小学数学空间与几何教学中三维动画的应用与研究

2017-01-29张加龙

中国教育技术装备 2017年13期

关键词：三维动画小学生空间

◆张加龙

◆张加龙

三维动画具有精确性、真实性和无限可操作性等方面的优势。三维动画在中小学课程活动中蕴藏着巨大的潜力。结合小学数学教学实践，就如何在小学空间与几何教学中运用三维动画进行探讨。

小学数学；空间与几何；三维动画

1 前言

在小学数学教学过程中，积极开展丰富多元的信息化课程实践活动，非常有利于在激发学习兴趣、优化课程结构、呈现知识形成、提升教学质效和促进实践创新等方面，充分发挥无可替代的正强化作用，在潜移默化中获取培养学生情绪智力的良好效益。对于抽象思维要求较高的空间与几何教学来说，现代信息技术尤其是三维动画技术的运用，更像是“剑之双刃”“鸟之双翼”。

2 三维动画的主要内涵、技术特征和运用价值

什么是三维动画呢？三维动画又称3D动画，是随着计算机软件与硬件技术的发展而来的一种新兴技术类型。首先，三维动画软件在计算机中建立起一个虚拟世界，软件设计师在其中按照所要表现对象的形状尺寸建立起模型和场景；根据相关要求，设定模型的运动轨迹、虚拟摄影机的运动以及其他动画参数；按照要求为模型赋上特定材质，并且打上灯光。待到这一切全部完成以后，只需让计算机自动运算起来，就能生成令人期待的最终画面。

三维动画是一种集技术性和艺术性为一体的科技形象，具有如下几个方面的特征：

1）能够跨越时空概念，在计算机支持下真实再现各类场景和任何事件；

2）对于其自身而言，可谓“只有想不到，没有做不到”，能够完成一切现实和想象中的视觉效果；

3）能够承担各类拍摄中高危险、高成本且无法重现等镜头的制作工作；

4）具有不同一般、极其独特的视觉表现力，能够美化内容、提升形象、彰显个性。

三维动画的运用价值集中地体现在：

1）能够从微观到宏观世界，从真实到想象空间，非常逼真地模拟任何场景和事件，从中赢得令人震撼的艺术视觉效果；

2）能够在既节约成本又提升效率的情形下，同样实现“效益”“效果”的倍增目标；

3）能够通过虚拟化环境，把现实世界中的复杂系统进行简化和直观性剖析，并且通过互动功能，让图像、影像与人产生“对话”、交流，从而体现非常清晰的说明力；

4）以极其个性化的表现手法，能够形成崭新的创作空间，并且塑造产品的差异化。

由此可见，三维动画对于塑造空间与模型的能力是十分强大的[1]。

3 三维动画在小学数学空间与几何教学中的运用

电脑三维动画不仅具有强大的造型能力——可逼真模拟现实中物体、景观，也可“无中生有”；不仅具有“自由自在”的运动表现——可任意指定物体的运动方向、轨迹，任意掌握拍摄角度、照明特性，也可让物体任意变化。可从如下几个方面加以运用。

把三维动画运用于图形空间教学，有利于激发小学生的课程学习兴趣成功的教学不在于强制学生，而是有效激发他们的学习兴趣。由于心智发育的规律性，小学生群体属于“天然唯情趣一族”，他们缺乏相应的责任意识和自控能力，在各个方面都始终存在不可抗拒的“情趣依赖”心理，学习活动同样如此。再则，小学生正处于“形象思维有余、抽象思维欠缺”的发展阶段，而空间与几何学习则需要相应的抽象思维能力，这对于大多人来说确实有着一定的学习难度。如果教师将三维动画技术引入空间与几何教学活动中，则能在寓教于乐中赢得事半功倍的良好实效。

以教学“圆的认识”内容为例，笔者没有直接进入教学程序，而是演示了“动物界自行车比赛”的三维动画：首先是小猴、小兔、小鹿等各类运动员登台亮相，它们分别骑上圆形、椭圆形、正方形车轮的自行车；接着让小学生大胆地预测比赛结果，可谓“众说纷纭、难以预料”；然后三维动画演示真正开始，猴类动物进展顺利，兔类动物非常吃力，而鹿类动物几乎寸步难行，小学生是既情趣十足又莫名其妙。在哈哈大笑之后，他们终于发现了“秘密”——原来猴类动物所骑的车轮是圆形，其他的则不是。“车轮为什么要是圆的呢？”带着这一情趣化问题进入学习活动，其效果自然是不言而喻的[2]。

