在高速發(fā)展的信息化時代,現(xiàn)代信息技術(shù)與課程的融合已成為當(dāng)今數(shù)學(xué)教學(xué)的發(fā)展趨勢。《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022)》中提出,要注重信息技術(shù)與數(shù)學(xué)教學(xué)的融合,并明確了以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動實施的要求。
由于數(shù)學(xué)本身具有復(fù)雜性和抽象性強的特點,在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)實踐中,學(xué)生普遍存在“學(xué)習(xí)興趣低、學(xué)習(xí)難度大”等現(xiàn)象,學(xué)生對數(shù)學(xué)知識的理解浮于表面,難以發(fā)展出良好的數(shù)學(xué)思維、邏輯推理和問題解決能力。
為解決數(shù)學(xué)教學(xué)中學(xué)生“難理解、難突破、難應(yīng)用”的問題,安徽省淮北市濉溪縣第一實驗學(xué)校以3D技術(shù)與數(shù)學(xué)學(xué)科融合為發(fā)力點,進行了數(shù)學(xué)教學(xué)模式的重構(gòu)及傳統(tǒng)教學(xué)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(shè)計提升數(shù)學(xué)教學(xué)成效的吧。
1. 發(fā)現(xiàn)問題:課堂現(xiàn)狀分析
小學(xué)數(shù)學(xué)“圖形與幾何”領(lǐng)域的課程在培養(yǎng)學(xué)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(nèi)容時,受教具不匹配、教學(xué)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(dǎo)致教學(xué)效果并不理想。
以人教版小學(xué)數(shù)學(xué)六年級下冊《圓柱的認(rèn)識》一課為例,教學(xué)中學(xué)生需要經(jīng)歷長方形圍繞其一條邊旋轉(zhuǎn)形成圓柱的操作過程。教學(xué)中采用讓學(xué)生轉(zhuǎn)動長方形紙片的方式,觀察旋轉(zhuǎn)之后的形狀是否為圓柱體,然而學(xué)習(xí)效果并不理想。
究其原因,首先是在學(xué)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(xiàn)場制作需要大量時間,一節(jié)課的時間無法完成重難點的教學(xué)。其次,手動轉(zhuǎn)動的速度達不到形成圓柱的程度,學(xué)生很難觀察到快速轉(zhuǎn)動呈現(xiàn)的連貫性畫面效果。一節(jié)課下來,學(xué)生雖然忙于動手制作,但是并沒有觸及到問題的本質(zhì)。顯然,這種教學(xué)方式不利于學(xué)生深度學(xué)習(xí),教師迫切需要新的教學(xué)方式,以突破教學(xué)障礙,解決困難。
2. 驗證問題:3D設(shè)計先行先試
對于一線教師來說,新課標(biāo)的轉(zhuǎn)變伴隨著教育理念的轉(zhuǎn)變。如何正確選擇容易上手的教學(xué)輔助工具,充分利用信息技術(shù)的優(yōu)勢,快速高效開展數(shù)學(xué)課程,一時成了我校數(shù)學(xué)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(xué)創(chuàng)客輔導(dǎo)員培訓(xùn),我校數(shù)學(xué)兼信息科技教師劉博博積極參與,通過深入學(xué)習(xí)3D One(三維創(chuàng)意設(shè)計軟件)接觸和了解3D建模技術(shù)。在學(xué)習(xí)中驚喜發(fā)現(xiàn),3D One軟件中的數(shù)字化建模可將復(fù)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(xué)的數(shù)學(xué)幾何圖形建立聯(lián)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(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚,躍躍欲試,甚至有幾位零基礎(chǔ)、從未接觸過3D One軟件的學(xué)生在短時內(nèi)觀察老師的操作過程之后,竟然能現(xiàn)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(shù)學(xué)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(xué)科融合也是如此。經(jīng)過幾次課堂教學(xué)的嘗試之后,我校又遇到了兩大發(fā)展困境,一是3D技術(shù)對數(shù)學(xué)課堂的輔助并不能適應(yīng)所有教學(xué)內(nèi)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(xiàn)更精準(zhǔn)的學(xué)科融合。二是學(xué)生學(xué)習(xí)3D技術(shù)的強烈愿望僅僅只通過數(shù)學(xué)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(xué)習(xí)路徑,搭建更加開放自由的學(xué)習(xí)平臺滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。
