在高速發展的信息化時代，現代信息技術與課程的融合已成為當今數學教學的發展趨勢。《義務教育數學課程標準（2022）》中提出，要注重信息技術與數學教學的融合，并明確了以核心素養為導向的跨學科學習活動實施的要求。
由于數學本身具有復雜性和抽象性強的特點，在小學數學課堂教學實踐中，學生普遍存在“學習興趣低、學習難度大”等現象，學生對數學知識的理解浮于表面，難以發展出良好的數學思維、邏輯推理和問題解決能力。
為解決數學教學中學生“難理解、難突破、難應用”的問題，安徽省淮北市濉溪縣第一實驗學校以3D技術與數學學科融合為發力點，進行了數學教學模式的重構及傳統教學方式變革的實踐探索。接下來就讓我們一起來看看，他們是如何借助3D設計提升數學教學成效的吧。
1. 發現問題：課堂現狀分析
小學數學“圖形與幾何”領域的課程在培養學生的空間想象力和直觀意識方面有著舉足輕重的地位。在教授這部分內容時，受教具不匹配、教學空間不可移動、語言描述不清晰、多媒體資源匱乏等條件限制，導致教學效果并不理想。
以人教版小學數學六年級下冊《圓柱的認識》一課為例，教學中學生需要經歷長方形圍繞其一條邊旋轉形成圓柱的操作過程。教學中采用讓學生轉動長方形紙片的方式，觀察旋轉之后的形狀是否為圓柱體，然而學習效果并不理想。
究其原因，首先是在學具制作上存在困難，長方形的硬紙板和圓柱形木棒在粘貼時不牢固，現場制作需要大量時間，一節課的時間無法完成重難點的教學。其次，手動轉動的速度達不到形成圓柱的程度，學生很難觀察到快速轉動呈現的連貫性畫面效果。一節課下來，學生雖然忙于動手制作，但是并沒有觸及到問題的本質。顯然，這種教學方式不利于學生深度學習，教師迫切需要新的教學方式，以突破教學障礙，解決困難。
2. 驗證問題：3D設計先行先試
對于一線教師來說，新課標的轉變伴隨著教育理念的轉變。如何正確選擇容易上手的教學輔助工具，充分利用信息技術的優勢，快速高效開展數學課程，一時成了我校數學老師熱議的話題。
正值迷茫之際，2018年8月淮北市教育局舉辦淮北市中小學創客輔導員培訓，我校數學兼信息科技教師劉博博積極參與，通過深入學習3D One（三維創意設計軟件）接觸和了解3D建模技術。在學習中驚喜發現，3D One軟件中的數字化建模可將復雜的模型變得立體直觀、簡明易懂，為此我校開始嘗試將3D建模與小學的數學幾何圖形建立聯系，把五年級下冊《觀察物體（3）》一課時作為切入點，借助3D One軟件演示正方體的拼組，從不同方向觀察立體圖形。課堂上學生學習興趣濃厚，躍躍欲試，甚至有幾位零基礎、從未接觸過3D One軟件的學生在短時內觀察老師的操作過程之后，竟然能現場完成部分功能的操作，在動手過程中感受圖形的變化，掌握數學知識。
3. 分析問題：確定研究思路
新生事物在推廣的過程中，總是會遇到很多的困難，跨學科融合也是如此。經過幾次課堂教學的嘗試之后，我校又遇到了兩大發展困境，一是3D技術對數學課堂的輔助并不能適應所有教學內容，想要形成行之有效的融合路徑需對兩者進行深入研究，尋找其一致性，才能實現更精準的學科融合。二是學生學習3D技術的強烈愿望僅僅只通過數學課堂這一路徑，很難得到滿足，我們迫切需要探索更加豐富多樣的學習路徑，搭建更加開放自由的學習平臺滿足學生的學習需求。
針對第一個問題，學校成立研究小組，進行通力合作，針對小學數學與3D設計開展學科性質研究。經過反復對比和實踐，發現兩者的研究對象和基本特征具有如下一致性：
在學習內容上都涉及跨學科知識，數學應用廣泛，它是自然科學、技術科學、人文科學等領域的研究基礎。學生在數學學習中獲得的基本知識與技能，為其他學科的學習與發展奠定了基礎。與此對應，3D模型設計，強調關注學生的設計想法、注重制品的生成，而“設計”本身作為一個跨學科的概念，它可以支持不同學科的發展。
在培養目標上都注重對學生思維的培養。數學的邏輯性體現在數學學科中對學生抽象思維與推理能力的關注上，例如，數學抽象、邏輯推理等。3D設計同樣有利于學生的思維發展，例如，3D設計中涉及到的布爾運算是一種邏輯推演法。
