3D打印技術在農村小學數學教學的應用

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了一篇3D打印技術在農村小學數學教學的應用范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

0引言

目前，國內外對于創客教育的研究方興未艾，全球化加速發展，互聯網社區逐漸規模化，信息技術飛速發展，教育的優質均衡發展等，在客觀上為創客教育的發展創造了條件[1]。但在推進素質教育過程中，發達地區和落后地區存在明顯差異，而農村學校對于創客教育的研究更是基本處于空白階段[2]。針對當前農村學校教育體制中缺少創客教育平臺，農村學生缺乏實踐動手能力的現狀，如何縮小城市與農村小學素質教育的差距，讓農村學校的小學生特別是留守兒童同樣獲得優質教育資源，為他們打開創客教育的一扇窗，成為當下亟待解決的問題。本文以創客教育中3d打印技術為應用實例，將3D建模與數學課程有效融合，闡述3D打印在培養學生數學空間概念、幫助教師設計與學習制作教具方面的作用。在全面推進義務教育均衡發展中，含山縣作為馬鞍山市首批試點義務教育均衡發展縣，使得偏遠農村學生可享受均衡教育資源。而創客教育之3D打印的學習，不僅有利于學生知識水平的提高，更可以激發他們對于未知科學知識的興趣，培養學生10.3969/j.issn.1671-489X.2022.17.0373D打印技術在農村小學數學教學中的應用研究*◆付黎明科學探索精神，促進教育優質均衡發展[3]，使得提倡“體驗式教學”的素質教育在農村學校也能落地生根，萌芽生長。

13D打印、3D建模概念界定

1.13D打印概述3D打印技術是指由計算機輔助設計模型（CAD）直接驅動的，運用金屬、塑料等材料，在快速成型設備中分層制造任何復雜形狀的物理實體的技術[4]。基本流程是先用計算機軟件設計三維模型，然后把三維數字模型離散為面、線和點，再通過3D打印設備分層堆積，最后變成一個三維的實物。FDM設備采用成卷的塑料絲或金屬絲作為材料，工作時將材料供應給擠壓噴嘴，噴嘴加熱融化材料，并在計算機輔助設計軟件的控制以及步進電機的驅動下，沿著水平和垂直方向移動打印，熱塑性材料擠出噴嘴形成層并迅速硬化。打印完成后，拿掉固定在零件或模型外部的支撐材料即可。

1.23D建模概述3D建模通俗來講就是應用三維制作軟件，通過虛擬三維空間構建出具有三維數據的模型?？煞譃檐浖！呙杞?、圖像及視頻建模三種類型。本課題主要討論的建模方式：利用IME3D軟件、Meshmixer軟件、AutoCAD軟件、Cura后期處理軟件等進行的建模。

23D打印彌補學生空間概念理解、抽象思維能力的不足，實現空間想象直觀實物化

中低年級學生難以理解空間概念，抽象思維能力不足。新課程標準提出：“要加強幾何建模及探究過程，注重引導學生通過觀察、操作，有條理的思考和推理、交流等活動，發展學生的幾何直覺和空間觀念。”3D打印教學將幾何建模與數學課堂教學有機結合，彌補他們空間概念理解、抽象思維能力的不足。學生在自主操作的過程中，通過觀察、操作、交流等活動，完成相關新知識體系的自主構建。在促進新課程改革的同時，提高學生分析問題、理解問題、解決問題的能力。例如筆者在“圓柱體的表面積公式”推導教學中，就利用3D積木模塊教學的形式，模擬出一個或幾個圓柱體模型，學生通過簡單的軟件學習，自己就可以隨意旋轉圓柱體模型的各個面，通過自己動手操作，體驗三維實體和二維平面之間的轉換，如圖1所示。對比以往的教師利用課件模擬教學，3D打印IME3D軟件融合數學課堂教學更注重學生的自主操作，學生由原來的觀察課件的被動觀察者，轉向每個人都可以自主動手，選擇自己喜愛的觀察角度、觀察順序、自主操作學習，甚至同學之間可以交流討論旋轉操作中的體會心得，大大增強了學生學習新知的興趣，彌補了他們空間概念理解、抽象思維能力的不足。整個旋轉過程能全方位、較清晰、具體地呈現出圓柱體各個面的三維模型圖，使得學生，尤其是空間理解和空間思維能力不足的學生，能夠直觀形象地感知到圓柱體三維模型圖，使其實現空間想象直觀實物化。對于圓柱體表面積公式的推導，學生有條理地思考和推理，交流和討論：將空間想象三維立體空間在電腦中轉化為二維平面，難題就迎刃而解。當難題解決，學生的自信心得到極大提高，對于其后期集體學習相關的補充練習教學，將會呈現出更大的興趣，并能積極主動地與其他學生交流討論，進而提高理解問題、解決問題的能力。

