◆張加龍

小學(xué)數(shù)學(xué)空間與幾何教學(xué)中三維動畫的應(yīng)用與研究

◆張加龍

三維動畫具有精確性、真實(shí)性和無限可操作性等方面的優(yōu)勢。三維動畫在中小學(xué)課程活動中蘊(yùn)藏著巨大的潛力。結(jié)合小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)實(shí)踐，就如何在小學(xué)空間與幾何教學(xué)中運(yùn)用三維動畫進(jìn)行探討。

小學(xué)數(shù)學(xué)；空間與幾何；三維動畫

1 前言

在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)過程中，積極開展豐富多元的信息化課程實(shí)踐活動，非常有利于在激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)、呈現(xiàn)知識形成、提升教學(xué)質(zhì)效和促進(jìn)實(shí)踐創(chuàng)新等方面，充分發(fā)揮無可替代的正強(qiáng)化作用，在潛移默化中獲取培養(yǎng)學(xué)生情緒智力的良好效益。對于抽象思維要求較高的空間與幾何教學(xué)來說，現(xiàn)代信息技術(shù)尤其是三維動畫技術(shù)的運(yùn)用，更像是“劍之雙刃”“鳥之雙翼”。

2 三維動畫的主要內(nèi)涵、技術(shù)特征和運(yùn)用價(jià)值

什么是三維動畫呢？三維動畫又稱3D動畫，是隨著計(jì)算機(jī)軟件與硬件技術(shù)的發(fā)展而來的一種新興技術(shù)類型。首先，三維動畫軟件在計(jì)算機(jī)中建立起一個虛擬世界，軟件設(shè)計(jì)師在其中按照所要表現(xiàn)對象的形狀尺寸建立起模型和場景；根據(jù)相關(guān)要求，設(shè)定模型的運(yùn)動軌跡、虛擬攝影機(jī)的運(yùn)動以及其他動畫參數(shù)；按照要求為模型賦上特定材質(zhì)，并且打上燈光。待到這一切全部完成以后，只需讓計(jì)算機(jī)自動運(yùn)算起來，就能生成令人期待的最終畫面。

三維動畫是一種集技術(shù)性和藝術(shù)性為一體的科技形象，具有如下幾個方面的特征：

1）能夠跨越時(shí)空概念，在計(jì)算機(jī)支持下真實(shí)再現(xiàn)各類場景和任何事件；

2）對于其自身而言，可謂“只有想不到，沒有做不到”，能夠完成一切現(xiàn)實(shí)和想象中的視覺效果；

3）能夠承擔(dān)各類拍攝中高危險(xiǎn)、高成本且無法重現(xiàn)等鏡頭的制作工作；

4）具有不同一般、極其獨(dú)特的視覺表現(xiàn)力，能夠美化內(nèi)容、提升形象、彰顯個性。

三維動畫的運(yùn)用價(jià)值集中地體現(xiàn)在：

1）能夠從微觀到宏觀世界，從真實(shí)到想象空間，非常逼真地模擬任何場景和事件，從中贏得令人震撼的藝術(shù)視覺效果；

2）能夠在既節(jié)約成本又提升效率的情形下，同樣實(shí)現(xiàn)“效益”“效果”的倍增目標(biāo)；

3）能夠通過虛擬化環(huán)境，把現(xiàn)實(shí)世界中的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行簡化和直觀性剖析，并且通過互動功能，讓圖像、影像與人產(chǎn)生“對話”、交流，從而體現(xiàn)非常清晰的說明力；

4）以極其個性化的表現(xiàn)手法，能夠形成嶄新的創(chuàng)作空間，并且塑造產(chǎn)品的差異化。

由此可見，三維動畫對于塑造空間與模型的能力是十分強(qiáng)大的[1]。

3 三維動畫在小學(xué)數(shù)學(xué)空間與幾何教學(xué)中的運(yùn)用

電腦三維動畫不僅具有強(qiáng)大的造型能力——可逼真模擬現(xiàn)實(shí)中物體、景觀，也可“無中生有”；不僅具有“自由自在”的運(yùn)動表現(xiàn)——可任意指定物體的運(yùn)動方向、軌跡，任意掌握拍攝角度、照明特性，也可讓物體任意變化?？蓮娜缦聨讉€方面加以運(yùn)用。

