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3D打印在教育市场的应用典型案例

  教育应用案例一:“明尼苏达星站”项目

  明尼苏达星站(STARBASE Minnesota)是一个由美国国防部资助的、旨在培养学生的科学、数学和技术兴趣的非营利教育项目。该项目始于1993年,主要教授航天主题的短期课程。提供了丰富的技术环境,鼓励学生自信地发展自己的技能和能力。

  项目的主要活动是让学生以工程师的身份参与,为探索火星的模拟任务设计和建造模型火箭。该项目自启动以来,不断在学习活动中引进新的技术和设备,以构造丰富逼真的探究学习环境。为了让学生能够更真实地体验工程师的工作,该项目引入了3D打印机。在掌握关于火箭的基础知识以后,学生会花一个星期左右的时间学习如何在计算机上设计火箭模型,然后通过3D打印制作出火箭模型的组件,以测试不同的火箭设计。模型火箭完成后,学生还要试飞并收集相关数据,将火箭的飞行路线在谷歌地图中标注出来。此后,他们会尝试分析结果,并与负责项目指导的工程师讨论设计方案对飞行路径的影响。

  3D打印在构建学习火箭设计知识的探究情境方面发挥了很大的作用,具体表现在以下两个方面:

  (1)提供了模型快速生成能力。原来的活动设计方案中,由于成本和技术问题,学生仅在电脑上完成设计方案,不制作模型。配备3D打印机以后,学生的设计能够得以实现,并增加了测试和试飞环节,这是原来的课程无法做到的。

  (2)营造真实的问题情境。激发学生兴趣。通过火箭模型的飞行测试,学生们会将自己的设计与测试结果建立联系。这将会影响学生们以后的学习和他们对工程设计的兴趣。在未来的教育中。这类情境对认知的影响会越来越明显。

  3D打印机在本项目中的应用得到了师生们的一致好评,辅导教师克里斯蒂娜·约翰逊认为,“利用3D打印机,学生们可以真正地测试他们所设计的火箭,即使是枯燥的数学知识的学习,也成为了一个让他们兴奋的过程。明尼苏达星站项目每周最多可以培养115名学生,学生们试飞火箭时的表情无一不让我感到兴奋和骄傲。不论是对于我们还是对于学生们来说,这都是一个真正意义上的成就。3D打印机对于这项计划的成功发挥了重要的作用。”

  教育应用案例二:人物动作模型制作

  美国北卡罗莱纳州立大学是一所充满创新和协作氛围的公立大学。在该校的工业设计系。教师关注通过设计与技术解决从交通到医疗各个领域的设计问题,他们教导学生在现实生活中利用可视化软件和快速成形技术。创造性、切实地解决各种设计问题。助理教授Spellcer Barnes在面向本科和研究生的“数字产品建模高级课程”中,提出了一个具有挑战性的任务,要求学生利用3D建模软件和3D打印机设计人物动作。其目的是向学生展示如何综合利用各项技术的组合完成具有挑战性的设计任务。包括创造性地使用3D打印机高效地完成任务。首先,学生需要从电影、卡通或漫画中选取一个人物角色,或者创建一个原创角色。在建立模型之前,需要对角色作概念设计并绘制参考草图。

  由于有大量的细节需要建模,这个模型可能会很大。将模型转化成可打印的格式后发送到3D打印机,再打印成模型实物。最后,学生交流、展示自己打印的人物动作模型,进行学生互评和教师评价。3D打印在人物模型的制作过程中发挥了很大的作用,具体表现在以下两个方面:

  (1)作为有效的教学和评估辅助手段。3D打印机在本项目中的使用节约了模型制作时间,不具备模型制作技能的学生也能制作出精美的模型。而且,3D打印促进了评估活动的进行。Barnes教授认为,“利用3D打印机创建的模型,我可以很好地了解学生在建模进展中的问题,如学生的设计草案和表达理念是否清晰,或学生所设计人物模型的姿态和平衡性等。”

  (2)促进学习者的创新活动。3D打印技术作为一种连接虚拟与真实世界的技术,不仅丰富了学习者的学习环境。而且促进了学习者的创新活动。综合利用3D打印机及其制造技术有助于营造优质的、多样化的创作环境,提供多种创新要素。另外,3D打印机可以实现将学习者的设计想法有效地可视化,更早地发现错误和不足,引导学习者走向创新驱动的设计过程。

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