3D打印筆在幼兒數學思維訓練中的使用

謝翠君

一、從二維到三維，“神筆馬良”再現

3D打印筆專注培養幼兒的動手力、觀察力、空間想象能力，3D打印筆所制作的教具可延伸到培養幼兒的數感能力、邏輯推理能力、記憶力和表達力，助力幼兒七大能力均衡發展。

二、妙筆生花，開啟3D打印智慧之門

（一）全新的科技體驗

3D打印筆有一種天然的立體優勢，能把幼兒繪畫涂鴉視角從平面圖案轉換成立體圖案。如4歲以上幼兒在數學課《有趣的三角體》感知課上，無論是PPT還是書本上的圖片都是平面的，雖然幼兒教師可從生活中挖掘各種三角體教具，可由于教具經費有限，難以獲得可拆分觀察的三角體教具。但用3D打印筆繪制出來的三角體，就是幼兒參與制作、全方位感知的正三角體，幼兒可從不同維度來分析自己繪制的三角體。繪制三角體需由畫4面的三角形，一面正方形，然后拼接在一塊，動手能力更強的幼兒可以挑戰正三角體。操作成果呈現后，幼兒可簡單介紹自己設計的成品，在此過程中幼兒不僅體驗了制作過程，而且發現相同類型的圖形拼接可以制作千變萬化的立體圖型。

（二）體型大易于掌控

3—6歲幼兒手掌較小，五指較短，3D打印筆根據3—6歲幼兒手掌生理結構和抓握力量量身定制其形狀、尺寸、按鍵的位置，更貼合幼兒手型，重量較輕，便于幼兒對線條進行操控。

（三）思維方式的轉變

3D打印筆可實現平面和立體雙軌道繪畫，幼兒可在創造各種各樣的圖形中形成有機拼接整合。如一個長方體和4個扁圓柱的有機組合可變成一輛小巴士;車頂加上2條平行的斜線，連接兩條平行于地面的直線，組合后就變成富有廣州本土特色的電車;幼兒在操作過程中會發現，單一的平行于地面的直線無法支撐保持平衡狀態，通過查閱圖書和教師相關指導，就會發現電車的電線需要通過就近的高架或電線桿進行固定而架設各個公交線路的接觸網，幼兒會感知“支撐”的效果。類似這樣的與生活場景息息相關的3D模型制作，鍛煉了幼兒邏輯思維能力和抗挫能力，這樣的教學理念符合新時代的STEAM教育理念的教學要求，這樣的創造活動使得幼兒產生學習的內驅力。

（四）3D打印筆可自制教具

3D打印筆可協助教師的STEAM課程的教學活動，所謂的STEAM是由Science（科學）、Technology（技術）、Engineering（工程）、Arts（藝術）、Mathematics（數學）這五個單詞的首字母組成的。3D打印筆融合五大領域，讓幼兒全面發展，同時可參與教師教具的制作。數學領域，可以根據幼兒的學習掌握情況，繪制適合課堂的數學小游戲教具，例如數獨、序列變換、加減法訓練的小天平都可通過3D打印筆完成;在科學領域，教師可以將水果從開花到結果的過程、制作磁鐵驅動的小車等打印出來，把無形抽象的知識有形化;在工程領域，教師可打印出橋梁、不倒翁、竹蜻蜓等，把力學原理實體化，方便幼兒理解，激發他們的好奇心，技術和藝術領域貫穿其中。

三、3D打印筆在幼兒數學六大模塊的應用探索

（一）集合與分類

集合與分類是幼兒學習數學的基礎，有關集合的數學學習內容有：求同與分類、集合的多重屬性、集合間的關系。

1.集合與分類要點一：屬性的匹配和分類

3D打印筆多元化的教具制作可滿足教師根據班上幼兒的興趣愛好定制適合該課堂的集合與分類的教具，同樣可有目的地讓幼兒掌握不同的概念。如用3D打印筆打印出不同顏色的巧克力，匹配的要求是讓幼兒將不同顏色的巧克力放入相應顏色的盒子里;分類要求的是幼兒將巧克力分別放在兩個透明罐子里，且兩個透明罐子分別放了兩塊長方形巧克力和量化圓形巧克力。屬性應該由幼兒自己去區分并發現，而不是教師預設的。

