3D打印技術(shù)在高中立體幾何教學(xué)中的應(yīng)用探析

路虎進(jìn)

摘 要：在高中立體幾何教學(xué)中，靈活運(yùn)用3D打印技術(shù)不僅能夠使整體課程更具有實(shí)踐意義，還能夠進(jìn)一步提升高中立體幾何教學(xué)的實(shí)效性。文章概述3D打印技術(shù)，分析高中立體幾何教學(xué)的現(xiàn)狀，探討 3D打印技術(shù)在高中立體幾何教學(xué)中的具體應(yīng)用，以進(jìn)一步提升高中立體幾何教學(xué)的實(shí)效性。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);高中立體幾何;應(yīng)用;實(shí)效性

中圖分類號(hào)：G633.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-3561（2021）12-0034-02

在當(dāng)前的高中立體幾何教學(xué)中，部分學(xué)生的空間感知力相對(duì)不足，使得教師的教學(xué)開(kāi)展起來(lái)十分困難。而充分利用3D打印技術(shù)，不僅能夠幫助學(xué)生建立空間感，還可以進(jìn)一步提升整體教學(xué)的實(shí)踐性。因此，如何在高中立體幾何教學(xué)中靈活運(yùn)用3D打印技術(shù)，成為當(dāng)下教師亟待解決的問(wèn)題。本文對(duì)3D打印技術(shù)在高中立體幾何教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

一、3D打印技術(shù)概述

3D打印，屬于快速成形技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過(guò)逐層堆疊累積的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)（即“積層造形法”）。

隨著科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，3D打印技術(shù)得到了完善，在各行各業(yè)中都得到廣泛的應(yīng)用。而在目前的教育行業(yè)中，大部分教育機(jī)構(gòu)以及學(xué)校都在對(duì)3D打印技術(shù)進(jìn)行深入研究，探索如何將3D打印技術(shù)靈活運(yùn)用在日常教學(xué)中。學(xué)生在學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)的過(guò)程中，不僅能提升自身的設(shè)計(jì)能力，還能進(jìn)一步體會(huì)到科技的力量，創(chuàng)新各種3D打印技術(shù)的方法。

二、高中立體幾何教學(xué)的現(xiàn)狀

1.高中學(xué)生的空間想象力不足

在高中立體幾何的具體教學(xué)中，所涉及的立體幾何圖形與現(xiàn)實(shí)中存在的具體物品整體結(jié)構(gòu)相差較大，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法對(duì)復(fù)雜的幾何圖形以及各種結(jié)構(gòu)關(guān)系進(jìn)行深入理解。再加上學(xué)生的空間想象力不足，使得其腦海中的立體幾何模型概念不夠明確，進(jìn)而導(dǎo)致高中立體幾何教學(xué)的課堂效率不高。

2. 無(wú)法反映立體幾何圖形的真實(shí)情況

在高中立體幾何教學(xué)中，現(xiàn)有的直觀圖形并不能夠直接反映立體幾何圖形的具體情況，再加上學(xué)生自身的空間想象力有限，使得教師的整體教學(xué)變得十分困難。而現(xiàn)有的立體幾何模型，使用方法比較復(fù)雜，并且種類比較單一，有些相對(duì)困難的立體幾何圖形教師很難直觀體現(xiàn)。

3.教學(xué)手段過(guò)于單一

在目前的立體幾何圖形教學(xué)中，一些教師教學(xué)手段單一，只運(yùn)用口授方法，再佐以圖形分析進(jìn)行具體教學(xué)，對(duì)學(xué)生抽象思維能力的要求很高。這樣，會(huì)使部分學(xué)生對(duì)于復(fù)雜的幾何圖形無(wú)法理解，導(dǎo)致高中立體幾何圖形教學(xué)的整體效率不高。

4.教師無(wú)法及時(shí)適應(yīng)

3D打印技術(shù)屬于一種現(xiàn)代化信息手段，要在教學(xué)中靈活運(yùn)用，就要求教師能夠熟練掌握3D打印機(jī)的各種操作規(guī)程，明確專業(yè)軟件使用、計(jì)算機(jī)使用、三維建模的具體流程。而在目前的實(shí)際教學(xué)中，部分教師受傳統(tǒng)觀念的影響，對(duì)各種現(xiàn)代化的科技手段很少接觸，靈活操作更無(wú)從談及。這樣，就使3D打印技術(shù)在立體幾何圖形教學(xué)中不能得到應(yīng)用，阻礙了高中立體幾何教學(xué)的發(fā)展。

三、3D打印技術(shù)在高中立體幾何教學(xué)中的具體應(yīng)用

在當(dāng)前的高中立體幾何教學(xué)中，教師可以通過(guò)3D打印技術(shù)，讓學(xué)生更好地理解各種復(fù)雜的立體幾何知識(shí)。這樣，不僅能夠讓學(xué)生在進(jìn)行3D設(shè)計(jì)與打印的過(guò)程中，進(jìn)一步體驗(yàn)幾何模型之間不同的線面關(guān)系，加深其對(duì)于各種幾何圖形的掌握和理解程度，還能夠?qū)⒘Ⅲw幾何圖形中相對(duì)復(fù)雜、抽象的問(wèn)題更加簡(jiǎn)潔直觀地進(jìn)行展示，讓學(xué)生擁有更好的視覺(jué)體驗(yàn)。3D打印技術(shù)在高中立體幾何教學(xué)中屬于一種教學(xué)輔助工具，教師靈活運(yùn)用3D打印技術(shù)，不僅能夠激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)立體幾何的積極性，而且能夠提升學(xué)生的空間想象力、圖形感知力、數(shù)字感知力、創(chuàng)造能力，使高中立體幾何教學(xué)的整體實(shí)效性得到提升。3D打印技術(shù)在高中立體幾何教學(xué)中的應(yīng)用，主要有以下幾個(gè)方面。

