臧志軍

（作者系江蘇理工學(xué)院職教研究院副研究員）

工業(yè)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(xiàn)了一種全新的技術(shù)——增材制造，它通過一層層地累加材料最終達(dá)到物體的成形，這種技術(shù)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(shù)被大眾所知曉，也正是這個名稱，使這種技術(shù)走出了工業(yè)化生產(chǎn)的局限，與人們的日常生活越來越緊密相聯(lián)。現(xiàn)在，人們已經(jīng)可以用這種技術(shù)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(xiàn)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(xiàn)實》，書中介紹了3D打印技術(shù)在美國校園里使用的情況。弗吉尼亞大學(xué)兒童工程集團的教授格倫·布爾領(lǐng)導(dǎo)了一支團隊開發(fā)了一系列名為“邊做邊學(xué)”的課程計劃，引導(dǎo)350名學(xué)生和10名教師體驗了這些課程。在生物課上，他們設(shè)計并打印了DNA結(jié)構(gòu)和細(xì)胞模型，讓那些平面的圖片立體起來。在地理課上，學(xué)生們根據(jù)老師的描述和教材里的圖片首先打印了一座噴發(fā)前的火山，然后再打印了這個火山噴發(fā)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(shè)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(guān)于能源的書，制作自己的風(fēng)力發(fā)電機。學(xué)生們被要求跟隨威廉姆斯的故事設(shè)計他們自己的塑料發(fā)電機。教材提供了大約20頁彩圖和清晰的圖解，以此為藍(lán)本，學(xué)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(shè)計和制作風(fēng)車的過程中，學(xué)生們逐步了解了動能、電流和傳動比等抽象的概念。課程結(jié)束時，用放在教室前排的風(fēng)扇作風(fēng)源，這個風(fēng)力發(fā)電機可以點亮一個電路板。

想想看，剛上課時學(xué)生面前只有一臺微波爐似的機器和一堆粉末，到課程結(jié)束時他們已經(jīng)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(fā)學(xué)生的興趣為標(biāo)準(zhǔn)，基于3D打印技術(shù)的課堂應(yīng)該是成功課堂。

3D打印所帶來的遠(yuǎn)不止興趣，它帶來的還是教學(xué)任務(wù)的項目化。上述的那些案例都遵循了“問題提出——設(shè)計——打印——知識形成”的過程。首先，學(xué)生實際看過或設(shè)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(zhí)行、可視化的任務(wù)；然后在個人或小組的努力下這個任務(wù)被分解、執(zhí)行，任務(wù)分解的過程其實也是一個學(xué)習(xí)相關(guān)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(xué)生將進(jìn)行裝配或進(jìn)一步使用這些部件開展后續(xù)任務(wù)；整個任務(wù)完成后，老師可以進(jìn)行相關(guān)知識的進(jìn)一步講解，進(jìn)一步的學(xué)習(xí)將使相關(guān)知識系統(tǒng)化?？梢钥闯?，引入3D打印技術(shù)后教學(xué)流程已完全不同于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)了，整個課程變成一個項目，學(xué)生必須在每一個環(huán)節(jié)都開動腦筋、查找資料、相互討論，一個幾乎完全被動的學(xué)習(xí)環(huán)境被主動學(xué)習(xí)所取代。

在引入3D打印技術(shù)之前，職業(yè)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(tǒng)課程一樣非常容易模式化，教師非常難于更新教學(xué)項目，因為項目的變更就意味著教學(xué)用零部件的更新，這可是一筆不小的支出。有了3D打印技術(shù)之后，教學(xué)用零部件隨時可以更新，教學(xué)內(nèi)容的更新也就更加容易，課堂的教學(xué)方式將更加靈活。

有人可能會說，3D打印技術(shù)比較適用于機械等領(lǐng)域，而且還只能是模型，應(yīng)用范圍有限。其實，多數(shù)技術(shù)在剛進(jìn)入課堂時人們是難以發(fā)現(xiàn)其潛力的，只要老師們創(chuàng)造性地使用，大多數(shù)技術(shù)都可能起到改變課堂形態(tài)的作用。就上文那個風(fēng)力發(fā)電而言，其實是采用了機電一體的方式進(jìn)行項目設(shè)計，3D打印作為教學(xué)過程的一部分與其他手段的結(jié)合使課堂鮮活起來。至于教學(xué)中是否一定要使用真實設(shè)備，仁者見仁，智者見智，有時模擬設(shè)備更能體現(xiàn)教學(xué)者的意圖。3D打印技術(shù)最突出的優(yōu)點不在于它能制作現(xiàn)實中某一物體的模擬物，而在于它能制作出現(xiàn)實中難以看到的物體。它可以打印一件從沒有人生產(chǎn)過的家具，讓學(xué)習(xí)木匠手藝的學(xué)生更好地理解家具的結(jié)構(gòu)；它可以打印出各種經(jīng)濟學(xué)模型，讓上經(jīng)濟學(xué)課的學(xué)生更容易理解這些模型的構(gòu)成；它還可以打印一所學(xué)校無法全部擁有的各種車輛和貨柜，讓學(xué)物流的學(xué)生了解不同貨物的裝卸規(guī)律?？梢?，無論在工科、商科或其他類型的職業(yè)教育中，3D打印技術(shù)都應(yīng)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?yōu)榭梢杂|摸的實物。最早的課堂里，學(xué)生只能坐著聽，多媒體技術(shù)出現(xiàn)后，許多教學(xué)內(nèi)容變成可視的，3D打印技術(shù)引入后，教學(xué)內(nèi)容將變成可觸的，心理學(xué)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(dāng)然，3D打印技術(shù)進(jìn)入課堂還存在許許多多的困難，如資金、學(xué)生分組、教師配備、課程配套等，但如果有學(xué)校愿意嘗試，可以先在某一專業(yè)群進(jìn)行試點，教一些這個專業(yè)群共性的操作流程或生產(chǎn)技術(shù)，也許會有令人意外的效果。