用化普及的趨勢，3D打印文件的設計平臺已經從專業的設計軟件向簡單的設計應用發展，網絡上比較成熟的平臺有基于WEB的3D設計平臺3D Tin，另外，一些網站也相繼推出了基于各種開放平臺的3D打印應用，大大降低了3D設計的門檻，甚至有的應用已經可以讓普通用戶通過類似玩樂高積木的方式設計3D模型。所以教師學習簡單的3D打印設計軟件，掌握基本的3D打印技術是未來的一種趨勢。

二、未來數學教具的制作需要3D打印

1. 3D打印數學教具

3D打印技術是以數字模型文件為基礎，通過三維造型軟件或三維掃描儀制作出三維模型，再利用3D打印機就可將設計的任何有益于教學的模型很方便的打印出來，最終呈現在課堂上，學生可以對照實物模型學習理論知識，加深對理論的理解。

2.利用形象、直觀的教具反映一些抽象的數學模型，課堂效果更佳

在數學教學中科學有效的使用教具，不僅能調動學生學習的積極性，激發學生的直覺形象思維，而且能使抽象的數學模型變得形象直觀，利于學生更好的理解和掌握。3D打印可用于制作增強型的立體教具、學具，可視化教具。對提高課堂教學的效率和效果有顯著的促進作用。原來的教學場景下，教師多使用語言和圖片描述教學內容，形象直觀的立體教具較少配備，或是無法定制。3D打印提供了更多的創造空間，教師可以自行制作某些教具，并在課堂上展示.學生也可以觀察、觸摸和組裝這些教具，這種方式顯然要比原來的教學效果更好。

3. 3D打印的教具會在未來教學中得到普及

在數學課堂教學中使用教具，可以培養學生的學習興趣，促進數學概念的形成 ，兒童認識規律是“感知——表象——概念”，而操作教具恰恰符合這一規律，能變學生被動地聽為主動地學，充分調動學生的各種感官參與教學活動，通過感知形象直觀的教具，獲得感性知識，形成知識的表象，并誘發學生積極探索，從事物的表象中概括出事物的本質特征，從而形成科學的概念。還可以幫助學生理解算理知識，提高解決數學問題的能力，培養他們的創新能力。加強數學思想方法的滲透，是突出數學本質，提高數學能力的重要組成部分。如數形結合的思考方法，變換思想，對應、集合的思想，估測意識以及分析、綜合、轉化、歸納、類比等基本思考方法，這些都是發展學生數學思維能力，提高學生數學素質不可缺少的金鑰匙。在課堂教學中，充分利用教具和學具，可有利于加強數學思想方法的滲透。

因此，高效課堂教學要求師生教具制作的智能化、簡便化、個性化，這一定會使3D打印技術在教具制作中的應用得到大力發展。

結束語

本文試圖通過對3D打印技術以及3D打印機民用化普及的趨勢，分析3D打印技術在數學教具制作中的作用，及部分數學抽象模型直觀化反映的可行性，進而提高學生對數學學習的興趣和創新能力。并且展望未來教學對3D打印技術的需求，讓成熟的3D打印技術為高效課堂服務。

【參考文獻】

[1] 王德花，馬筱舒.需求引領 創新驅動——3D打印發展現狀及政策建議[J].中國科技產業，2014，（8）：46-53.

[2] 匡 鑫，3D打印技術在教具制作與教學中的應用[J].南方農機，2015.12：64.

[3] 吳菲菲，段國輝，黃魯成，等.基于引文分析的3D打印技術研究主題發展趨勢[J].情報雜志，2014，（12）：64-70.

【本文系甘肅省教育科學“十二五”規劃2015年度“隴原名師”工作室專項課題“基于TMPCK理念的初中課堂教學研究” （課堂編號GSGB[2015]MSZX043）成果之一.】

作者簡介：李增國（1979-），男，漢族，甘肅甘州人，現供職于甘肅省張掖市甘州區南關學校，中學一級教師，本科學歷，長期從事初中數學課堂教學研究.

（作者單位：甘肅省張掖市甘州區南關學校）