33D建模提高學生動手實踐能力，增強學生數學空間意識

學生之間由于個體的差異，往往會出現知識理解和接受程度的差異。教師可以針對不同學生的學習情況，進行有針對性的教學優化。例如筆者在“認識長方體和正方體”的教學中，加入了3D建模。由于3D建模在學習上強調學生學習的自主性，知識的獲取是在自主的環境下的自主建構。學生可以按照自己的設想，調整3D建模參數，感受不同參數變化隨之產生的幾何圖形變化，從而獲得對新知的感性認識。這里的建模參數可以是模塊數量的不同、可以是顏色選擇的差異、還可以是模塊長寬高、模塊中心坐標設置的區別等。學生在3D建模中大膽嘗試，調整這些可變化參數，建立的3D模型真實地在電腦中再現，學生的數學空間意識逐步增強，如圖2所示。這樣的3D建模教學結合數學課程“認識長方體和正方體”，是一種創客教育與傳統學科的融合教學嘗試。由于3D建模的操作過程是學生自己設想，自主設計調整可變化參數的教學模式，相較于被動觀察教師已經做好的課件教學，3D建模融合教學更注重學生的動手實踐能力，這種全新動態立體的操作，不僅可激發學生構建新知識體系的興趣，提高學生的動手實踐能力，更容易增強學生的數學空間意識，使得提倡“體驗式教學”的素質教育在農村小學的數學課堂中得到落實。

43D建模、3D打印，幫助教師學習設計與制作數學教具

3D建模（Meshmixer軟件）、3D打印為教師設計與制作教具提供技術支持。合理使用教具，可以增強課堂活力，激發學生的學習興趣，加強學生的學習印象，取得更好的教學效果。這里以一套可以實現個位數與個位數的加減乘除的數學計算轉輪教具為例。這套轉輪基本構成有：轉軸一個，數字輪四個，數學符號輪兩個，端蓋兩個。十邊形外輪廓，每間隔一個面上布置一個計算符號，中空圓柱孔。基本尺寸：外徑60mm，內徑30mm，寬20mm，如圖3所示。使用Cura軟件導入模型文件，對零件的總數和零件品種進行確認，如圖4所示。開啟打印機，保證數據線與電腦連接正常，完成打印，如圖5所示。打印完成后，待溫度下降至室溫，對各個零件做去毛刺處理，然后用顏料筆上色。數字涂上黑色，符號涂上紅色。將數字輪和符號輪按照順序，依次穿到轉軸上，兩端蓋上端蓋，即完成數學計算轉輪的裝配。數學計算轉輪的使用方法比較簡單，任意組合數字和符號，可以實現個位數與個位數的加減乘除，如圖6所示。

53D建模、3D打印幫助學生建立既能合作交流又能獨立探索的學習氛圍

3D打印、3D建模與數學相關課程的融合教學還在初期探索階段。我們發現這樣的融合教學能夠幫助學生建立自信、友善的合作交流空間。3D打印、3D建模激發了學生個體對未知領域的探索興趣，幫助學生感知數學空間和理解幾何知識，使學生的動手實踐能力得到提高，數學空間意識在合作交流當中逐步增強。對于學生而言，這樣的數學學習課堂，學習無處不在而充滿樂趣；這樣的數學課堂，學生既能合作交流又能獨立探索，真正實現既快樂有趣，又張揚個性的數學學習，讓學生真正獲得學習數學成功的情感價值體驗。6結束語3D打印、3D建模在農村小學尚處于初期探索階段，還存在著不足，但隨著3D打印、3D建模技術的成熟，未來越來越多的教育學科領域將會涉及3D打印技術的交叉與融合，而將3D打印技術與信息技術、數學、綜合實踐、科學等多學科交叉學習的Arduino教程（一款開源電子原型平臺）相結合的實踐教學，將是本課題的后續實踐方向。作為執教于一線的鄉村教師，如何使其更好地與其他學科有機融合，值得在教學中繼續研究、探索。

參考文獻

[1]萬超.小學創客課程開發與實踐研究[D].長春:東北師范大學,2019.

[2]鄭婉臨.新時代農村中小學素質教育存在的問題及對策[J].山西青年,2018(8):101.

[3]譚倩.基于3D打印技術背景下創客教育的學習模式[J].發明與創新（教育信息化）,2019(1):24,23.

[4]林峰,牛祿青.3D打印“真面目”[J].新經濟導刊,

作者:付黎明 單位:馬鞍山市含山縣陶廠中心學校