在學習情境上都面向現實世界中的問題解決。數學中的科學語言與工具，為學生面對未來工作與生活中的實際問題做好了準備，數學課程內容中的“綜合與實踐”，旨在訓練學生綜合運用數學知識來解決真實世界中的復雜問題。而3D模型設計，就依附于真實世界中的具體問題。
數學與3D設計的學科共性研究為我校融合提供了理論支撐，也為日后的教學開展注入了強心劑。
針對第二個問題，我校緊跟國家、省級等教育政策步伐，在安徽省中小學教師信息技術能力提升工程2.0評比中，榮獲信息化2.0工程示范校，這為我校拓寬學習路徑-組建3D建模社團提供了政策基礎。隨著國家推行“雙減”計劃，延時服務課的設置為3D建模社團教學的順利開展提供了課時保障。
在學校領導班子的帶領下，我校創造條件，克服困難，逐漸形成了“一個目標、兩個課堂、四條路徑、相互轉化、深度融合”的研究思路，其中“一個目標”是指培養學生的數學核心素養，“兩個課堂”是指數學課堂和3D建模課堂，“四條路徑”是指數學課堂、3D建模課堂、公眾號學習平臺和中望青少年三維創意社區學習空間?！八臈l路徑”的搭建促進了3D技術與數學知識的相互轉化，解決了3D技術與數學學科融合實施難、融合課例少、學生學習不充分，跨學科融合形式化的問題。
以學生的學習為中心，關注點回歸到課堂，我校將數學學科和3D設計內容打通重組，以提升學生學科核心素養。
1.3D+數學課堂兼行，構建雙課程體系
課前：3D建模課堂和數學課堂是實現3D技術和數學學科知識融合的主要場所。為了對融合課例內容進行精準定位，我校研究小組梳理了小學數學六年12冊的數學教材內容，并繪制了小學數學與3D技術相融合的知識聯系表。根據知識聯系表，撰寫“3D技術與數學學科融合教案集”，對相關內容從單元設計的視角進行重組、優化和挖掘，編制學科課程綱要，之后，再對綱要中的每一個單元進行微課錄制，現已錄制完成近200個微視頻。這些視頻同步分享至全國網絡學習平臺上，受到廣大師生的喜愛和學習，閱讀人次近3000次。
圖1 知識點聯系表
課中：為了擺脫3D技術與數學學科融合的“形式化”和“雜糅化”，實現真正意義上的跨學科融合，我?；?D設計開展社團課程，進行3D One建模軟件技能培訓活動。在3D One軟件內，孩子們雖然沒有任何基礎，但通過堆積木式的堆砌、拖拉、點擊等簡單操作方式，就可完成屬于自己的有趣設計。3D 設計課程的開設，讓學生有了新的話題，他們熱烈討論著學校新開設的“3D創客教育普及課”，通過幾何知識和3D One設計軟件就能將頭腦中的想法轉變為實物模型，還能加深對數學知識的理解。
圖2 兩個網絡平臺發布的學習視頻
課后：為進一步加深學生對3D技術與數學知識的融合應用，我校通過設計跨學科學習作業單，讓學生自動將學科知識鏈接到真實生活情境并解決實際問題，鼓勵學生多元化的表達與創新。學生在作業單上，不僅要制作3D模型，還要填寫設計理念、制作方法、用到的數學知識等信息，以語言文字的形式將自己的想法表達出來。通過跨學科學習作業單，促進學生回顧自己的制作過程，總結其中所包含的數學知識，促使學生進一步理解3D技術和數學之間的內在聯系。
圖3 跨學科學習活動作業單
2.網絡平臺建設，讓學習自主發生
我校充分挖掘學科背后蘊含的豐富教育資源，結合3D One軟件匹配的線上平臺i3DOne青少年創意社區（http://www.tianjininindustrypump.com/），建立線上3D設計社團共享社區。老師結合平臺上的3D One操作入門課程等資源，合理安排教學，有計劃、有步驟地幫助孩子扎實掌握3D建模知識，并同步創建“數學思維解讀”公眾號，共享教學資源和課程。在學生熟悉掌握軟件操作的基礎上，老師通過給定主題任務、引導學生發散創作，讓學生進行自主探究。學生們通過小組合作的方式，自主在i3DOne社區搜索相關的模型或教程進行學習和討論，然后相互協作，完成作品，并將作品上傳到線上社區與全國各地的3D愛好者進行交流，分享創意。
