应用3D打印在初中数学教学中培养学生创新能力

温永盛

(福建省德化第六中学 福建 泉州 362500)

3D打印，是以数字模型文件为基础，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印具有“设计即生产”的特点，学生能通过3D设计软件表达创意，再与3D打印机这一快速成型技术结合，将无穷的设计想法和无限制的实体制造完美地结合起来。

学校科技创新小组在校长的带动下，成立“德化六中3D创客空间”，开展多个学科老师参与的《基于3D创客实践培养初中生创新能力的研究》课题研究，在将3D打印技术融合传统课程，培养学生的创新能力方面，取得良好的效果。

下面，我就以我平时数学教学过程中运用3D打印提高学生创新能力的探讨抛砖引玉。

1.诱发兴趣，培养学生积极性

3D打印，在教学中，其技术本身并不是重点，而是在这个过程中是否有助于学生想象力和创新能力的培养，是要如何应用3D打印将学生的学习兴趣激发出来，并促进其积极性的提高。在数学日常教学中，我们老师使用的教具如三角板、量角器、圆规等就是用3D打印制作的。一个个精美富有创意的教具让学生耳目一新！当学生知道这些教具是老师自己设计打印的，更是激发学生跃跃欲试的冲动——因为他们也在学习3D打印课程！3D打印的所思即所得，让学生丰富的想象能够有机会变成现实，甚至还有可能比老师设计得更漂亮，更关键的是作品富有自己的特性和创意！当学生在建模软件创作时，其零件的精确性就要用到很多已学或者未学的数学知识，反过来又激发学生对数学这一基础课程的兴趣。这样，将他们的兴趣利用起来，使他们能够自主探讨创新型事物，进而挖掘出其潜力，促进其创新能力的提升。

2.优化课程设计，加深学生理解

数学知识是抽象的东西，是枯燥无趣的。那如何在枯燥的知识学习中激发学习兴趣？3D打印技术是一种同时拥有视觉和触觉的学习方式，其在“玩中做、做中学、学中做、做中创“的特点能够激发出学生对该技术的兴趣。

比如立体图形的教学。学生从代数进入几何图形，本身就有一定的困难，从平面图形转化到立体图形更是一头雾水。因此，我在教立体图形时，就是从3D打印的建模入手。在123D或者3One软件中，让学生动手观察制作空间立体图形：正方体、立方体、圆锥……学生一下子就把三维立体图形和现实联系起来，什么三视图、展开图等等一节课就印象深刻，根本不用老师花力气讲解。再通过软件进行图形变换：各种展开图、对称、旋转、位移等难点，不但学生能理解，而且记忆深刻，特别是在学生头脑中形成空间概念。不像我以前读书，到高中碰到立体几何，在平面和立体之间一直转不过弯，无法理解。因此，3D打印有助于学生建立空间概念，开拓空间思维能力。

又比如学习代数式这一节课，我就用到数形结合。如图1

应用3D打印出来的模型加深学生对完全平方公式的理解，进而激发学生对其他公式模型的设计、创造，训练学生的创新思维。

这种融入3D打印的课程能让枯燥的课程变得生动起来，不仅可以激发学生的兴趣，还可以使他们积极主动的参与其中。

3.开启DIY的教学时代,培养学生的创新思维

在做中学，既是一种教学方法也是一种教学理念。美国著名教育家杜威的“教育即经验”“教育生活”“教育即生长”三个核心命题也体现在3D打印课程中。学生可以通过三维建模软件将自己的设计用3D打印机呈现出来，不仅可以提高他们的积极性和兴趣，还可以培养他们在操作中的创新能力。这也是一种DIY(Do It Your-self)思想。

下面是我在3D打印课程中融入数学(学科)知识的例子《“机械鱼”如何动起来》。图2

(1)出示3D打印作品“机械鱼”(灵动的身体、一次成型)；

(2)设置问题：包含哪些数学知识？(立方体的构成、零件的组合、位置变换、对称变换等)；

(3)动手制作；

(4)自由发挥想象，制作自己喜欢的“机械**”，开启DIY模式。

这种几何体构造的图形就这么巧妙：几个几何体的复制，位置的变换，大小的变化，再通过灵巧的组合，就能够在3D打印机上直接打印出来。当然，零件尺寸是一个科学严谨的数据：大小适合才能既灵活又紧凑，还能适合3D打印机一次打印(而不是分开)。3D打印技术本身就是创新的产物,而整个3D打印学习制作过程就是学生的DIY过程，使其在设计和操作中体验创新带来的成就感,从而培养了学生的创造性思维。

4.结语

2015年李克强总理在政府工作报告提出：“大众创业，万众创新”。创新意识和创新能力越来越成为一个国家国际竞争力和国际地位的最重要的决定因素。在基础教育中，结合学科特点、积极开展3D打印创客实践活动，可以有效培养初中生的创新能力。