试述立体几何基于Flash3D技术小学立体几何教学平台设计与实现

论文导读：
【摘要】空間观念的培养是小学数学课程的重要目标之一。当前的教学过程中缺少可以操作的可视化学习工具，难以满足立体几何的教学需求，根据这一问题设计并实现了小学立体几何教学平台。文章阐述了该平台的设计理念、主要功能和系统架构。引进了新兴的Flash3D技术，并对著名的Flash3D引擎——Altemativa3D的开发流程进行了详细介绍，基于该引擎对平台进行实现。平台具有逼真的三维场景、丰富的感性资源、友好的交互方式等特点，是新技术在教学中应用的一次有益尝试。
【关键词】Flash3D技术；Altemativa3D引擎：立体几何：信息化教学
【】A 【论文编号】1009—8097（2013）04—0119—06
引言
教育部2011年颁布的《义务教学数学课程标准》中提出：“在数学课程中，应当注重发展学生的数感、符号意识、空間观念、几何直观、数据分析观念、运算能力、推理能力和模型思想……”，其中“空間观念主要是指根据物体特征抽象出几何图形，根据几何图形想象出所描述的实际物体；想象出物体的方位和相互之間的位置关系；描述图形的运动和变化；依据语言的描述画出图形等。”空間观念的培养对学生日后的学习、生活具有非常重要的意义。
受到年龄、知识和经验的限制，小学生空間感的建立是比较困难的。在小学立体几何的教学过程中，如果能够结合实际生活经验，给予形象的直观材料，并提供动手操作的机会，将会对小学生观察能力和想象能力的提高以及空間观念的形成具有极大的帮助。在目前的教学过程中，教师除了使用传统的纸笔、黑板等教学工具外，还采用了正方体、长方体、球体、圆柱体、圆锥体、三角柱、三角锥、椭球体等基本的几何教具，但这些实物模型比较简单，而且大小固定、种类有限，不能有效满足教学需求。随着信息技术的发展，很多教师和学者们尝试利用新的技术来辅助教学过程、提高教学质量。一些数学教师常常利用图片、影片等多媒体资源来展示立体模型、生活模型，但是二维平面的内容始终无法很好的展示三维空間的物体，而且图片、影片的交互性较差，因此辅助教学过程的有效性不强。动态的、三维的、可交互的教学软件是解决小学数学立体几何教学困难的有力工具，本文就基于最新流行的Flash3D技术，设计并开发了一套小学立体几何教学平台。该平台提供了丰富的可交互的三维物体模型，用户可以根据自己的需要修改模型的颜色、大小、形状等属性，对三维物体模型进行拖拽、旋转、缩放等控制操作，还可以指定视角从各个角度进行观察，为空間几何的教学提供丰富的感性素材。

