中学数学教学中3D打印课程的应用

　　数学教育硕士论文（最新6篇）之第六篇

　　摘要

　　随着社会经济的飞速发展，人民的生活也日新月异。信息技术促进了当下教育发展的改革，国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020 年）明确了信息技术推动了教学内容和方法的不断革新，也是鼓励人们注重信息技术与教育结合的发展。3D 打印技术与教育的结合突破了日常数学教学中抽象的局限，将三维物体实体化，培养学生数学学习各个方面的能力，从而带来不一样的教学效果。本研究通过对 3D 打印的研究现状的了解，并结合现有的 3D 打印在数学学科的研究现状，提出了中学数学教学中 3D 打印课程的建设。并探讨了以下两个问题：

　　（1）中学数学教学中 3D 打印课程有什么应用价值？

　　（2）中学数学教学中 3D 打印课程的应用案例如何设计？一方面，利用文献分析法，构建了 3D 打印课程的教学大纲，再通过对教学大纲的详细分析，分别从基础知识、数学能力、数学教学方法等三个方面结合案例进行了应用价值的阐述。另一方面，详细分析设计型学习的逆向思维过程模型，并基于此模型，笔者构建出中学数学教学中3D 打印课程的教学模式。在此基础上，利用案例分析法详细对《个性化钥匙链》进行教学设计，并在湖南某中学的社团课进行案例教学工作，同时阐述了所构建的 3D 打印课程的教学模式在具体案例中如何实施。最后利用以 TRU 课堂评价模型为基础编写的评价模型框架，对其进行了效果分析。

　　本研究发现：3D 打印课程在基础知识、数学能力、数学教学方法方面对中学数学教学有促进作用，特别是建模软件与数学函数的完美结合，将抽象知识变得更加具体实际；同时，基于设计型学习的逆向思维过程模型所构建的教学模式能够适用于中学数学教学中 3D 打印课程，使得课堂上更加突出学生的主体地位，从而实现学生从做中学。

　　关键词：中学数学基于设计型学习3D 打印课程教学模式

　　ABSTRACT

　　Along with the rapid development of social economy, people's life ischanging with each passing day Information technology has arevolutionary impact on the current development of education Thenational medium-term and long-term education reform and developmentplan (2010-2020) clearly defines that information technology promotesthe continuous innovation of teaching content and methods, and alsoencourages people to pay attention to the development of the combinationof information technology and education The combination of 3D printingtechnology and education breaks through the limitation of abstraction indaily mathematics teaching, materializes three-dimensional objects, andcultivates students' abilities in various aspects of mathematics learning,thus bringing about different teaching effects In this study, through theunderstanding of the current research situation of 3D printing, andcombined with the existing research status of 3D printing in mathematics,the construction of 3D printing course in the perspective of middle schoolmathematics is proposed The following two questions are discussed:

　　(1)What is the application value of 3D printing course in middle schoolmathematics teaching?

　　(2) How to design the application case of 3Dprinting course in middle school mathematics teaching? On the one hand,the teaching syllabus of 3D printing course is constructed by usingliterature analysis method Then, through detailed analysis of the teachingsyllabus, the application value is elaborated from three aspects: basicknowledge, mathematical ability, mathematical teaching methods and soon On the other hand, the reverse thinking process model ofdesign-based learning is analyzed in detail Based on this model, theauthor constructs the teaching mode of 3D printing course in middleschool mathematics teaching On this basis, the case analysis method is used to design the teaching of Personalized Key Chain in detail, and thecase teaching is carried out in the community class of a middle school inHunan Province At the same time, how to implement the teaching modeof the 3D printing course in a specific case is expounded Finally, theevaluation model framework based on TRU classroom evaluation modelis used to analyze its effect

　　This study finds that the course of 3D printing promotes the teachingof mathematics in middle schools in terms of basic knowledge,mathematical ability and mathematical teaching methods, especially theperfect combination of modeling software and mathematical functions,which makes abstract knowledge more concrete and practical At thesame time, the teaching mode constructed by reverse thinking processmodel based on design-based learning can be applied to the course of 3Dprinting, making the classroom more prominent in the main position ofstudents, and students learn from doing

　　Key words: Middle school's mathematics learning；3D printing course；Design-based learning；Teaching model

　　目 录

　　1 引言

　　1.1 研究背景

　　随着社会经济的飞速发展，人民的生活也日新月异。教育的发展也是我们日常的话题，在这个话题中，信息技术对当下的教育发展具有革命性影响，我们必须予以高度重视。我们不能够否认技术给我们生活带来很多便利，也带来了一些新的变化，同时其对教育的作用更是如此。在 2010 年 7 月发布的《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020 年）》中提到要加强对信息技术的应用。教师自身要提高信息技术应用的水平，并且更新教学观念，改进教学方法，从而提高教学效果。同时鼓励学生在利用信息手段下进行积极学习和自主学习，从而增强学生利用信息技术分析和解决问题能力。这明确了信息技术推动了教学内容和方法的不断革新，也是鼓励人们注重信息技术与教育结合的发展。