2.集合與分類要點二：物體多元分類

幼兒可根據自己的喜好畫出自己喜歡的小動物和蔬菜水果，結束后匯總進行集合與分類的集體學習。教師可根據對物體不同的分類方式指導幼兒分類。如按物體的外部特征分類將熊貓、小松鼠等放在一起，將竹筍和松子放在一起;按事物間的關系分類，如將熊貓與竹筍放在一起，將小松鼠和松子放在一起等。

3.集合與分類要點三：集合間比較及其關系

生活中集合問題涉及集合間量的比較和是否相等。3D打印可以將日常生活的事物“跳躍”在幼兒的學習桌上，教師在不同的課堂上設計不同類型的主題繪制，集中展示。幼兒根據教師不同的任務卡進行分類，在實例中比較集合，了解并集、交集和和補集這些難以掌握的概念，降低學習難度，豐富學習課堂。

（二）數

3D打印筆打破常規的數字書寫，數字不僅“跳出”作業本，還可以賦予生命。如數字“2”，幼兒在繪制過程中發現它像小鴨子;數字“4”，它可以畫成一面紅旗;等等。同樣地，教師可以制作一個轉盤，隨機轉出相應地數字，幼兒在轉盤的膠板上畫上相應數量的實物或標志。

（三）量

教師可在課堂上廢物利用，用薯片罐、筷子、塑料杯等手工制作天平，幼兒制作自己喜歡的小砝碼，教師利用電子秤盡可能讓幼兒的小砝碼重量一致。幼兒可以小組集體探索，感受平衡、加減砝碼的樂趣。

（四）形

幼兒早期數學啟蒙除了學習數學知識外，培養學習數學的興趣是學好數學的關鍵。3D打印筆讓幼兒結合想象力，將各式各樣圖形組合為立體形狀，就會極大地激發幼兒的興趣和好奇心。3D打印筆可打破空間限制，制作莫比烏斯帶和克萊因瓶這兩種單側、不可定向曲面，3D打印筆的防水性和耐磨性，讓幼兒親身參與這種特殊曲面的驗證，感受數學之美。

（五）時

了解時鐘的結構及分針、時針的運行規律，可以幫助幼兒形成時間概念，有利于培養幼兒的守時觀念和按時作息的生活習慣。利用3D打印筆繪制時鐘的過程中，幼兒會發現時鐘的制作必須先畫一個圓作為基礎，時針、分鐘和秒針的連接處需要在圓的中心，因此教師可以先用圓規協助幼兒畫圓心，后在輔助紙上畫一個完美的圓。同樣地，大班的“一日作息時刻”可化作一個生活墻飾的比賽，幼兒可利用3D打印筆繪制可轉動的時鐘，由小作者轉動到相應的時刻，輪流掛上幼兒繪制的時鐘。

（六）空

空間思維是指跳出點、線、面的限制，能全方位思考問題的思維方式，是一種立體思維和整體思維能力。如在《走進田園生活》的主題攝影活動中，幼兒會發現同樣的農作物，會被農民伯伯搭建出不一樣的搭架模式：籬架、單組模式和“門”字形平架，如下圖所示：

各種不同的農作物搭架模式

幼兒可以通過家長協作、上網查詢和訪問農民伯伯多種途徑，了解不同搭架方式的特點。幼兒可拍下農田的不同搭架模式，由家長發到教師的郵箱，由教師匯總。幼兒在親身感受和訪問農民伯伯后，發現南方農田大多使用籬架。籬架有效綠葉受光面較大，有利于光合作用，充分利用空間，減少病蟲害的危害，并且采摘果實方便。幼兒很難比較不同搭架的有效受光面積，平面圖形無法達到教學效果。此時，教師可通過3D打印筆，打印出占地面積相同、受光面可拆卸的多種搭架方法，通過讓幼兒拆卸受光面，把每種搭架各自拼湊并疊在一起。通過比較，幼兒發現人字形籬架的受光面積最大。

四、結語

3D打印筆是人類手寫繪圖技術的革新，教師應結合幼兒園教育的方式和特點，挖掘生活中的數學元素，制作合適的教具，鼓勵幼兒參與教具的制作和設計，從而讓幼兒受益并開拓思維。幼教專業學生還需在生活中找到教學題材，同時具備創新思維，以適應未來新時代的幼兒教育教學。