一、小学立体几何教学平台的设计

1 设计理念
（1）直观素材的多样性
捷克教育学家夸美纽斯曾经提出过“一切知识都是从感官的感知开始的”，尤其是空間观念的培养，更应该是建立在学生的直接感受之上的，所以丰富、形象、逼真的直观素材是非常必要的。
（2）直观素材的有效性
生动形象的直观素材，不仅仅是为了让学生看到真实的模型、活跃课堂气氛，其根本目的是为了促进学生空間能力的培养，让学生能够根据物体的特征来构建几何图形，抽象出几何体的概念。所以，我们提供的直观教论文导读：
学素材一定要符合教学目的和要求，如果存在过多无关、花哨的直观素材，不仅是无益的，有时甚至会起分散注意力的作用。
（3）直观素材的交互性
英国数学家利贝克将小学生的数学认知过程概括为经验、语言、图像和符号四个环节，简称为ELPS四阶段。经验是小学生学习数学概念的基础，尤其是空間观念的形成更是依赖于日常积累的感性经验。静止的三维模型难以让学生产生深刻的印象，所以，我们应该让三维模型动起来，让学生亲自动手去实践、去感受三维空間中的物体，根据所获得的感性经验，逐渐形成空間观念。
2 总体设计
（1）系统定位
小学立体几何教学平台是专门为小学数学教师和学生设计的立体几何知识的教学工具软件，目的是为教师和学生提供一个可以交互的三维立体几何教学环境，并包含有丰富的平面图形、立体图形和三维实物模型等资源，以辅助立体几何教学活动的进行。教师可以把该平台作为直观演示工具在课堂上使用，向学生们展示各种模型的构成和特点；学生可以在平台中选择、控制和观察三维几何模型，进行自主学习和探究。
（2）功能模块设计
小学数学课标中关于“图形与几何”方面的主要内容包括：“空間和平面基本图形的认识，图形的性质、分源于：论文www.7ctime.com
类和度量；图形的平移、旋转、轴对称、相似和投影；平面图形基本性质的证明；运用坐标描述图形的位置和运动”。
依据课标的基本要求、小学数学立体几何的教学需求以及上面提出的直观素材的设计理念，小学立体几何教学平台分为“基本几何体的认识与观察”、“立方体的认识与学习”、“立体图形的展开与折叠”、“生活中的几何模型”、“视图与方位”五大功能模块，如图1所示：
1）基本几何体的认识与观察
此部分包含平面图形和立体图形两大部分。平面图形包括点、线、角、三角形、正方形、长方形、圆、扇形、梯形等基本二维几何模型。立体图形包括正方体、长方体、球体、圆柱体、圆锥体、正棱柱、正棱锥等基本三维几何模型。
用户可以根据需要添加几何体，对几何体进行拖拽、拼装、旋转、改变大小、涂颜色等操作，从各个角度观察、了解和学习基本几何体的特征和属性。界面如图2所示。
2）立方体的认识与学习
以小正方体为核心，探究由小立方体的拼接形成的各种立体图形的形状。可以选择以小立方体的任意一个面为基础，生长出任意多个同等大小的小立方体，新生成的小立方体可以再继续生长出任意多个同样的立方体，这样，可以组合成各种立体图形，不仅能够激发学生们的动手兴趣，还对空間观念的形成有很大的帮助。界面如图3所示。源于：论文结论www.7ctime.com
步骤四：初始化：
A3D三维场景中的对象层次结构与Flash源于：毕业论文致谢词www.7ctime.com
组件基本类似，在主场景中，需要有一个主容器，用来放置三维物体，可以通过AddChild方法，将基本几何体、导入的3D模型等三维元素添加到容器中。在A3D中，为了能够看到场景中的元素，我们还需要添加摄像机到主容器当中，并把它的view属性（渲染窗口），作为一个组件通过addChild（1方法添加到Flash的主场景显示列表中，这样就将A3D三维场景与Flash场景联系起来了。主要代码如下：

三、小学立体几何教学平台的优势和特点

小学立体几何教学平台现己开发完成并形成产品，与普通的二维图片、影片和动画相比，具有如下的优势和特点：
1 逼真的三维场景
该平台提供了一个逼真的三维交互环境，学生可以对三维几何模型进行旋转、缩放等控制，从各个角度对场景进行观察和探究，让学生真正看到立体的模型。这比普通的二维图形更具有真实性和说明性，更能够吸引学生的注意，提高学生的兴趣。
2 丰富的感性资源
涵盖了小学数学立体几何教学所需要的绝大部分感性素材，知识关联性较强，不仅包含了教材中要求的各种简单几何体，也包含了很多生活模型，把它们与基本几何体相对应，能够有效帮助学生建立空間观念。
3 友好的交互方式
该平台的操作非常简单，用户通过鼠标、键盘即可与场景中的三维对象进行交互，比如移动、旋转、拼接、组装等等，还提供了很多直观形象的操作按钮，直接点击就可以实现对三维模型缩放、平移、切换视角等控制。提高了学生动手学习的兴趣，也促进了教师和学生、计算机和学论文导读：
生之間的双向互动，简单的操作界面也提高了教师的备课效率。充分发挥了计算机在教学中“提高教学效率，优化教学效果”的作用。
四 总结
本文根据小学数学立体几何教学需求设计并开发了一套基于Flash3D技术的小学立体几何教学平台，该平台为用户提供了一个可交互的三维学习环境，包含了丰富的立体模型资源，是小学数学立体几何知识教学的有效工具，也是Flash3D技术在教育中应用的一个成功案例。
该平台的设计与实现是新技术在教育中应用的一次有益尝试。从教学实际需求出发、关注先进的计算机技术、把最新的科技成果应用到教学当中，解决教学问题、优化教学过程、改变教学方式、为信息化教学的发展研发优质的教学资源将是我们一直为之努力的目标。