　　在技术迅速发展中，3D 打印（3DP，Three Dimension Printing）被称为“第三次工业革命”技术之一。其是一种新型的快速成型技术，最早应用于制造业中，如今在航空、医疗、艺术等许多领域都发挥着重要作用。经过几十年的探索和实践，3D 打印技术对打印材料选择上、技术上和适用性都做了大量研究，取得了重点突破。如今，3D 打印技术日趋成熟，早已不是一个令人只能远观而触及不到的技术了。3D 打印技术能够在许许多多的领域中得到应用，且受到公众的一致欢迎和期盼。另一方面由于制造业的发展，3D 打印机的成本也成为了越来越多个人或单位能够轻松承担的。2012 年美国的一些主流杂志都认可了 3D 打印取得的成果，并且对其进行了报道。在全球引起了各行各业的专业人士对其进行研究和探索。

　　随着 3D 打印技术的普及，教育工作者也开始关注了。美国新媒体联盟与美国高校教育信息化协会每年会合作发布了《地平线报告》，这种最具有普及潜力的且被称之为新技术报告向公众展现了技术在教育领域的应用和发展的趋势。

　　《地平线报告》将技术按照进入主流应用所需要的时限分为三类：在未来 1 年内采用的近期技术；在 3 到 4 年内采用的中期技术；在 4 到 5 年内才能进入教育主流应用的远期技术。2013 年版的《地平线报告》第一次对 3D 打印做了详细说明，并将 3D 打印列为能够进入教育主流应用的远期趋势； 2014 年版的《地平线报告》中肯定了 3D 打印在高等教育领域的价值，将其列为未来 2 到 3 年高等教育中教育进展的趋势； 2015 年版《地平线报告(基础教育版)》肯定了 3D 打印是可以改善教学、学习和创造性探究的工具和资源，并且它是 3 到 4 年内被采用的中期技术。2017 年国家教育部颁布的《中小学综合实践活动课程指导纲要》

　　提到了要支持学生了解 3D 打印技术，并且在学习使用 3D 打印机的基本步骤的相关知识的同时，学习一些 3D 建模的方法。3D 打印技术不仅代表了科学技术的创新，也能与教育结合，作为一种教学工具，使受教育者了解一些 3D 的基本知识和与之相结合的学科知识，激发其学习兴趣，培养其创造性思维。

　　在各个政策下，3D 打印与教育的结合受到越来越多人的关注。国内外教育工作者都尝试着将 3D 打印融入实际课堂中，并对此进行了研究。最引人瞩目的是将 3D 打印技术与其他学科知识相结合，发现在学习 3D 打印的同时，能够使得课堂成为一种跨学科的课堂。学生通过 3D 建模和实际操作的过程体会巩固学科知识，并从直观和直接的角度学习学科知识，并提高其整合多个学科的能力。

　　3D 打印对培养学生数学直观想象素养和空间想象能力起着巨大的作用。在教学方面，3D 打印课程又协助了教师对教学方法和教学模式进行改革，提高教学效果，对优化课堂起着积极的作用。

　　总之，在科学技术的迅速发展下，技术不断推动了教育内容和教学方法模式的革新。同时，创新型的人才更加适应当代社会的发展需要。3D 打印是一项具有探索潜力和学习需要的技术，也是一项能够培养学生多方面知识和能力的教学手段，值得被越来越多教育人士推广和认可。

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　　1.2 研究内容
　　1.3 研究方法
　　1.4 研究意义
　　1.5 理论依据

　　2 3D 打印在教育中的应用与研究现状
　　2.1 3D 打印的介绍
　　2.2 3D 打印在教育领域的国内外研究现状
　　2.3 3D 打印在数学教学中应用的研究现状

　　3 中学数学教学中 3D 打印课程的教学模式建构
　　3.1 DBL 模型
　　3.2 DBL 与中学数学教学中 3D 打印课程的契合分析
　　3.3 基于 DBL 的 3D 打印课程教学活动模型建构

　　4 中学数学教学中 3D 打印课程的应用价值
　　4.1 数学知识
　　4.2 数学能力
　　4.3 数学教学方法

　　5 中学数学教学中 3D 打印课程的应用案例设计——《个性化钥匙链》
　　5.1 教材分析
　　5.2 学生分析
　　5.3 教学目标分析
　　5.4 教学重点和难点
　　5.5 教学准备
　　5.6 教学过程
　　5.7 效果分析

　　6 总结与反思
　　6.1 研究总结
　　6.2 不足与展望

　　参考文献