3D打印技術在高中數(shù)學教學中的應用研究獲獎科研報告論文

1、3D打印技術在高中數(shù)學教學中的應用研究獲獎科研報告論文 【摘要】3D打印技術在近幾年被各個領域廣泛運用，而在教育領域中還處于探索階段。本文主要從高中數(shù)學領域出發(fā)，以立體幾何等章節(jié)為切入點，探究如何運用3D打印技術輔助教學，并進一步分析應用過程中可能存在的問題及解決方法，以求運用3D打印技術達到更好的教學效果。 【關鍵詞】3D打印 高中數(shù)學 立體幾何 教學應用 【課題項目】3D打印技術在高中數(shù)學教學中的創(chuàng)新應用研究，項目編號：ydbksky2016419。 1G633.6 1A 12095-308932-0134-02 3D打印技術是一種新型智能制造技術，關于3D打印技術在各個領域中的應用研究正

2、如火如荼的開展。而教育領域對教學媒體、教輔工具的創(chuàng)新性、智能性要求也在不斷提高。高中數(shù)學對于大部分學生而言難度較高，立體幾何等過于抽象的內容對學生空間思維要求較高。如果3D打印技術在教學領域中能夠得到合理的應用，發(fā)揮好自身優(yōu)勢，將提高教學效率，從而達到更好的教學效果。 一、3D打印技術介紹 3D打印是一種快速成形技術，該技術在工業(yè)、航天、醫(yī)療、教育等多項領域都有所應用，并被看作第三次工業(yè)革命的重要標志之一。3D打印技術起源于20世紀90年代中期，近三年左右得到了中國教育學者的廣泛重視，越來越多的3D打印機被引入校園，相信在未來幾年內，3D打印機作為教學輔助工具的一種，將成為校園的常態(tài)。 二、3

3、D打印技術在我國教育領域發(fā)展情況 目前，3D打印技術在我國處于快速發(fā)展階段。在2015年3月的十二屆全國人大三次會議上，國務院印發(fā)了關于中國制造2025的通知，這份綱領性文件聚焦10個領域，3D打印也被規(guī)劃在內，這也彰顯了我國發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)的決心。2015年9月，國務院總理李克強主持國務院專題講座，聽取了盧秉恒院士的3D打印報告，討論加快發(fā)展先進制造與3D打印等問題。 在教育領域，2014年5月，南京將20所學校作為3D打印課試點。2014年12月，人大附中舉辦3D打印機捐贈儀式，人大附中等十余所中小學校獲贈3D打印機共80臺。從分布來看，引入3D打印技術的學校以南方發(fā)達城市居多，北方地區(qū)較

4、少。并且多應用于基礎教育中的小學與初中階段，以手工課為主，并沒有完全發(fā)揮出3D打印技術在教學領域的功能。 三、3D打印技術在高中數(shù)學教學中的應用 1.定位 3D打印技術在高中數(shù)學課堂應該定位為教輔工具。學生在遇到一些抽象、復雜的問題時，可以通過3D打印技術獲得更簡潔、更直觀的視覺體驗。教師通過3D打印技術，一方面可以將抽象的問題模型化，簡單化;另一方面可以吸引學生的注意力，進一步激發(fā)學生學習興趣。 2.教學中的作用 在高中數(shù)學教學內容中，學生在立體幾何單元的需求與3D打印技術能提供的支持高度吻合。立體幾何內容較為抽象，教師以往更多的通過平面斜二測畫法畫出立體幾何的直觀圖，這對學生的空間意識要求

5、很高。吉林省長春市九臺區(qū)第一高級中學是吉林省的省級示范中學，在進入該學校深入調研后我們得出數(shù)據(jù)，在數(shù)學考試中解答立體幾何問題，僅有29.1%的學生選擇直接尋求輔助線解答問題，67.5%的學生選擇直接建立空間直角坐標系，將立體幾何量化為數(shù)值進行計算，剩余學生選擇視情況而定。在訪談過程中，大部分同學表示立體幾何問題復雜抽象，在利用輔助線進行解答時思考時間較長，僅僅根據(jù)圖畫進行分析時錯誤率較高，于是更傾向運用空間向量直接進行計算。長此以往，學生遇見立體幾何問題越來越依賴于量化計算，而立體感與空間感進步緩慢。 3D打印技術可以在一定程度上幫助學生理解立體幾何。首先，3D打印技術可以直接打印出幾何體，讓

6、學生真實的感知到幾何體的模型。其次，在輔助線方面，可以運用3D打印技術對幾何體進行切割處理，選擇性地打印出切割后的某一切面，讓學生看到應用自己思考的輔助線后的直觀效果。最后，可以運用3D打印機對幾何體進行拼接等進一步處理，選擇性的展示幾何體空心與實心的不同狀態(tài)，給學生更多嘗試的空間。 2.其他應用領域 除了立體幾何單元之外，3D打印技術在高中數(shù)學教學領域也可以發(fā)揮作用。比如在圓錐曲線變換單元，教師在講解曲線位于平面直角坐標系中移動的環(huán)節(jié)，可以利用3D打印技術在通過計算機建模構造出精確的曲線，輔以相關坐標系道具，能夠真實還原移動、變換的過程，更直觀的體現(xiàn)移動與變化中的每個細節(jié)，避免了手繪過程中由

7、于不精確產(chǎn)生的誤差。再如在講解空間點、線、面位置關系時，可以利用3D打印技術制作模具，在空間上現(xiàn)場擺放，更加直觀地感知相交、垂直與平行等位置關系。 四、3D打印在高中數(shù)學教學領域應用的可能存在問題及對策 1.經(jīng)濟問題 目前，3D打印技術成本仍然屬于高水平，加之地域、政策、環(huán)境等多方面因素，很多學校并不具備獨立購買3D打印機與打印材料的水平。并且使用數(shù)量，使用頻率也值得結合成本深入探討。 對于資金問題，現(xiàn)階段只能更多依靠政府的政策扶持與企業(yè)的適當援助。政府應結合各地域經(jīng)濟水平，一步一步地推動3D打印機進入更多校園。各個學校也應結合自身情況，擬定3D打印機使用頻率與方式，最大程度地使3D打印技術服

8、務教學。 2.教師適應問題 3D打印技術仍屬于新型智能技術，想要在教學過程中更好的發(fā)揮作用，教師對3D打印機的了解程度與掌控能力至關重要，在計算機使用，專業(yè)軟件使用，三維建模方面對教師要求較高。如果教師不能熟練應用3D打印機，3D打印技術便無法發(fā)揮最大作用.針對以上問題，建議學校選取有計算機操作基礎的年輕教師，統(tǒng)一進行培訓，再由接受培訓的隊伍帶動其余教師盡快掌握3D打印技術的應用。在教學設計時嚴格審查，將3D打印技術應用到合適的教學環(huán)節(jié)，最大程度的保證使用效率。 3.學生動手機會較少 目前來看，3D打印技術由于成本及難度問題，還無法讓大多數(shù)學生都親手操作。大多數(shù)學生還只能以觀看制作成果為主，親自動手建模機會較少。 針對這個問題，建議教師將需要進行3D打印操作的同學分組，以小組為單位嘗試操作3D打印技術，當解答數(shù)學題思路不統(tǒng)一時先小組內部討論，再將小組肯定的結果運用3D打印技