3D打印學(xué)具在初中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：黨的二十大報(bào)告提出“全面推進(jìn)教育現(xiàn)代化”，強(qiáng)調(diào)要“促進(jìn)教育數(shù)字化”。與此同時(shí)，新一輪基礎(chǔ)教育課程改革大力倡導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)。在這一背景下，本文立足核心素養(yǎng)理念，提出利用3D打印技術(shù)制作幾何模型輔助教學(xué)、開(kāi)展探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)、個(gè)性化定制學(xué)習(xí)工具等策略。這些舉措有助于提升學(xué)生空間想象力、實(shí)踐創(chuàng)新能力和個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)，培養(yǎng)數(shù)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。這一探索契合國(guó)家“十四五”規(guī)劃綱要中“建設(shè)高質(zhì)量教育體系”的目標(biāo)，呼應(yīng)了教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的時(shí)代訴求。

關(guān)鍵詞：3D打印 "初中數(shù)學(xué)教學(xué) "幾何模型 "探究性學(xué)習(xí) "個(gè)性化定制

引言

2023年，全國(guó)教育數(shù)字化現(xiàn)場(chǎng)推進(jìn)會(huì)議強(qiáng)調(diào)，要以信息技術(shù)助力教育高質(zhì)量發(fā)展，探索教育教學(xué)新模式。在這一系列政策和會(huì)議精神的指引下，將3D打印技術(shù)引入初中數(shù)學(xué)教學(xué)，成為教育信息化背景下的一次創(chuàng)新嘗試。3D打印技術(shù)能夠?qū)⒊橄蟮臄?shù)學(xué)概念具象化，幫助學(xué)生直觀理解；同時(shí)，學(xué)生在動(dòng)手設(shè)計(jì)和制作模型的過(guò)程中，創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力也得到鍛煉。這一探索順應(yīng)了創(chuàng)新教育的時(shí)代潮流，對(duì)培養(yǎng)未來(lái)創(chuàng)新型人才具有重要意義。

一、制作幾何模型輔助教學(xué)

在當(dāng)今的數(shù)字化時(shí)代，3D打印技術(shù)的興起為教學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)了新的可能。教師可以充分利用這一技術(shù)，根據(jù)課程內(nèi)容的需求和學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，制作出形態(tài)各異的幾何模型，如立方體、圓錐體、圓柱體等。這些模型不同于平面上的圖形，它們具有真實(shí)的立體感，學(xué)生可以在課堂上親手觸摸、觀察和操作，從而更加深入地理解幾何形狀的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和外在特性。相比于傳統(tǒng)的教學(xué)方式，這些3D打印而成的模型能夠?qū)⒊橄蟮臄?shù)學(xué)概念轉(zhuǎn)化為具體可感的實(shí)物，使其變得更加直觀和可視化。學(xué)生通過(guò)與模型的直接互動(dòng)，能夠加深對(duì)知識(shí)的理解和掌握。舉例而言，在學(xué)習(xí)平面幾何的過(guò)程中，學(xué)生需要接觸和理解諸如正方形、長(zhǎng)方形、三角形等各種圖形的特點(diǎn)和性質(zhì)。借助3D打印技術(shù)，教師可以將這些看似簡(jiǎn)單的平面圖形制作成立體的模型。學(xué)生通過(guò)觀察模型的不同側(cè)面和角度，能夠更加全面和深刻地領(lǐng)會(huì)這些圖形的結(jié)構(gòu)和特征。在學(xué)習(xí)空間幾何時(shí)，學(xué)生所面對(duì)的不再僅僅是平面上的圖形，而是延伸到立體空間中的各種結(jié)構(gòu)。通過(guò)觀察和操作3D打印的立體幾何模型，學(xué)生可以更加直觀地感受和理解空間中的點(diǎn)、線、面之間的關(guān)系和變化。這種身臨其境的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，能夠有效地訓(xùn)練和提升學(xué)生的空間想象力和幾何思維能力。[1]

二、開(kāi)展探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)

相比于傳統(tǒng)的講解式教學(xué)，探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)更加注重學(xué)生的主動(dòng)參與和自主發(fā)現(xiàn)。在這樣的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和能力，自主地選擇感興趣的問(wèn)題進(jìn)行探索和研究。他們通過(guò)親自動(dòng)手實(shí)踐、操作，去驗(yàn)證自己的想法和假設(shè)，從而獲得更加深刻的知識(shí)理解。而3D打印技術(shù)的引入，則為教師提供了更多的可能性來(lái)設(shè)計(jì)富有挑戰(zhàn)性和實(shí)踐性的學(xué)習(xí)任務(wù)。

