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图片来源：Glen Bull University of Virginia
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格伦和他的团队创立了一个叫作“边做边学”的课程计划，讲述了一个名叫威廉姆斯的非洲小男孩的故事。威廉姆斯的村庄没有电，他利用剩余的拖拉机部件、废金属和一本关于能源的书，制作他自己的风力发电机。学生们可以跟随威廉姆斯的故事，设计、测试和3D打印他们自己的塑料风力发电机。用放在教室前排的风扇驱动时，这个风力发电机可以点亮一个电路板。
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利用大约20页的彩图和清晰的图解，学生可以通过一系列的动手实验了解动能、电流和传动比等抽象概念。在“边学边做”课程中，学生们通过软件引导的切纸机制作风车叶片，并利用Fab@Home打印机制作风力发电机的塑料齿轮。
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学生们两人一组。课程开始了：
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在你家里有好多东西需要插座，例如冰箱、电视、灯泡，甚至一些科技产品，如iPod。给这些设备提供电力的电来自于发电厂，发电厂能够用风、水、煤甚至核燃料发电。
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故事继续：
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但你知道吗？全球70亿人口里，约有1/4（即15亿人）还生活在没电的世界里。如果这些人在夜间需要灯光，根本做不到，除非像威廉姆斯一样自己发电。
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正如每一位发明家的经历，在故事里，威廉姆斯尝试、失败、再尝试，最后威廉姆斯找到了最佳设计方案。在故事的结尾，他的“涡轮开始旋转，刚开始缓慢地转动，然后越来越快并开始输出电能，邻居们很快看到威廉姆斯的房子由四个电灯照亮，即使在最黑的夜晚也一样”。
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在我参观的教室中，我看到两个小女孩在风扇前测试她们3D打印的风力发电机。女孩们告诉教师，她们的风力发电机不工作了。拆开风力发电机后，她们发现了一个电路板存在问题，一根线连错了地方。她们尝试着纠正回来。成功了！她们的小灯泡随着涡轮叶片转速的加快开始发光。
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这些女孩利用动能发电，并积极解决当中的问题。通过让学生们看到手中的设计问题，“边做边学”课程向学生们介绍了“设计准则”的想法。该课程中引入的设计标准是“你制作的东西人们能够使用并愿意使用”。
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我注意到学生们掌握了另外一个核心工程概念：每分钟转数（RPM）。一个男孩告诉他的搭档，他们需要“计算出风车每分钟的转数”。之前，教师在每台风车上贴了一个闪亮的贴纸，并通过一个小的转速计帮助孩子们计算叶片转速。由于装上了转速计，孩子们不用依赖钟表就可以计算叶片每分钟的转速。
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图9–2 这是一个完整的风力发电机，齿轮是3D打印制作的
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图片来源：Glen Bull University of Virginia
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参观完几个开展Fab@school项目的教室后，我咨询格伦·布尔，为什么亲身体验是如此强大的教学工具。格伦解释说，看其他人解决问题不能帮助学生掌握科学、工程或者数学。“一个带有数字的涂料工具箱从来没有使任何人成为艺术家。同样，如果一个小孩仅仅坐在那里看3D打印机打印，他学到了什么？什么也没有。”
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Fab@school项目的魅力在于，设计软件和3D打印都不是课程计划的焦点，而是利用技术通过应用抽象概念解决有趣的问题，进而帮助教师和学生了解并掌握抽象概念。现在，设计软件和3D打印机正在降价，教师和学生能够直接体验设计和工程加工。将来，格伦和他的同事打算创立更多的类似于“边做边学”的课程，并把Fab@school项目推向中学。
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3D打印：从想象到现实 [:1700398825]
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从高中阶段说开去
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3D打印机帮助高中设计和工程学生更快地失败。等等，这听起来不对。然而，在产品设计、工程和其他解决问题的行业中，失败得越早，你就能越快地找到解决方法。
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试想如果一群土木工程师没有早点儿发现问题，而是在隆重的剪彩仪式后一周发现他们的吊桥设计存在致命的缺陷，那将是多大的灾难。桥梁断裂和坍塌将对人们的生命构成威胁，因而项目将被迫重建，代价高昂，士气也受打击。
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多亏了3D打印机在快速原型化工具方面的价值，它可以帮助学生更早、更安全地失败。设计过程是基于设计者反复测试设计理念，类似于作家不断修改书稿的过程。明尼苏达的一家3D打印公司Stratasys公司负责教育项目的董事杰西·罗森伯格解释说，学生们发现Stratasys公司的3D打印机很有用，他们能够尽早发现设计错误，而不是投入时间和材料做一次赌博。
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当我与杰西交谈以了解更多关于Stratasys公司3D打印机生产线的情况时，他说：“回忆我上高中工程课时，分给我们的一个典型项目是用牙签和胶水建一座桥梁。”换句话说，原型设计不是设计过程的一部分。杰西继续说：问题在于，你在项目临近结束时才能发现桥梁是否会失败。如果有3D打印机，你不必重做就能发现问题，并进行调整。
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英国克利夫登学校设计和技术课程的教师戴夫·怀特已经给初中生和高中生讲授了25年的设计和技术课程。他开玩笑说，在教室里放一台3D打印机能够帮助学生“赶走没有用的想法”。两年前，他在他的教室里装了一台可运行的3D打印机。
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我从戴夫那里了解到，学生们很少利用3D打印机打印他们所有的方案。通常情况下，教室的3D打印机用于制作更大更复杂的产品，可能是机器人的部分零件，或者赛车模型的车体。学生们使用3D打印机制作他们无法在别的地方找到的特制模仿品。
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