把三維動畫運(yùn)用于圖形空間教學(xué)，有利于激發(fā)小學(xué)生的課程學(xué)習(xí)興趣 成功的教學(xué)不在于強(qiáng)制學(xué)生，而是有效激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。由于心智發(fā)育的規(guī)律性，小學(xué)生群體屬于“天然唯情趣一族”，他們?nèi)狈ο鄳?yīng)的責(zé)任意識和自控能力，在各個方面都始終存在不可抗拒的“情趣依賴”心理，學(xué)習(xí)活動同樣如此。再則，小學(xué)生正處于“形象思維有余、抽象思維欠缺”的發(fā)展階段，而空間與幾何學(xué)習(xí)則需要相應(yīng)的抽象思維能力，這對于大多人來說確實(shí)有著一定的學(xué)習(xí)難度。如果教師將三維動畫技術(shù)引入空間與幾何教學(xué)活動中，則能在寓教于樂中贏得事半功倍的良好實(shí)效。

以教學(xué)“圓的認(rèn)識”內(nèi)容為例，筆者沒有直接進(jìn)入教學(xué)程序，而是演示了“動物界自行車比賽”的三維動畫：首先是小猴、小兔、小鹿等各類運(yùn)動員登臺亮相，它們分別騎上圓形、橢圓形、正方形車輪的自行車；接著讓小學(xué)生大膽地預(yù)測比賽結(jié)果，可謂“眾說紛紜、難以預(yù)料”；然后三維動畫演示真正開始，猴類動物進(jìn)展順利，兔類動物非常吃力，而鹿類動物幾乎寸步難行，小學(xué)生是既情趣十足又莫名其妙。在哈哈大笑之后，他們終于發(fā)現(xiàn)了“秘密”——原來猴類動物所騎的車輪是圓形，其他的則不是。“車輪為什么要是圓的呢？”帶著這一情趣化問題進(jìn)入學(xué)習(xí)活動，其效果自然是不言而喻的[2]。

把三維動畫運(yùn)用于幾何特征教學(xué)，有利于培養(yǎng)小學(xué)生的觀察認(rèn)知能力 什么是幾何模型呢？就是用來具體描繪產(chǎn)品在形狀、尺寸、位置與結(jié)構(gòu)關(guān)系等方面幾何信息的模型。要想學(xué)好空間與幾何方面的數(shù)學(xué)知識，引導(dǎo)小學(xué)生如何學(xué)會觀察則是極其重要的首要環(huán)節(jié)。關(guān)于培養(yǎng)學(xué)生觀察能力的重要性和必要性，正如蘇霍姆林斯基所說：“觀察對于兒童之必不可少，正如陽光、空氣、水分對于植物之必不可少。在這里，觀察是智慧的最重要的能源?！睋Q言之，觀察是學(xué)生認(rèn)識世界的第一步，是他們在學(xué)習(xí)能力素養(yǎng)中不可或缺且無可替代的有機(jī)元素。尤其在空間與圖形知識學(xué)習(xí)過程中，只有對于辨認(rèn)圖形、演示實(shí)驗(yàn)或操作進(jìn)行觀察，方容易獲取物體的空間觀念。

比如在教學(xué)認(rèn)識物體內(nèi)容時(shí)，如果這一物體比較復(fù)雜一些，要想讓小學(xué)生在一般情境下去觀察并了解它究竟“有多少個面”“有多少條棱”“有多少個定點(diǎn)”“每個面是什么形狀，且它們是否相同”等一些特征性知識，這并非一件輕而易舉的事情。然而與之相應(yīng)的是，教師如果把這一物體投放于三維動畫情境下，讓學(xué)生進(jìn)行激情觀察與熱烈討論，這些問題根本算不得什么，而且無須教師的參與和引導(dǎo)，就會在教學(xué)問題的迎刃而解中較好地實(shí)現(xiàn)化難為易的教學(xué)目標(biāo)。

把三維動畫運(yùn)用于拓展延伸教學(xué)，有利于增強(qiáng)小學(xué)生的空間思維能力 “數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的有效方法，在于鞏固消化，在于勤練多做，在于拓展延伸，在于學(xué)用結(jié)合……”眾所周知，在數(shù)學(xué)課程教學(xué)活動中，教師只有善于把“小課堂”與“大社會”有機(jī)地結(jié)合起來，把教材知識教學(xué)與拓展延伸環(huán)節(jié)有機(jī)地結(jié)合起來，才能讓學(xué)生在學(xué)用結(jié)合與知行統(tǒng)一中逐步收獲熟能生巧的實(shí)質(zhì)性效果。理論和實(shí)踐表明，教師在拓展延伸環(huán)節(jié)，如果把三維動畫深入有效地滲透與融入其中，則能充分發(fā)揮“情緒智力”的正能量作用。

