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

溫永盛

(福建省德化第六中學 福建 泉州 362500)

3D打印，是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印具有“設(shè)計即生產(chǎn)”的特點，學生能通過3D設(shè)計軟件表達創(chuàng)意，再與3D打印機這一快速成型技術(shù)結(jié)合，將無窮的設(shè)計想法和無限制的實體制造完美地結(jié)合起來。

學校科技創(chuàng)新小組在校長的帶動下，成立“德化六中3D創(chuàng)客空間”，開展多個學科老師參與的《基于3D創(chuàng)客實踐培養(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)學生的創(chuàng)新能力方面，取得良好的效果。

下面，我就以我平時數(shù)學教學過程中運用3D打印提高學生創(chuàng)新能力的探討拋磚引玉。

1.誘發(fā)興趣，培養(yǎng)學生積極性

3D打印，在教學中，其技術(shù)本身并不是重點，而是在這個過程中是否有助于學生想象力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，是要如何應(yīng)用3D打印將學生的學習興趣激發(fā)出來，并促進其積極性的提高。在數(shù)學日常教學中，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。一個個精美富有創(chuàng)意的教具讓學生耳目一新！當學生知道這些教具是老師自己設(shè)計打印的，更是激發(fā)學生躍躍欲試的沖動——因為他們也在學習3D打印課程！3D打印的所思即所得，讓學生豐富的想象能夠有機會變成現(xiàn)實，甚至還有可能比老師設(shè)計得更漂亮，更關(guān)鍵的是作品富有自己的特性和創(chuàng)意！當學生在建模軟件創(chuàng)作時，其零件的精確性就要用到很多已學或者未學的數(shù)學知識，反過來又激發(fā)學生對數(shù)學這一基礎(chǔ)課程的興趣。這樣，將他們的興趣利用起來，使他們能夠自主探討創(chuàng)新型事物，進而挖掘出其潛力，促進其創(chuàng)新能力的提升。

2.優(yōu)化課程設(shè)計，加深學生理解

數(shù)學知識是抽象的東西，是枯燥無趣的。那如何在枯燥的知識學習中激發(fā)學習興趣？3D打印技術(shù)是一種同時擁有視覺和觸覺的學習方式，其在“玩中做、做中學、學中做、做中創(chuàng)“的特點能夠激發(fā)出學生對該技術(shù)的興趣。

比如立體圖形的教學。學生從代數(shù)進入幾何圖形，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，就是從3D打印的建模入手。在123D或者3One軟件中，讓學生動手觀察制作空間立體圖形：正方體、立方體、圓錐……學生一下子就把三維立體圖形和現(xiàn)實聯(lián)系起來，什么三視圖、展開圖等等一節(jié)課就印象深刻，根本不用老師花力氣講解。再通過軟件進行圖形變換：各種展開圖、對稱、旋轉(zhuǎn)、位移等難點，不但學生能理解，而且記憶深刻，特別是在學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)不過彎，無法理解。因此，3D打印有助于學生建立空間概念，開拓空間思維能力。

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

應(yīng)用3D打印出來的模型加深學生對完全平方公式的理解，進而激發(fā)學生對其他公式模型的設(shè)計、創(chuàng)造，訓練學生的創(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起來，不僅可以激發(fā)學生的興趣，還可以使他們積極主動的參與其中。

3.開啟DIY的教學時代,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維

在做中學，既是一種教學方法也是一種教學理念。美國著名教育家杜威的“教育即經(jīng)驗”“教育生活”“教育即生長”三個核心命題也體現(xiàn)在3D打印課程中。學生可以通過三維建模軟件將自己的設(shè)計用3D打印機呈現(xiàn)出來，不僅可以提高他們的積極性和興趣，還可以培養(yǎng)他們在操作中的創(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(學科)知識的例子《“機械魚”如何動起來》。圖2

(1)出示3D打印作品“機械魚”(靈動的身體、一次成型)；

(2)設(shè)置問題：包含哪些數(shù)學知識？(立方體的構(gòu)成、零件的組合、位置變換、對稱變換等)；

(3)動手制作；

(4)自由發(fā)揮想象，制作自己喜歡的“機械**”，開啟DIY模式。

這種幾何體構(gòu)造的圖形就這么巧妙：幾個幾何體的復制，位置的變換，大小的變化，再通過靈巧的組合，就能夠在3D打印機上直接打印出來。當然，零件尺寸是一個科學嚴謹?shù)臄?shù)據(jù)：大小適合才能既靈活又緊湊，還能適合3D打印機一次打印(而不是分開)。3D打印技術(shù)本身就是創(chuàng)新的產(chǎn)物,而整個3D打印學習制作過程就是學生的DIY過程，使其在設(shè)計和操作中體驗創(chuàng)新帶來的成就感,從而培養(yǎng)了學生的創(chuàng)造性思維。

4.結(jié)語

2015年李克強總理在政府工作報告提出：“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”。創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力越來越成為一個國家國際競爭力和國際地位的最重要的決定因素。在基礎(chǔ)教育中，結(jié)合學科特點、積極開展3D打印創(chuàng)客實踐活動，可以有效培養(yǎng)初中生的創(chuàng)新能力。