SolidWorks軟件在觀察物體教學中的應用

李潔

摘? 要 嘗試將產品建模軟件SolidWorks系統應用于“觀察物體”教學中，通過物體的四視圖同步關聯表達，幫助學生觀察、判斷物體空間相對位置關系的特點，有利于提高學生的空間想象能力和推理能力，促進學生全面發展。

關鍵詞 小學數學;觀察物體;SolidWorks;空間推理;信息化教學

中圖分類號：G623.5? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）09-0032-03

1 引言

從不同的方向觀察物體的形狀和位置關系，可以拓展小學生的空間思維能力和空間推理能力。“觀察物體”是小學數學的重要內容。第一個層次（二年級下冊）是從不同角度觀察實物和單個立體圖形。第二個層次（四年級下冊）是從三個不同的位置觀察同一個幾何組合體，看到的形狀可能不同;從同一位置觀察三個不同的幾何組合體，看到的形狀可能相同。第三個層次（五年級下冊）是根據從一個方向看到的形狀圖拼搭幾何組合體;根據從三個方向看到的形狀圖拼搭幾何組合體[1-2]。

其中，五年級內容是學生從二維到三維空間的轉化，由觀察到的形狀圖（平面圖形）還原幾何組合體（立體圖形）的過程，需要學生將抽象的空間想象具體化。一般是要求學生通過動手操作，借助建立的直觀表象進行推理，在拼擺小正方體的活動中不斷驗證、加以完善，探索出拼搭的方法。但是，由于從多個二維空間圖形構建三維物體的過程本身存在多解性，基于二維幾何輪廓，在思維空間中推理三維幾何體，是一項比較復雜的思維推理活動，抽象度高，挑戰性大，是教學過程中的難點。

為了培養學生的空間思維與推理能力，促進學生對三維物體與其二維圖形輪廓的認知，筆者嘗試借助信息化教學手段，針對五年級的知識點教學，引入計算機產品建模軟件SolidWorks，借助軟件系統中四視圖的關聯表達功能，展現二維圖形與三維物體之間的關聯關系，促進學生空間推理能力的發展。

2 “觀察物體”課程難點分析

“觀察物體”知識點之所以對于小學生來說具有挑戰性，難點在于三維物體的立體結構從不同方向看上去有不同的幾何輪廓，是一個弱概念知識，很難通過下定義的方式讓學生理解。而且空間不同位置上的兩個物體之間有明確的相對位置關系，這些位置關系從不同角度觀察，有可能會引起物體輪廓形狀之間的遮擋，這也是從多個二維空間圖形構建三維物體的過程存在多解性的原因。

從投射線通過物體向特定投影面投射，可以得到確切的圖形輪廓，這種投影構圖是一門嚴格的科學。如圖1所示，從不同的方向觀察一個圓錐體，它的輪廓形狀是不一樣的，從上往下看是一個圓形，從前向后看、從右向左看均為三角形。但是，在五年級教學中，確切的輪廓繪制不是教學的重點;教學重點是通過觀察物體，讓學生學會描述簡單幾何物體的投影輪廓特征，逐步培養學生的空間認知與推理能力。

在上述過程中，如何通過有效的教學過程，實時再現二維空間和三維空間之間的關聯關系，促進學生空間推理認知能力的發展，是對教師專業素養的考驗，也是教學方法創新的難點。下面，筆者具體探索SolidWorks在“觀察物體”教學中的應用。

3 SolidWorks軟件系統在“觀察物體”教學中的應用

SolidWorks是達索公司的一款產品建模軟件，隨著創客教育、3D打印技術在基礎教育階段的應用，SolidWorks系統也開始逐漸進入小學課堂 [3]。運用SolidWorks，對于簡單的形體，如立方體、長方體等，可以通過“拉伸”特征實體建模;對于圓錐、圓球等，可以通過“掃描”特征實體建模。基本物體模型建好后，可以通過裝配關系，完成多個物體之間的空間位置關系的確定，常用的空間裝配關系有“重合”“平行”“垂直”“相切”“同軸”等。

建立好小方塊模型，可以通過不同小方塊平面之間的“重合”關系，逐步拼接成不同的空間組合幾何體，如圖2所示。基于圖2中的小方塊組合體，可以通過引入新的小方塊，將其放置在不同的空間位置，觀察三維空間關系與二維輪廓圖形之間的變化關系。新引入的小方塊放置不同的位置，不同視角觀察的二維圖形輪廓有可能引起變化，也可能存在不變化的視角輪廓。圖3是方塊組合體的三維模型與不同視角的輪廓圖形。

打開圖2中組合體的文件，通過菜單“窗口”→“視口”→“四視圖”，進入圖4所示界面，出現四個相互獨立的視圖區域，依次記為“①號區域”“②號區域”“③號區域”“④號區域”。其中，“④號區域”視圖是三維視角表達區域，可以形象地看到組合體的構成;“①號區域”是從左側看到的輪廓圖形，即左視圖;“②號區域”是從前方看到的輪廓圖形，即前視圖;“③號區域”是從上方看下去的輪廓圖形，即俯視圖。

“四視圖”表達的優點是可以實時看到物體空間位置變化引起的投影變化。如圖4所示，引入一個新的小方塊，將它放置于特定空間位置，如“④號區域”中空間位置關系，放置于右端方塊前方，并相互貼合。與圖3相比，可以實時看到不同視圖中的輪廓圖形的變化。其中，“③號區域”視圖發生變化，而“①號區域”與“②號區域”的輪廓圖形未發生變化。

借助于“四視圖”的關聯表達，可以直觀地顯示“二維圖形”與“三維模型”之間的關聯關系，有效顯示不同物體之間的空間關系，便于學生共同參與拼接活動，促進其空間思維與推理能力的提高。

4 結語

本文以SolidWorks軟件的應用為新的教學手段，通過“四視圖”的關聯表達，為學生講解三維實體空間關系與二維輪廓圖形的關聯，拓展了信息化教學的途徑與手段，有助于學生形成空間投影認知，實現“觀察物體”教學目標，突破教學難點。

參考文獻

[1]小學數學課程教材研究開發中心.教師教學用書：數學（五年級下冊）[M].北京：人民教育出版社，2016：9-11.

[2]趙勁松.不同版本教材“觀察物體”內容比較及教學啟示[J].小學數學教育，2017（24）：13-15.

[3]彭方新，孫煒，井春魚.3D打印在基礎教育中的創新應用[J].工業技術創新，2018（4）：66-69，83.