3D打印笔在幼儿数学思维训练中的使用

谢翠君

一、从二维到三维，“神笔马良”再现

3D打印笔专注培养幼儿的动手力、观察力、空间想象能力，3D打印笔所制作的教具可延伸到培养幼儿的数感能力、逻辑推理能力、记忆力和表达力，助力幼儿七大能力均衡发展。

二、妙笔生花，开启3D打印智慧之门

（一）全新的科技体验

3D打印笔有一种天然的立体优势，能把幼儿绘画涂鸦视角从平面图案转换成立体图案。如4岁以上幼儿在数学课《有趣的三角体》感知课上，无论是PPT还是书本上的图片都是平面的，虽然幼儿教师可从生活中挖掘各种三角体教具，可由于教具经费有限，难以获得可拆分观察的三角体教具。但用3D打印笔绘制出来的三角体，就是幼儿参与制作、全方位感知的正三角体，幼儿可从不同维度来分析自己绘制的三角体。绘制三角体需由画4面的三角形，一面正方形，然后拼接在一块，动手能力更强的幼儿可以挑战正三角体。操作成果呈现后，幼儿可简单介绍自己设计的成品，在此過程中幼儿不仅体验了制作过程，而且发现相同类型的图形拼接可以制作千变万化的立体图型。

（二）体型大易于掌控

3—6岁幼儿手掌较小，五指较短，3D打印笔根据3—6岁幼儿手掌生理结构和抓握力量量身定制其形状、尺寸、按键的位置，更贴合幼儿手型，重量较轻，便于幼儿对线条进行操控。

（三）思维方式的转变

3D打印笔可实现平面和立体双轨道绘画，幼儿可在创造各种各样的图形中形成有机拼接整合。如一个长方体和4个扁圆柱的有机组合可变成一辆小巴士;车顶加上2条平行的斜线，连接两条平行于地面的直线，组合后就变成富有广州本土特色的电车;幼儿在操作过程中会发现，单一的平行于地面的直线无法支撑保持平衡状态，通过查阅图书和教师相关指导，就会发现电车的电线需要通过就近的高架或电线杆进行固定而架设各个公交线路的接触网，幼儿会感知“支撑”的效果。类似这样的与生活场景息息相关的3D模型制作，锻炼了幼儿逻辑思维能力和抗挫能力，这样的教学理念符合新时代的STEAM教育理念的教学要求，这样的创造活动使得幼儿产生学习的内驱力。

（四）3D打印笔可自制教具

3D打印笔可协助教师的STEAM课程的教学活动，所谓的STEAM是由Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）、Arts（艺术）、Mathematics（数学）这五个单词的首字母组成的。3D打印笔融合五大领域，让幼儿全面发展，同时可参与教师教具的制作。数学领域，可以根据幼儿的学习掌握情况，绘制适合课堂的数学小游戏教具，例如数独、序列变换、加减法训练的小天平都可通过3D打印笔完成;在科学领域，教师可以将水果从开花到结果的过程、制作磁铁驱动的小车等打印出来，把无形抽象的知识有形化;在工程领域，教师可打印出桥梁、不倒翁、竹蜻蜓等，把力学原理实体化，方便幼儿理解，激发他们的好奇心，技术和艺术领域贯穿其中。

三、3D打印笔在幼儿数学六大模块的应用探索

（一）集合与分类

集合与分类是幼儿学习数学的基础，有关集合的数学学习内容有：求同与分类、集合的多重属性、集合间的关系。

1.集合与分类要点一：属性的匹配和分类

3D打印笔多元化的教具制作可满足教师根据班上幼儿的兴趣爱好定制适合该课堂的集合与分类的教具，同样可有目的地让幼儿掌握不同的概念。如用3D打印笔打印出不同颜色的巧克力，匹配的要求是让幼儿将不同颜色的巧克力放入相应颜色的盒子里;分类要求的是幼儿将巧克力分别放在两个透明罐子里，且两个透明罐子分别放了两块长方形巧克力和量化圆形巧克力。属性应该由幼儿自己去区分并发现，而不是教师预设的。