針對第一個問題,學(xué)校成立研究小組,進行通力合作,針對小學(xué)數(shù)學(xué)與3D設(shè)計開展學(xué)科性質(zhì)研究。經(jīng)過反復(fù)對比和實踐,發(fā)現(xiàn)兩者的研究對象和基本特征具有如下一致性:
在學(xué)習(xí)內(nèi)容上都涉及跨學(xué)科知識,數(shù)學(xué)應(yīng)用廣泛,它是自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)、人文科學(xué)等領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)。學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中獲得的基本知識與技能,為其他學(xué)科的學(xué)習(xí)與發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。與此對應(yīng),3D模型設(shè)計,強調(diào)關(guān)注學(xué)生的設(shè)計想法、注重制品的生成,而“設(shè)計”本身作為一個跨學(xué)科的概念,它可以支持不同學(xué)科的發(fā)展。
在培養(yǎng)目標(biāo)上都注重對學(xué)生思維的培養(yǎng)。數(shù)學(xué)的邏輯性體現(xiàn)在數(shù)學(xué)學(xué)科中對學(xué)生抽象思維與推理能力的關(guān)注上,例如,數(shù)學(xué)抽象、邏輯推理等。3D設(shè)計同樣有利于學(xué)生的思維發(fā)展,例如,3D設(shè)計中涉及到的布爾運算是一種邏輯推演法。
在學(xué)習(xí)情境上都面向現(xiàn)實世界中的問題解決。數(shù)學(xué)中的科學(xué)語言與工具,為學(xué)生面對未來工作與生活中的實際問題做好了準(zhǔn)備,數(shù)學(xué)課程內(nèi)容中的“綜合與實踐”,旨在訓(xùn)練學(xué)生綜合運用數(shù)學(xué)知識來解決真實世界中的復(fù)雜問題。而3D模型設(shè)計,就依附于真實世界中的具體問題。
數(shù)學(xué)與3D設(shè)計的學(xué)科共性研究為我校融合提供了理論支撐,也為日后的教學(xué)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(xué)教師信息技術(shù)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(xué)習(xí)路徑-組建3D建模社團提供了政策基礎(chǔ)。隨著國家推行“雙減”計劃,延時服務(wù)課的設(shè)置為3D建模社團教學(xué)的順利開展提供了課時保障。
在學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)班子的帶領(lǐng)下,我校創(chuàng)造條件,克服困難,逐漸形成了“一個目標(biāo)、兩個課堂、四條路徑、相互轉(zhuǎn)化、深度融合”的研究思路,其中“一個目標(biāo)”是指培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng),“兩個課堂”是指數(shù)學(xué)課堂和3D建模課堂,“四條路徑”是指數(shù)學(xué)課堂、3D建模課堂、公眾號學(xué)習(xí)平臺和中望青少年三維創(chuàng)意社區(qū)學(xué)習(xí)空間?!八臈l路徑”的搭建促進了3D技術(shù)與數(shù)學(xué)知識的相互轉(zhuǎn)化,解決了3D技術(shù)與數(shù)學(xué)學(xué)科融合實施難、融合課例少、學(xué)生學(xué)習(xí)不充分,跨學(xué)科融合形式化的問題。
以學(xué)生的學(xué)習(xí)為中心,關(guān)注點回歸到課堂,我校將數(shù)學(xué)學(xué)科和3D設(shè)計內(nèi)容打通重組,以提升學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)。
1.3D+數(shù)學(xué)課堂兼行,構(gòu)建雙課程體系
