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3D打印：从想象到现实 [:1700398823]
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3D打印：从想象到现实 第9章 教室里的工厂：3D打印颠覆传统教育方式
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几年前，我被邀请到我二年级的儿子的班上讲解3D打印。那时我正好在大学里教授工程学课程，所以我立马同意了。“不错的主意！”我对我当时的研究生埃文·马龙说，“这会很困难吗？”
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在演讲之前的几周时间里，我向儿子阐述了一些3D打印演讲的想法，但都被坚决地否定了。孩子们喜欢关于3D打印的演讲吗？不！一些关于打印玩具的电影怎么样？或者关于使用设计软件的课程怎么样？全都被否定了。
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随着日期的临近，我依旧没有好的想法，埃文和我感觉到意想不到的怯场。最后，灵感出现了：3D打印橡皮泥怎么样？孩子们了解橡皮泥，不是吗？
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有了可行的演讲计划后，我们设计打印一架航天飞机，机体由红色橡皮泥打印，翅膀和尾巴由蓝色橡皮泥打印。演示的日子终于到了，我们带着Fab@Home打印机走进教室。Fab@Home打印机是我们的研究实验室开发的一台小型的开源3D打印机模型，它的尺寸和微波炉差不多，具有透明的塑料壁，这样人们能够看到打印的过程。为了这个特殊的演示，埃文特意打造了一个具有特大号打印头的3D打印机，这样就能够更快地打印出航天飞机，大约3分钟，我想这还在孩子们的忍受范围内。
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像皇室成员巡游一样，Fab@Home打印机被放在二年级教室里的一个高台上，墨盒里装着红色和蓝色橡皮泥。打印机庄重地放在那里，孩子们热情地注视着它。向班里的孩子们简要介绍后，按动了“打印”按钮，Fab@Home打印机的3D打印头开始来回压缩，按照计算机设计文件中迷你航天飞机的形状，慢慢地挤出红色和蓝色橡皮泥。
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孩子们被吸引住了。
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一些孩子随着移动打印头有节奏地晃动，另外一些孩子则随着打印机的电动机改变的音调哼哼出声。几分钟后，一架微型橡皮泥航天飞机出现了。航天飞机从打印机出来后，我把它举得高高的，这样孩子们可以看得更清楚。
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沉默了一会儿后，孩子们踊跃举手提问。一个孩子问，我们能够改变翅膀的形状并且再打印一架航天飞机吗？另一个孩子问，我们是否带了更多不同颜色的橡皮泥来打印更多的航天飞机？还有一个孩子抓着一罐从教室架子上拿下来的橡皮泥问，一罐橡皮泥大概能打印多少架航天飞机？另外一个具有企业家倾向的孩子还做了计算，按现有橡皮泥原料市场价格计算，一架航天飞机的售价大约是5美元。
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英国克利夫登学校的设计和技术课程的教师戴夫·怀特曾经说过：“如果你能抓住学生的想象力，你就能抓住他们的注意力。”
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边做边学：孩子们的工程学
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想象你是四年级的教师，你想知道设计软件和3D打印能否帮助你讲解基础物理和数学。你需要传授核心概念，如动能概念和一些简单的数学比例。也许你可以通过传统的基础数学和科学课程计划讲解，但你是否愿意尝试一些不同的方式，看看会发生什么？
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我们大多数人意识不到公立学校里所教的内容是上千双无形之手的成果。一位小学教师不仅仅是设计出她认为学生们会喜欢的课程计划，至少在美国和很多西方国家，课堂教学就是校园墙外大世界一个生动逼真的缩影。
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国家建立了教育标准，专家和商业出版商共同设立了一些课程，父母、政府官员和学校董事会最终决定什么样的教育比较好。如果你是教师，你将从哪里开始？
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一种可能是采用Fab@school（学校工厂）试点项目。Fab@school可以帮助教师创造集设计和3D打印于一体的课程，以传授核心数学和科学概念的课程。该方案项目的目的是创造儿童工程师，激发年轻人对科学、数学尤其是工程和设计的兴趣。该试点项目由国家自然科学基金、摩托罗拉公司和麦克阿瑟基金会资助，弗吉尼亚大学儿童工程集团的教授格伦·布尔则是该项目的领导者。
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该项目的课程计划由教授、教师、图书管理员和研究生组成的工作组制定和测试。迄今为止，大约有350名四五年级学生和10名教师体验了该课程。
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图9–1 两名小学生与一台Fab@Home打印机一起工作
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注：该打印机的功能得到了改进，能够用橡皮泥、切削泡沫塑料以及其他数字生产制剂打印。
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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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