2.集合与分类要点二：物体多元分类

幼儿可根据自己的喜好画出自己喜欢的小动物和蔬菜水果，结束后汇总进行集合与分类的集体学习。教师可根据对物体不同的分类方式指导幼儿分类。如按物体的外部特征分类将熊猫、小松鼠等放在一起，将竹笋和松子放在一起;按事物间的关系分类，如将熊猫与竹笋放在一起，将小松鼠和松子放在一起等。

3.集合与分类要点三：集合间比较及其关系

生活中集合问题涉及集合间量的比较和是否相等。3D打印可以将日常生活的事物“跳跃”在幼儿的学习桌上，教师在不同的课堂上设计不同类型的主题绘制，集中展示。幼儿根据教师不同的任务卡进行分类，在实例中比较集合，了解并集、交集和和补集这些难以掌握的概念，降低学习难度，丰富学习课堂。

（二）数

3D打印笔打破常规的数字书写，数字不仅“跳出”作业本，还可以赋予生命。如数字“2”，幼儿在绘制过程中发现它像小鸭子;数字“4”，它可以画成一面红旗;等等。同样地，教师可以制作一个转盘，随机转出相应地数字，幼儿在转盘的胶板上画上相应数量的实物或标志。

（三）量

教师可在课堂上废物利用，用薯片罐、筷子、塑料杯等手工制作天平，幼儿制作自己喜欢的小砝码，教师利用电子秤尽可能让幼儿的小砝码重量一致。幼儿可以小组集体探索，感受平衡、加减砝码的乐趣。

（四）形

幼儿早期数学启蒙除了学习数学知识外，培养学习数学的兴趣是学好数学的关键。3D打印笔让幼儿结合想象力，将各式各样图形组合为立体形状，就会极大地激发幼儿的兴趣和好奇心。3D打印笔可打破空间限制，制作莫比乌斯带和克莱因瓶这两种单侧、不可定向曲面，3D打印笔的防水性和耐磨性，让幼儿亲身参与这种特殊曲面的验证，感受数学之美。

（五）时

了解时钟的结构及分针、时针的运行规律，可以帮助幼儿形成时间概念，有利于培养幼儿的守时观念和按时作息的生活习惯。利用3D打印笔绘制时钟的过程中，幼儿会发现时钟的制作必须先画一个圆作为基础，时针、分钟和秒针的连接处需要在圆的中心，因此教师可以先用圆规协助幼儿画圆心，后在辅助纸上画一个完美的圆。同样地，大班的“一日作息时刻”可化作一个生活墙饰的比赛，幼儿可利用3D打印笔绘制可转动的时钟，由小作者转动到相应的时刻，轮流挂上幼儿绘制的时钟。

（六）空

空间思维是指跳出点、线、面的限制，能全方位思考问题的思维方式，是一种立体思维和整体思维能力。如在《走进田园生活》的主题摄影活动中，幼儿会发现同样的农作物，会被农民伯伯搭建出不一样的搭架模式：篱架、单组模式和“门”字形平架，如下图所示：

各种不同的农作物搭架模式

幼儿可以通过家长协作、上网查询和访问农民伯伯多种途径，了解不同搭架方式的特点。幼儿可拍下农田的不同搭架模式，由家长发到教师的邮箱，由教师汇总。幼儿在亲身感受和访问农民伯伯后，发现南方农田大多使用篱架。篱架有效绿叶受光面较大，有利于光合作用，充分利用空间，减少病虫害的危害，并且采摘果实方便。幼儿很难比较不同搭架的有效受光面积，平面图形无法达到教学效果。此时，教师可通过3D打印笔，打印出占地面积相同、受光面可拆卸的多种搭架方法，通过让幼儿拆卸受光面，把每种搭架各自拼凑并叠在一起。通过比较，幼儿发现人字形篱架的受光面积最大。

四、结语

3D打印笔是人类手写绘图技术的革新，教师应结合幼儿园教育的方式和特点，挖掘生活中的数学元素，制作合适的教具，鼓励幼儿参与教具的制作和设计，从而让幼儿受益并开拓思维。幼教专业学生还需在生活中找到教学题材，同时具备创新思维，以适应未来新时代的幼儿教育教学。