課前:3D建模課堂和數(shù)學(xué)課堂是實現(xiàn)3D技術(shù)和數(shù)學(xué)學(xué)科知識融合的主要場所。為了對融合課例內(nèi)容進行精準(zhǔn)定位,我校研究小組梳理了小學(xué)數(shù)學(xué)六年12冊的數(shù)學(xué)教材內(nèi)容,并繪制了小學(xué)數(shù)學(xué)與3D技術(shù)相融合的知識聯(lián)系表。根據(jù)知識聯(lián)系表,撰寫“3D技術(shù)與數(shù)學(xué)學(xué)科融合教案集”,對相關(guān)內(nèi)容從單元設(shè)計的視角進行重組、優(yōu)化和挖掘,編制學(xué)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(xiàn)已錄制完成近200個微視頻。這些視頻同步分享至全國網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺上,受到廣大師生的喜愛和學(xué)習(xí),閱讀人次近3000次。
圖1 知識點聯(lián)系表
課中:為了擺脫3D技術(shù)與數(shù)學(xué)學(xué)科融合的“形式化”和“雜糅化”,實現(xiàn)真正意義上的跨學(xué)科融合,我?;?D設(shè)計開展社團課程,進行3D One建模軟件技能培訓(xùn)活動。在3D One軟件內(nèi),孩子們雖然沒有任何基礎(chǔ),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(shè)計。3D 設(shè)計課程的開設(shè),讓學(xué)生有了新的話題,他們熱烈討論著學(xué)校新開設(shè)的“3D創(chuàng)客教育普及課”,通過幾何知識和3D One設(shè)計軟件就能將頭腦中的想法轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵨锬P?,還能加深對數(shù)學(xué)知識的理解。
圖2 兩個網(wǎng)絡(luò)平臺發(fā)布的學(xué)習(xí)視頻
課后:為進一步加深學(xué)生對3D技術(shù)與數(shù)學(xué)知識的融合應(yīng)用,我校通過設(shè)計跨學(xué)科學(xué)習(xí)作業(yè)單,讓學(xué)生自動將學(xué)科知識鏈接到真實生活情境并解決實際問題,鼓勵學(xué)生多元化的表達與創(chuàng)新。學(xué)生在作業(yè)單上,不僅要制作3D模型,還要填寫設(shè)計理念、制作方法、用到的數(shù)學(xué)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(xué)科學(xué)習(xí)作業(yè)單,促進學(xué)生回顧自己的制作過程,總結(jié)其中所包含的數(shù)學(xué)知識,促使學(xué)生進一步理解3D技術(shù)和數(shù)學(xué)之間的內(nèi)在聯(lián)系。
圖3 跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動作業(yè)單
2.網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè),讓學(xué)習(xí)自主發(fā)生
我校充分挖掘?qū)W科背后蘊含的豐富教育資源,結(jié)合3D One軟件匹配的線上平臺i3DOne青少年創(chuàng)意社區(qū)(http://www.fxtang.com/),建立線上3D設(shè)計社團共享社區(qū)。老師結(jié)合平臺上的3D One操作入門課程等資源,合理安排教學(xué),有計劃、有步驟地幫助孩子扎實掌握3D建模知識,并同步創(chuàng)建“數(shù)學(xué)思維解讀”公眾號,共享教學(xué)資源和課程。在學(xué)生熟悉掌握軟件操作的基礎(chǔ)上,老師通過給定主題任務(wù)、引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散創(chuàng)作,讓學(xué)生進行自主探究。學(xué)生們通過小組合作的方式,自主在i3DOne社區(qū)搜索相關(guān)的模型或教程進行學(xué)習(xí)和討論,然后相互協(xié)作,完成作品,并將作品上傳到線上社區(qū)與全國各地的3D愛好者進行交流,分享創(chuàng)意。
在線上3D設(shè)計社團共享社區(qū),我校借助i3DOne社區(qū)的作品評級、創(chuàng)客榮譽認(rèn)證、會員升級和豌豆獎勵等功能,對學(xué)生設(shè)置了一系列成長激勵機制,讓學(xué)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(xué)互動,提升了我校3D課堂的效率與質(zhì)量,也記錄著學(xué)校一點一滴的教學(xué)成果。截至目前,我校學(xué)子創(chuàng)作的3D 作品多達2000件,49名學(xué)生榮獲優(yōu)秀“校園創(chuàng)客”稱號。劉博博、郭海華、趙玲玲老師榮獲優(yōu)秀“創(chuàng)客導(dǎo)師”稱號。在2023淮北市3D創(chuàng)意設(shè)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(xué)校先后榮獲安徽中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提升工程2.0示范校、“全國百佳創(chuàng)新校園”等榮譽稱號。