在線上3D設計社團共享社區，我校借助i3DOne社區的作品評級、創客榮譽認證、會員升級和豌豆獎勵等功能，對學生設置了一系列成長激勵機制，讓學生的每一個行為和成果都能被實時記錄和評價。線上線下的教學互動，提升了我校3D課堂的效率與質量，也記錄著學校一點一滴的教學成果。截至目前，我校學子創作的3D 作品多達2000件，49名學生榮獲優秀“校園創客”稱號。劉博博、郭海華、趙玲玲老師榮獲優秀“創客導師”稱號。在2023淮北市3D創意設計大賽，我校1人榮獲一等獎，2人二等獎，4人榮獲三等獎。學校先后榮獲安徽中小學教師信息技術應用能力提升工程2.0示范校、“全國百佳創新校園”等榮譽稱號。
孩子們在線上社區融浸式體驗實踐中設計的每一件作品，都包含了他們自己的巧思，每一個制作過程不僅體現了熟練的軟件操作技術，還展現了學生對于空間關系的理解和轉化能力，這是對幾何知識更高階的實際應用。
在跨學科融合教育的影響下，學生的動手能力增強了，由開始的笨手笨腳到能夠做出精美的作品；創新能力、創新意識提高了，由原來的循規蹈矩到打破常規、創意不斷；自學能力提高了，從跟隨老師一步一步地做到自覺查閱書籍資料、利用網絡上網學習；團隊意識和凝聚力增強了，為了做出一件創意十足的作品，紛紛獻計獻策、集思廣益，遇到問題共同解決……
在數學和3D技術課堂實踐中，教師的身份發生了轉變——從傳統意義上只會教授學科知識的教師變身成微課資源開發者+學生學習導師?？鐚W科教學，促使教師不斷去學習新的知識和新的教學技能，建立與其他學科的橫向聯系，且能促進學科之間的交流和碰撞，拓展教師的教學視野，促進教師自身的專業發展和綜合素質的不斷提高。
其中劉博博老師的研究論文《信息技術與小學數學融合案例分析》、《信息化背景下學生學習路徑之微變》分別被發表至“安徽青年報”；微課《利用3D建模技術探究平行四邊形和梯形之間的相互轉化》被全國中小學繼續教育網收錄，用于全國小學數學教師國培項目；《跨學科學習活動設計》的教學設計在濉溪縣中小學教師信息技術應用能力提升工程2.0實踐應用案例評選中榮獲一等獎。
基于3D One建模的數學實踐活動，為學生提供了“做中學”的機會，增強了學生的感官體驗，促進了多元表征能力的訓練。“兩個課堂”是對傳統教學模式的提升和超越，與之相互轉化、并行推進。數學與3D技術跨學科融合的4個路徑，利用科技賦能教育，關注知識、思維與設計的融合發展，相互配合與互相補充，有利于數學思維的培養，促進設計驅動式創新心智模式的培養。
安徽省濉溪縣第一實驗學校以核心素養為導向開展的3D技術與數學學科融合的路徑探究，通過營造校內科普教育氛圍引領學生走近科技前沿，打造學科融合課程和網絡空間助力學生成長，開展社團活動激發學生科創熱情，取得了令人矚目的成果，也讓學校的數學教育完成了從傳統課堂到信息化、數字化融合課堂的轉變。希望安徽省濉溪縣第一實驗學校的實踐經驗能給大家帶來一些學科融合的啟發，引領更多學校參與到教育數字化變革中來，助力中國教育高質量發展。
由中望軟件-i3DOne社區（青少年三維創意社區）舉辦的一年一度的創新教學評比活動，旨在為全國中小學與職業院校搭建經驗交流、資源共享、展示創新教育成果的平臺，助力學校在人工智能、三維創意設計、三維激光切割等科技創新常態化教學開展，助推青少年創新力量發展。每年備受業內人士的關注，目前累計舉辦五屆，累計已覆蓋全國31個省市，超9000所學校參與，收到400萬+人次的師生關注，推動了370萬+個創新教育成果產生，吸引了450+主流媒體關注和報道。
（其中3D打印機由PMAX巨影 、云圖創智Artillery贊助贈送)
本文內容僅代表作者本人觀點，與i3DOne社區無關。
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更新時間：2024-02-22
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