比如在教完“圓柱表面積”并且讓學(xué)生學(xué)會應(yīng)用“圓柱表面積=側(cè)面積+底面積×2”這一公式后，教師還可通過三維動畫技術(shù)，把圓柱體表面積的另外一種求證法生動形象地演示出來，就是使圓柱體表面通過“先割后拼”成為一個長方形，再繼續(xù)相應(yīng)的簡單求證。有了這一后續(xù)性的拓展延伸環(huán)節(jié)，不僅在三維動畫演示中實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步消化與鞏固的教學(xué)效果，而且非常有利于在寓教于樂活動中增強(qiáng)小學(xué)生的空間思維能力。

在小學(xué)數(shù)學(xué)空間與幾何教學(xué)過程中，積極開展如此三維動畫拓展延伸教學(xué)活動，還能逐步地培養(yǎng)小學(xué)生“一題多求”“一題多解”等創(chuàng)造性思維和現(xiàn)代信息素養(yǎng)，如此一舉多得，又何樂而不為呢？

把三維動畫運(yùn)用于知識過程呈現(xiàn)，有利于發(fā)展小學(xué)生的數(shù)學(xué)感悟能力 數(shù)學(xué)不僅具有相應(yīng)的學(xué)科歷史文化，而且蘊(yùn)藏著個性化的學(xué)科思想與方法，數(shù)學(xué)思想方法則是一種靈魂性因素。小學(xué)教育是人生之旅的奠基工程。在數(shù)學(xué)空間與幾何領(lǐng)域，教師應(yīng)當(dāng)善于借助外在性因素開展教學(xué)活動，深入挖豐富多元的數(shù)學(xué)思想方法，引導(dǎo)學(xué)生在觀察與學(xué)習(xí)、操作與實(shí)踐中逐步地認(rèn)知和感悟，為促進(jìn)他們的可持續(xù)發(fā)展和個性化發(fā)展奠基鋪路。

比如在教學(xué)“圓的面積”內(nèi)容時(shí)，教師可首先通過三維動畫技術(shù)，把圓轉(zhuǎn)化為已學(xué)圖形長方形，讓小學(xué)生從“化未知為已知”“化抽象為形象”中初步感受知識的形成過程；然后引導(dǎo)他們在“化復(fù)雜為簡單”中逐步探索出“S=πr2”，完成教學(xué)目標(biāo)。再如教學(xué)“測量圓的周長”，同樣可通過三維動畫演示“化曲為直”的藝術(shù)性過程。

所有這些，無不蘊(yùn)藏著課程活動中的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)化思想。教師如果善于通過三維動畫等現(xiàn)代教育技術(shù)來進(jìn)行輔助教學(xué)和有效支撐，那么不僅有利于在“曲步轉(zhuǎn)化”中有效增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際感悟能力，而且有利于逐步注入思想和方法元素[3]。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著新課程教學(xué)改革事業(yè)的深入推進(jìn)，科技與教育的聯(lián)系不斷增強(qiáng)。完全有理由堅(jiān)信，三維動畫這一科技之花終將在中小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)活動中日益綻放。

[1]陳家梅.運(yùn)用數(shù)學(xué)思想,挖掘幾何習(xí)題美:蘇教版小學(xué)數(shù)學(xué)“空間與圖形”領(lǐng)域習(xí)題使用的體會[J].廣西教育a:小教版,2012(13):67.

[2]楊小龍.小學(xué)數(shù)學(xué)“空間與圖形”教學(xué)之我見[J].黑龍江教育:小學(xué)教學(xué)案例與研究,2010(Z1):4-6.

[3]趙明亮.芻議小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中學(xué)生圖形空間觀念的培養(yǎng)[J].科教新報(bào):教育科研,2011(23).

[4]胡曉玉.在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中如何培養(yǎng)和提高學(xué)生的空間想象能力[J].考試周刊,2011(47):79-80.

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1671-489X(2017)13-0057-02

10.3969 /j.issn.1671-489X.2017.13.057

作者：張加龍，淄博市臨淄區(qū)金山鎮(zhèn)邊河小學(xué)（255400）。