1.利用3D打印技術(shù)激發(fā)學(xué)生空間想象力

創(chuàng)新思維的基礎(chǔ)所在就是空間想象力，在具體的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)空間想象力不足的情況。而導(dǎo)致學(xué)生空間想象力不足的最直接原因就在于其對(duì)空間知識(shí)缺乏直觀認(rèn)知。而利用3D打印技術(shù)，不僅能夠大大增加學(xué)生直觀接觸空間模型的機(jī)會(huì)，還可以有效解決高中立體幾何教學(xué)缺少實(shí)踐過(guò)程的問(wèn)題，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力。例如，學(xué)生可以通過(guò)三維立體圖的制作、計(jì)算機(jī)建模等過(guò)程，完成三維立體圖形的制作，使3D打印模型能夠進(jìn)行實(shí)物化處理，進(jìn)而讓立體幾何圖形理論和實(shí)踐可以相互印證。

2.利用3D打印技術(shù)培養(yǎng)學(xué)生圖形感知力

在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中，立體幾何圖形通過(guò)模型設(shè)計(jì)，再加上3D打印機(jī)技術(shù)，可以將所需要的模型逐步進(jìn)行打印，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的感知力。意大利著名的教育家蒙臺(tái)梭利曾經(jīng)指出：“孩子是靠感官來(lái)學(xué)習(xí)的，我們提供給他的良好刺激愈多就愈能激發(fā)他的內(nèi)在潛能。”因此，3D打印技術(shù)能夠?qū)W(xué)生的感官進(jìn)行最大程度的刺激。以立體幾何圖形教學(xué)中的圓錐曲線變化為例，教師通過(guò)3D打印技術(shù)將精確的曲線以模型形式呈現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上借助坐標(biāo)系道具，能使整個(gè)曲線的變換、移動(dòng)過(guò)程被真實(shí)地還原出來(lái)。而對(duì)于其他如點(diǎn)、線、面的位置關(guān)系，教師也可以運(yùn)用3D打印技術(shù)還原呈現(xiàn)。因此，利用3D打印技術(shù)，能使得抽象、復(fù)雜、模糊的立體圖形教具化、實(shí)物化。而且利用3D打印技術(shù)制作出的模具，可以在具體的空間中直接進(jìn)行擺放，讓學(xué)生更敏銳地感受到幾何圖形的各種細(xì)節(jié)，對(duì)立體幾何圖形有更加直觀的印象，從而進(jìn)一步掌握相關(guān)的知識(shí)。

3.利用3D打印技術(shù)提升學(xué)生數(shù)字感知力

數(shù)學(xué)教學(xué)中的核心就是數(shù)字，立體幾何教學(xué)也不例外，教師要進(jìn)一步提升整體教學(xué)效率，就必須加大對(duì)學(xué)生數(shù)字感知力的培養(yǎng)。例如，在各類數(shù)字建模的過(guò)程中，教師利用3D打印技術(shù)，通過(guò)不斷調(diào)整參數(shù)，使整體模型發(fā)生不同變化，進(jìn)而使計(jì)算機(jī)所生成的相應(yīng)圖形也發(fā)生改變，能使學(xué)生對(duì)數(shù)字建模有更加直觀的印象。在實(shí)際的教學(xué)中，教師可以利用3D打印技術(shù)直接將幾何體打印出來(lái)，使學(xué)生真實(shí)地對(duì)幾何體模型進(jìn)行感知。同時(shí)，教師利用3D打印技術(shù)對(duì)幾何模型進(jìn)行切割處理，讓學(xué)生直接感受幾何體的形狀，能夠?yàn)閷W(xué)生帶來(lái)更多的想象空間。這種實(shí)體化的數(shù)字模型，能夠進(jìn)一步提升學(xué)生的數(shù)字感知力，使其對(duì)數(shù)字變化所帶來(lái)的影響有更深刻的認(rèn)識(shí)。

4.提升學(xué)生的創(chuàng)造能力

3D打印技術(shù)的明顯技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于能夠充分激發(fā)學(xué)生的空間想象力和數(shù)字感知力，而且能夠大幅度提升學(xué)生的創(chuàng)造能力，這也是3D打印技術(shù)所具備的核心競(jìng)爭(zhēng)力。相對(duì)于其他技術(shù)，3D打印技術(shù)在這方面優(yōu)勢(shì)非常明顯。例如，利用3D打印技術(shù)，學(xué)生可以將腦海中各種天馬行空的想法在現(xiàn)實(shí)生活中逐步實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而激發(fā)自己的創(chuàng)新思維。而創(chuàng)造能力正是創(chuàng)新思維的直接體現(xiàn)，學(xué)生通過(guò)3D打印技術(shù)獨(dú)立完成各種設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)模型制作來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證整體方案的合理性，逐步完善，最終能得到完美的三維立體模型。這個(gè)過(guò)程，能夠大大激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提升學(xué)生的創(chuàng)造能力。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，教師將3D打印技術(shù)有效融入高中立體幾何教學(xué)中，不僅能夠激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)立體幾何的積極性，而且能夠提升學(xué)生的空間想象力、圖形感知力、數(shù)字感知力、創(chuàng)造能力，使高中立體幾何教學(xué)的整體實(shí)效性得到提升。因此，教師要重視3D打印技術(shù)在高中立體幾何教學(xué)中的應(yīng)用，讓學(xué)生學(xué)到更多立體幾何知識(shí)。

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