除了激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)還有助于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和探究精神。在這樣的活動(dòng)中，學(xué)生需要主動(dòng)思考問(wèn)題，提出自己的假設(shè)和想法，并通過(guò)實(shí)際的操作和實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)和修正自己的認(rèn)知。這個(gè)過(guò)程不僅能夠加深學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的理解和掌握，還能夠鍛煉他們的邏輯思辨能力和動(dòng)手實(shí)踐能力。以學(xué)習(xí)幾何圖形的相似性為例，教師可以設(shè)計(jì)一個(gè)探究性的任務(wù)，要求學(xué)生根據(jù)給定的一組條件，自行設(shè)計(jì)并打印出相似的幾何模型。學(xué)生需要在動(dòng)手實(shí)踐的過(guò)程中，深入理解和掌握相似性的概念和性質(zhì)。這樣的學(xué)習(xí)過(guò)程，不僅能夠加深概念理解，還能提升學(xué)生的實(shí)踐操作技能。

三、個(gè)性化定制學(xué)習(xí)工具

個(gè)性化定制學(xué)習(xí)工具最大的優(yōu)勢(shì)在于，它能夠更加精準(zhǔn)和有效地滿足每一位學(xué)生的獨(dú)特學(xué)習(xí)需求。在以往的數(shù)學(xué)教學(xué)中，面對(duì)一個(gè)班級(jí)的學(xué)生，教師往往難以做到因材施教、差異化教學(xué)。而借助3D打印技術(shù)，教師就可以根據(jù)學(xué)生的個(gè)性化需求，為他們?cè)O(shè)計(jì)并打印出相應(yīng)的學(xué)習(xí)輔助工具。比如，對(duì)于那些對(duì)幾何圖形有著濃厚興趣的學(xué)生，教師可以特別為他們打印出一些更加復(fù)雜和高階的幾何模型，供他們深入研究和探索。而對(duì)于那些在空間想象力方面有所欠缺的學(xué)生，教師則可以有針對(duì)性地設(shè)計(jì)并打印出一些特定的空間結(jié)構(gòu)模型，通過(guò)實(shí)物操作和體驗(yàn)的方式，幫助他們加深對(duì)空間概念的直觀理解。如此因材施教、對(duì)癥下藥，必然能夠更好地滿足每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。同時(shí)，當(dāng)學(xué)生使用到一些與自己學(xué)習(xí)需求高度匹配的、量身定制的學(xué)習(xí)工具時(shí)，他們的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性就會(huì)得到極大的激發(fā)和提升。學(xué)生會(huì)更加愿意主動(dòng)地投入到學(xué)習(xí)之中，去探索、去發(fā)現(xiàn)、去思考，從而真正實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)效果的提高。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于一個(gè)對(duì)幾何圖形有著天然熱情的學(xué)生而言，當(dāng)他使用了3D打印技術(shù)制作的復(fù)雜立體幾何模型后，他對(duì)幾何學(xué)的學(xué)習(xí)興趣可能會(huì)被進(jìn)一步點(diǎn)燃，進(jìn)而更加深入和全面地掌握其中的知識(shí)要點(diǎn)。[2]

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，將3D打印技術(shù)引入初中數(shù)學(xué)教學(xué)，是順應(yīng)教育信息化和創(chuàng)新教育發(fā)展趨勢(shì)的有益嘗試。通過(guò)制作幾何模型輔助教學(xué)、開(kāi)展探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)、個(gè)性化定制學(xué)習(xí)工具等策略，能夠有效提升學(xué)生的空間想象力、實(shí)踐創(chuàng)新能力和個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)，進(jìn)而培養(yǎng)數(shù)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。這一探索還需要教育工作者在實(shí)踐中不斷完善，深入挖掘3D打印技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用潛力，為培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳海濤，陳繼培.3D打印融合學(xué)科教學(xué)實(shí)踐研究[J].理科愛(ài)好者（教育教學(xué)），2019（04）：195-197.

[2]李增國(guó).3D打印教具在數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用[J].中學(xué)課程輔導(dǎo)（教師通訊），2018（06）：6.