3D打印、项目化教学与可触化学习

臧志军

（作者系江苏理工学院职教研究院副研究员）

工业化条件下，人们要想获得理想的物体形状一般会通过注模、切削等方式。大约三十年前，出现了一种全新的技术——增材制造，它通过一层层地累加材料最终达到物体的成形，这种技术最近有了一个很时髦的名称——3D打印。正是这个名称，让这种技术被大众所知晓，也正是这个名称，使这种技术走出了工业化生产的局限，与人们的日常生活越来越紧密相联。现在，人们已经可以用这种技术制作以自己的形象为原型的公偶，制作自己房子的立体模型，重现一家人在一起时的温馨场景。如果3D打印能够融入我们的生活，那么它能融入教育吗？

利普森和库曼合作了一本书《3D打印:从想象到现实》，书中介绍了3D打印技术在美国校园里使用的情况。弗吉尼亚大学儿童工程集团的教授格伦·布尔领导了一支团队开发了一系列名为“边做边学”的课程计划，引导350名学生和10名教师体验了这些课程。在生物课上，他们设计并打印了DNA结构和细胞模型，让那些平面的图片立体起来。在地理课上，学生们根据老师的描述和教材里的图片首先打印了一座喷发前的火山，然后再打印了这个火山喷发后的地形模型。这本书还重点介绍了一个课程案例。课程假设有一个叫威廉姆斯的非洲小男孩，他所在的村庄没有电，于是他利用剩余的拖拉机部件、废金属和一本关于能源的书，制作自己的风力发电机。学生们被要求跟随威廉姆斯的故事设计他们自己的塑料发电机。教材提供了大约20页彩图和清晰的图解，以此为蓝本，学生两人一组通过3D打印机制作了所需的各种零件，并自行组装、测试他们的机械装置。在设计和制作风车的过程中，学生们逐步了解了动能、电流和传动比等抽象的概念。课程结束时，用放在教室前排的风扇作风源，这个风力发电机可以点亮一个电路板。

想想看，刚上课时学生面前只有一台微波炉似的机器和一堆粉末，到课程结束时他们已经可以把玩一个模型或运行一套机械，是多么让人兴奋的一件事！如果仅以能否激发学生的兴趣为标准，基于3D打印技术的课堂应该是成功课堂。

3D打印所带来的远不止兴趣，它带来的还是教学任务的项目化。上述的那些案例都遵循了“问题提出——设计——打印——知识形成”的过程。首先，学生实际看过或设想一个3D实体，他们明白这就是他们要在课堂上完成的作品，于是他们从一开始就接触到一个需要执行、可视化的任务；然后在个人或小组的努力下这个任务被分解、执行，任务分解的过程其实也是一个学习相关知识的过程；接下来是最简单的工作——打印，部件打印完成后，学生将进行装配或进一步使用这些部件开展后续任务；整个任务完成后，老师可以进行相关知识的进一步讲解，进一步的学习将使相关知识系统化。可以看出，引入3D打印技术后教学流程已完全不同于传统的课堂教学了，整个课程变成一个项目，学生必须在每一个环节都开动脑筋、查找资料、相互讨论，一个几乎完全被动的学习环境被主动学习所取代。

在引入3D打印技术之前，职业教育的课堂中也存在大量的项目化课程，但由于使用的零部件都是固定的，这些课程也如传统课程一样非常容易模式化，教师非常难于更新教学项目，因为项目的变更就意味着教学用零部件的更新，这可是一笔不小的支出。有了3D打印技术之后，教学用零部件随时可以更新，教学内容的更新也就更加容易，课堂的教学方式将更加灵活。

有人可能会说，3D打印技术比较适用于机械等领域，而且还只能是模型，应用范围有限。其实，多数技术在刚进入课堂时人们是难以发现其潜力的，只要老师们创造性地使用，大多数技术都可能起到改变课堂形态的作用。就上文那个风力发电而言，其实是采用了机电一体的方式进行项目设计，3D打印作为教学过程的一部分与其他手段的结合使课堂鲜活起来。至于教学中是否一定要使用真实设备，仁者见仁，智者见智，有时模拟设备更能体现教学者的意图。3D打印技术最突出的优点不在于它能制作现实中某一物体的模拟物，而在于它能制作出现实中难以看到的物体。它可以打印一件从没有人生产过的家具，让学习木匠手艺的学生更好地理解家具的结构；它可以打印出各种经济学模型，让上经济学课的学生更容易理解这些模型的构成；它还可以打印一所学校无法全部拥有的各种车辆和货柜，让学物流的学生了解不同货物的装卸规律。可见，无论在工科、商科或其他类型的职业教育中，3D打印技术都应有用武之地，其突出特点不仅在于灵活，更在于把抽象的概念具体化，变为可以触摸的实物。最早的课堂里，学生只能坐着听，多媒体技术出现后，许多教学内容变成可视的，3D打印技术引入后，教学内容将变成可触的，心理学早有研究，被人的身体接触过的东西留在记忆里的时间要长得多。

当然，3D打印技术进入课堂还存在许许多多的困难，如资金、学生分组、教师配备、课程配套等，但如果有学校愿意尝试，可以先在某一专业群进行试点，教一些这个专业群共性的操作流程或生产技术，也许会有令人意外的效果。