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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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图9–3 英国两个高中生与RapMan 3D打印机一起工作。
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图片来源：Dave White, United Kingdom
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戴夫受欢迎的设计课程内容是要求学生设计和3D打印人们能够使用的一些物件。戴夫解释说：“我发现让学生们把他们的数字设计变成现实的东西，他们就会从中学到更多的东西。在计算机上看起来很好的物体，打印出来经常不尽如人意，比预想的要么偏大，要么更笨重。”
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戴夫讲述了一个学生的经历，这个学生设计了一个iPod支架，能够固定在自行车车把上。“在设计文件上他的iPod支架看起来很好。但当他打印出来时发现，这个支架并不适合自行车车把，因为它太大了，并且不太符合空气动力学。”这个学生重新用软件绘图，调整他的作品，使它的外观呈流线型，同时也更方便用户的使用。
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戴夫说：“有些学生经常会有一些疯狂古怪的想法，并花费许多时间动手去做，最后发现他们的设计在现实世界无法工作时，已经太晚了。相反，他们应该反复设计，边测试边改进。他总结说，学生们应该设计、打印、尝试、再尝试。”
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戴夫与学校其他课程的教师合作。他解释说，其他教师正在尝试应用3D模型软件和3D打印机教授学生设计和打印DNA结构、细胞模型或者具有重大历史意义的物体的复制品。目前地理课程的项目就是一个很好的例子。
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针对于地理课，戴夫帮助学生设计圣海伦火山1980年喷发之前的地形。学生们首先打印一座喷发前的火山，然后再打印火山喷发后的地形模型，中心带有一个敞开的火山口。他说：“在人文艺术课程中，学生能够设计和打印艺术雕刻的样式或者历史建筑物。”
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图9–4 圣海伦火山3D打印模型
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图片来源：Dave White, United Kingdom