把三维动画运用于几何特征教学，有利于培养小学生的观察认知能力什么是几何模型呢？就是用来具体描绘产品在形状、尺寸、位置与结构关系等方面几何信息的模型。要想学好空间与几何方面的数学知识，引导小学生如何学会观察则是极其重要的首要环节。关于培养学生观察能力的重要性和必要性，正如苏霍姆林斯基所说：“观察对于儿童之必不可少，正如阳光、空气、水分对于植物之必不可少。在这里，观察是智慧的最重要的能源。”换言之，观察是学生认识世界的第一步，是他们在学习能力素养中不可或缺且无可替代的有机元素。尤其在空间与图形知识学习过程中，只有对于辨认图形、演示实验或操作进行观察，方容易获取物体的空间观念。

比如在教学认识物体内容时，如果这一物体比较复杂一些，要想让小学生在一般情境下去观察并了解它究竟“有多少个面”“有多少条棱”“有多少个定点”“每个面是什么形状，且它们是否相同”等一些特征性知识，这并非一件轻而易举的事情。然而与之相应的是，教师如果把这一物体投放于三维动画情境下，让学生进行激情观察与热烈讨论，这些问题根本算不得什么，而且无须教师的参与和引导，就会在教学问题的迎刃而解中较好地实现化难为易的教学目标。

把三维动画运用于拓展延伸教学，有利于增强小学生的空间思维能力 “数学学习的有效方法，在于巩固消化，在于勤练多做，在于拓展延伸，在于学用结合……”众所周知，在数学课程教学活动中，教师只有善于把“小课堂”与“大社会”有机地结合起来，把教材知识教学与拓展延伸环节有机地结合起来，才能让学生在学用结合与知行统一中逐步收获熟能生巧的实质性效果。理论和实践表明，教师在拓展延伸环节，如果把三维动画深入有效地渗透与融入其中，则能充分发挥“情绪智力”的正能量作用。

比如在教完“圆柱表面积”并且让学生学会应用“圆柱表面积=侧面积+底面积×2”这一公式后，教师还可通过三维动画技术，把圆柱体表面积的另外一种求证法生动形象地演示出来，就是使圆柱体表面通过“先割后拼”成为一个长方形，再继续相应的简单求证。有了这一后续性的拓展延伸环节，不仅在三维动画演示中实现进一步消化与巩固的教学效果，而且非常有利于在寓教于乐活动中增强小学生的空间思维能力。

在小学数学空间与几何教学过程中，积极开展如此三维动画拓展延伸教学活动，还能逐步地培养小学生“一题多求”“一题多解”等创造性思维和现代信息素养，如此一举多得，又何乐而不为呢？

把三维动画运用于知识过程呈现，有利于发展小学生的数学感悟能力数学不仅具有相应的学科历史文化，而且蕴藏着个性化的学科思想与方法，数学思想方法则是一种灵魂性因素。小学教育是人生之旅的奠基工程。在数学空间与几何领域，教师应当善于借助外在性因素开展教学活动，深入挖丰富多元的数学思想方法，引导学生在观察与学习、操作与实践中逐步地认知和感悟，为促进他们的可持续发展和个性化发展奠基铺路。

比如在教学“圆的面积”内容时，教师可首先通过三维动画技术，把圆转化为已学图形长方形，让小学生从“化未知为已知”“化抽象为形象”中初步感受知识的形成过程；然后引导他们在“化复杂为简单”中逐步探索出“S=πr2”，完成教学目标。再如教学“测量圆的周长”，同样可通过三维动画演示“化曲为直”的艺术性过程。

所有这些，无不蕴藏着课程活动中的数学转化思想。教师如果善于通过三维动画等现代教育技术来进行辅助教学和有效支撑，那么不仅有利于在“曲步转化”中有效增强学生的实际感悟能力，而且有利于逐步注入思想和方法元素[3]。