孩子們在線上社區(qū)融浸式體驗實踐中設(shè)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(xiàn)了熟練的軟件操作技術(shù),還展現(xiàn)了學(xué)生對于空間關(guān)系的理解和轉(zhuǎn)化能力,這是對幾何知識更高階的實際應(yīng)用。
在跨學(xué)科融合教育的影響下,學(xué)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(chuàng)新能力、創(chuàng)新意識提高了,由原來的循規(guī)蹈矩到打破常規(guī)、創(chuàng)意不斷;自學(xué)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(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)學(xué)習(xí);團隊意識和凝聚力增強了,為了做出一件創(chuàng)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(shù)學(xué)和3D技術(shù)課堂實踐中,教師的身份發(fā)生了轉(zhuǎn)變——從傳統(tǒng)意義上只會教授學(xué)科知識的教師變身成微課資源開發(fā)者+學(xué)生學(xué)習(xí)導(dǎo)師??鐚W(xué)科教學(xué),促使教師不斷去學(xué)習(xí)新的知識和新的教學(xué)技能,建立與其他學(xué)科的橫向聯(lián)系,且能促進學(xué)科之間的交流和碰撞,拓展教師的教學(xué)視野,促進教師自身的專業(yè)發(fā)展和綜合素質(zhì)的不斷提高。
其中劉博博老師的研究論文《信息技術(shù)與小學(xué)數(shù)學(xué)融合案例分析》、《信息化背景下學(xué)生學(xué)習(xí)路徑之微變》分別被發(fā)表至“安徽青年報”;微課《利用3D建模技術(shù)探究平行四邊形和梯形之間的相互轉(zhuǎn)化》被全國中小學(xué)繼續(xù)教育網(wǎng)收錄,用于全國小學(xué)數(shù)學(xué)教師國培項目;《跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動設(shè)計》的教學(xué)設(shè)計在濉溪縣中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提升工程2.0實踐應(yīng)用案例評選中榮獲一等獎。
基于3D One建模的數(shù)學(xué)實踐活動,為學(xué)生提供了“做中學(xué)”的機會,增強了學(xué)生的感官體驗,促進了多元表征能力的訓(xùn)練。“兩個課堂”是對傳統(tǒng)教學(xué)模式的提升和超越,與之相互轉(zhuǎn)化、并行推進。數(shù)學(xué)與3D技術(shù)跨學(xué)科融合的4個路徑,利用科技賦能教育,關(guān)注知識、思維與設(shè)計的融合發(fā)展,相互配合與互相補充,有利于數(shù)學(xué)思維的培養(yǎng),促進設(shè)計驅(qū)動式創(chuàng)新心智模式的培養(yǎng)。
安徽省濉溪縣第一實驗學(xué)校以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向開展的3D技術(shù)與數(shù)學(xué)學(xué)科融合的路徑探究,通過營造校內(nèi)科普教育氛圍引領(lǐng)學(xué)生走近科技前沿,打造學(xué)科融合課程和網(wǎng)絡(luò)空間助力學(xué)生成長,開展社團活動激發(fā)學(xué)生科創(chuàng)熱情,取得了令人矚目的成果,也讓學(xué)校的數(shù)學(xué)教育完成了從傳統(tǒng)課堂到信息化、數(shù)字化融合課堂的轉(zhuǎn)變。希望安徽省濉溪縣第一實驗學(xué)校的實踐經(jīng)驗?zāi)芙o大家?guī)硪恍W(xué)科融合的啟發(fā),引領(lǐng)更多學(xué)校參與到教育數(shù)字化變革中來,助力中國教育高質(zhì)量發(fā)展。
由中望軟件-i3DOne社區(qū)(青少年三維創(chuàng)意社區(qū))舉辦的一年一度的創(chuàng)新教學(xué)評比活動,旨在為全國中小學(xué)與職業(yè)院校搭建經(jīng)驗交流、資源共享、展示創(chuàng)新教育成果的平臺,助力學(xué)校在人工智能、三維創(chuàng)意設(shè)計、三維激光切割等科技創(chuàng)新常態(tài)化教學(xué)開展,助推青少年創(chuàng)新力量發(fā)展。每年備受業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注,目前累計舉辦五屆,累計已覆蓋全國31個省市,超9000所學(xué)校參與,收到400萬+人次的師生關(guān)注,推動了370萬+個創(chuàng)新教育成果產(chǎn)生,吸引了450+主流媒體關(guān)注和報道。
(其中3D打印機由PMAX巨影 、云圖創(chuàng)智Artillery贊助贈送)
本文內(nèi)容僅代表作者本人觀點,與i3DOne社區(qū)無關(guān)。