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泥塑模型邮寄到时已经碎了，精心地重新组合之后，我们成功地扫描并把它载入设计文件，该文件在网上供免费下载。今天任何接触3D打印机的人都能够重新制造一个迪皮尤教授独一无二的泥塑模型的复制品。我不知道是否每个人都曾经使用过这个模型，也不知道是否视力有障碍的学生都能从这个模型受益，但存在这样的机会。
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图9–7 热力学PVT泥塑模型，原始模型（左）和3D打印的复制品（右）
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我记得，在我父亲曾经工作的物理学院的过道塞满了老旧的、满是灰尘的晶体、钟摆、弹簧和扳手的教学模型，这些模型非常漂亮，显然是由热爱教学的人制作的。但仅靠爱好和天资还不能够获得他人使用的模型：一旦模型创造者退休了，模型也退休了。3D打印却能够使这些模型经久不衰。3D打印机能够轻松地分享和传播物理模型，增加创作它们的动机。
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3D打印打开了创作可操作教学模型的可能性。按照用户要求设计的3D打印的可操作教学模型，使教师具有制作独一无二教学工具的能力，而这些在标准课程大纲里没有。教师能够分享和加强其他3D打印的可操作性，并在他们自己的课程计划上采用。
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在小学里，操作教学能够给小学生解释简单概念。学生能够创造一个稀有昆虫的三维模型，或者考古遗迹的复制品。在更高年级的课堂上，操作教学能够帮助学生理解复杂的概念，比如分子模型或机械设备的零件。
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3D打印：从想象到现实 [:1700398831]
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课堂教育如何应用3D打印
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今天，3D打印机已经在高中用来制作固体物件。如果高中已有3D设计软件和数控铣床，安装一台低成本的、消费性等级的3D打印机并不困难。在某种意义上，当3D打印机带着3D设计软件进入教室的时候，它应该是教室制作工具，能够把设计想法变为现实。
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在中小学推广3D打印的第一道障碍是如何训练教师、如何制定好的课程、如何拟合3D设计并把它变为标准化的测试过程。教师应该有积极性，可以接受把设计软件和3D打印与核心的数学和科学课程想结合。学校董事会和父母需要理解他们自己在教学过程中的角色。在一定程度上，我们应该设计整合他们各自擅长的课程。
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教师给教学带来蓬勃生机，并决定学生在整个学年采用何种教学活动。然而，许多小学教师并不能熟练地讲解数学和科学，他们仅仅把自己定位于阅读教师。
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为了让教师熟悉3D打印课程，我们需要确保，打印课程不是让教师讲解设计和3D打印过程基础的机械知识。大家都有各自的利益，并非人人都对新工艺感兴趣。许多教师和学生只有看到在自己的创意舞台应用设计和3D打印技术或者在日常生活中解决问题时，他们才会因3D打印而兴奋不已。
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如果公立学校准备投资3D打印机和相关课程，为了评价投资，课程方案需要配合国家和州的教育标准，以便教师能够投入这些教学活动中。20世纪80年代，美国大多数的州都批准了通过实施遍及全州的课程向导和框架来改善K–12教育质量的政策。大约一半的州都要求学生通过一些形式的考试才能够高中毕业。
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私立学校由于不需要依附政府的标准而享有更高的自由度。然而在公立学校系统，教师和学校的生与死是由学生一年一度的标准化考试决定的。标准化考试是一把双刃剑。一方面能够把表现不佳的学校挑出来，或许通过给它们提供附加的基金资助或其他援助改善学校的教学质量。
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另一方面，出乎意料的是，标准化计划想要改善公众的K–12教育质量，同样可能成为推广3D打印和设计课程的障碍。由于《有教无类法案》的出台，学校强调的是考试成绩，在已经很紧凑的课程里引入新的内容，对学校来说存在风险。
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此外，在大多数K–12学校，核心教育对工程和设计没有要求，因此没有关于工程和设计的标准化考试。为了引入设计和打印技术，教师必须找到一条出路，以应用它们支持州的标准。挑战在于如何把模糊和概念化的标准转化为轻快的、有趣的相关课程计划。
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一些州设置了遍及全州的课程，并且批准了全州通用的教材。然而课程教材的制定和使用往往是当地学区或学校的责任。但州标准也有好的一面，标准倾向比较含糊，给教师留出了空间讲授他们认为最好的内容。
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以前几乎没有正式的关于将3D打印和其他桌面制作系统融入教室教学最好方法的研究。测试新课程不是一个简单的流程。美国教育部要求公立学校的教师参加“证据驱动课程设计”。
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图9–8
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注：MakerBot资助K–12学校的教师建立了创新课程计划。在纽约布鲁克林的二年级教室里，学生通过设计房子，并把房子放在被冲走的沙滩“河岸”来学习腐蚀。
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图片来源：Ryan Cain
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受美国食品和药物管理局（FDA）评价新药品效果的启发，新的教学方法或者课程必须得到相关数据的支持，这些数据来源于随机课堂实验。教师和研究者不能仅凭他们的感觉使用一些新的教学方法。实验首先需要比较学生在新的教学方法中的表现和在目前标准方法（基线）中的表现。新的教学方法要想合格，必须在统计上证明其显著改善了学生的短期和长期表现。
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“证据驱动课程设计”的挑战是，它很难在教室里进行公正的随机实验。这需要时间，而且参加的每个人，包括教师、学生和他们的父母，往往都知道学生在哪个组。如果参加者对特殊方法抱有偏见，他们的行为可能受到影响，并且他们会不愿意接受他们不赞成的教学方法。可能有些学校已经开展实验测试设计和3D打印对学生学习的影响，但这仍是一个漫长的过程。
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