皮亚杰的认知发展理论将儿童的认知发展分成了以下4个阶段：第一个阶段为感知运算阶段，处于这个阶段人群为0-2岁，处于这个年龄段的人群，很大程度上只能对外界刺激简单的做出反馈，依靠一些动作去适应环境；第二个阶段为钱运算阶段，处于这一阶段的人群的思维是不可逆的，不能理顺整体和部分之间的关系；第三个阶段为具体运算阶段，这一阶段的人群的大多数年龄为7-12岁，该阶段的人群的思维具有可逆性，并且形象思维占据了主导地位，但是抽象思维具有一定的发展，并且正处于高速发展之中；第四阶段形式运算阶段，这一阶段的人群的年龄段为12岁以后，处于这一年龄阶段的人群的思维基本已经发育完善，能用简单的符号代表某一事物。

在本研究中，主要研究的对象为小学四年级的学生，这一阶段的学生正处于具体运算阶段，学生主要的思维方式为形象思维，少部分为抽象思维，若要进行抽象的思维运算，那么就要借助具体的事物辅助抽象的思维运算。在观察小学四年级的学生一段时间之后，发现学生的思维非常敏捷、活跃，并且具有一定的信息素养，能够对简单的具有逻辑性的事物进行分析，当教师在提出一项比较复杂的问题时，学生在分析时，存在困难，需要教师对学生进行一步步的引导。

在现阶段，对于抽象的几何知识的教学大部分依靠教师进行口头进行描述，学生对于口头描述的抽象的知识大部分存在理解的困难，少数的教师则自制一些简单的教具辅助学生进行理解几何知识，这种方法也是可行的，但是教师往往在制作教具的时候往往会花费大量的实间，并且学生很少能有参与感。而当今，信息技术辅助教学也正在被广泛使用，若将3D建模与3D打印技术有效的应用于传统的数学课堂中，能有效的增加学生在课堂中的参与度，更好的帮助教师与学生进行互动，在不给教师添加教学负担的情况下，帮助教师更容易的选择合适的教具进行教学，同时也帮助学生在具体的操作的过程中更好的理解抽象的几何知识，因此，选择合适的3D建模与3D打印教具显得十分重要。