3D打印、項目化教學與可觸化學習

臧志軍

（作者系江蘇理工學院職教研究院副研究員）

工業化條件下，人們要想獲得理想的物體形狀一般會通過注模、切削等方式。大約三十年前，出現了一種全新的技術——增材制造，它通過一層層地累加材料最終達到物體的成形，這種技術最近有了一個很時髦的名稱——3D打印。正是這個名稱，讓這種技術被大眾所知曉，也正是這個名稱，使這種技術走出了工業化生產的局限，與人們的日常生活越來越緊密相聯。現在，人們已經可以用這種技術制作以自己的形象為原型的公偶，制作自己房子的立體模型，重現一家人在一起時的溫馨場景。如果3D打印能夠融入我們的生活，那么它能融入教育嗎？

利普森和庫曼合作了一本書《3D打印:從想象到現實》，書中介紹了3D打印技術在美國校園里使用的情況。弗吉尼亞大學兒童工程集團的教授格倫·布爾領導了一支團隊開發了一系列名為“邊做邊學”的課程計劃，引導350名學生和10名教師體驗了這些課程。在生物課上，他們設計并打印了DNA結構和細胞模型，讓那些平面的圖片立體起來。在地理課上，學生們根據老師的描述和教材里的圖片首先打印了一座噴發前的火山，然后再打印了這個火山噴發后的地形模型。這本書還重點介紹了一個課程案例。課程假設有一個叫威廉姆斯的非洲小男孩，他所在的村莊沒有電，于是他利用剩余的拖拉機部件、廢金屬和一本關于能源的書，制作自己的風力發電機。學生們被要求跟隨威廉姆斯的故事設計他們自己的塑料發電機。教材提供了大約20頁彩圖和清晰的圖解，以此為藍本，學生兩人一組通過3D打印機制作了所需的各種零件，并自行組裝、測試他們的機械裝置。在設計和制作風車的過程中，學生們逐步了解了動能、電流和傳動比等抽象的概念。課程結束時，用放在教室前排的風扇作風源，這個風力發電機可以點亮一個電路板。

想想看，剛上課時學生面前只有一臺微波爐似的機器和一堆粉末，到課程結束時他們已經可以把玩一個模型或運行一套機械，是多么讓人興奮的一件事！如果僅以能否激發學生的興趣為標準，基于3D打印技術的課堂應該是成功課堂。

3D打印所帶來的遠不止興趣，它帶來的還是教學任務的項目化。上述的那些案例都遵循了“問題提出——設計——打印——知識形成”的過程。首先，學生實際看過或設想一個3D實體，他們明白這就是他們要在課堂上完成的作品，于是他們從一開始就接觸到一個需要執行、可視化的任務；然后在個人或小組的努力下這個任務被分解、執行，任務分解的過程其實也是一個學習相關知識的過程；接下來是最簡單的工作——打印，部件打印完成后，學生將進行裝配或進一步使用這些部件開展后續任務；整個任務完成后，老師可以進行相關知識的進一步講解，進一步的學習將使相關知識系統化。可以看出，引入3D打印技術后教學流程已完全不同于傳統的課堂教學了，整個課程變成一個項目，學生必須在每一個環節都開動腦筋、查找資料、相互討論，一個幾乎完全被動的學習環境被主動學習所取代。

在引入3D打印技術之前，職業教育的課堂中也存在大量的項目化課程，但由于使用的零部件都是固定的，這些課程也如傳統課程一樣非常容易模式化，教師非常難于更新教學項目，因為項目的變更就意味著教學用零部件的更新，這可是一筆不小的支出。有了3D打印技術之后，教學用零部件隨時可以更新，教學內容的更新也就更加容易，課堂的教學方式將更加靈活。

有人可能會說，3D打印技術比較適用于機械等領域，而且還只能是模型，應用范圍有限。其實，多數技術在剛進入課堂時人們是難以發現其潛力的，只要老師們創造性地使用，大多數技術都可能起到改變課堂形態的作用。就上文那個風力發電而言，其實是采用了機電一體的方式進行項目設計，3D打印作為教學過程的一部分與其他手段的結合使課堂鮮活起來。至于教學中是否一定要使用真實設備，仁者見仁，智者見智，有時模擬設備更能體現教學者的意圖。3D打印技術最突出的優點不在于它能制作現實中某一物體的模擬物，而在于它能制作出現實中難以看到的物體。它可以打印一件從沒有人生產過的家具，讓學習木匠手藝的學生更好地理解家具的結構；它可以打印出各種經濟學模型，讓上經濟學課的學生更容易理解這些模型的構成；它還可以打印一所學校無法全部擁有的各種車輛和貨柜，讓學物流的學生了解不同貨物的裝卸規律。可見，無論在工科、商科或其他類型的職業教育中，3D打印技術都應有用武之地，其突出特點不僅在于靈活，更在于把抽象的概念具體化，變為可以觸摸的實物。最早的課堂里，學生只能坐著聽，多媒體技術出現后，許多教學內容變成可視的，3D打印技術引入后，教學內容將變成可觸的，心理學早有研究，被人的身體接觸過的東西留在記憶里的時間要長得多。

當然，3D打印技術進入課堂還存在許許多多的困難，如資金、學生分組、教師配備、課程配套等，但如果有學校愿意嘗試，可以先在某一專業群進行試點，教一些這個專業群共性的操作流程或生產技術，也許會有令人意外的效果。