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3D打印：从想象到现实 [:1700398826]
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学习应该是令人愉快的
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在美国，每隔几十年，为了应对可能的国家安全威胁，教育专家都会通告公共教育危机，STEM（科学、技术、工程和数学）教育都不止一次地成为争论的焦点。20世纪50年代大家关注的是，与美国相比，俄罗斯公立高中的毕业生继续进入大学学习工程学的人数是美国的2倍，毕业后成为工程师的人数是美国的30倍。
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现在，不再是冷战时代的苏维埃“红色威胁”，迫在眉睫的经济威胁来自低工资制造业国家。随着现代社会的发展，美国公立学校系统不再培养足够的将来成为科学家或工程师的学生。由联邦政府机构、教育家、经济学家编写的大量报告声称，除非公立学校改进传授科学和数学的方法，否则我们的国家将在经济的战场上战败。
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我讲这些的原因是，3D打印的教育价值经常被政策制定者、教育家和纳税人作为改进STEM教育的一种方法。议案通常是这样的：如果公立学校的STEM课程更吸引人，将会有更多的学生决定在大学甚至研究生阶段学习工程。3D打印机将帮助吸引学生学习STEM课程。公立学校的3D打印将使更多训练有素的工程师和精通科技的人成为劳动力，结果将形成企业家精神和工艺革新的浪潮，而更多的创新将创造新的就业岗位和高技术企业。
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或许这是一个事实，3D打印机将激发新一代学生投身科学、数学和技术的热情，我希望是这样。但关注于STEM课程的问题在于，考虑到对3D打印和设计教学工具的投资，这些令人兴奋的教学技术将面临限定教学范围的风险。
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相反，设计和制造工具（例如3D打印机）能够点燃学习所有学科的热情，包括没有资金支持的人文艺术学科。几十年前，计算机仅被认为与STEM学科有关，而如今它已经改变了艺术、写作和历史等科学与数学之外的领域。
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对设计和3D打印进行广泛思考带来的另外一个好处是，它们作为教学工具能够帮助在主流教育中表现不好的学生。“理论第一”的教育方法不是每个人都擅长的，一些学生在没有看到或者触摸到学习实物的情况下，很难掌握抽象概念。
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图9–5 博物馆展出的19世纪机械和下载后3D打印的复制品
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图片来源：kmoddl.library.cornell.edu
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视障学生可以从触摸物理模型中学习抽象概念。另外，对于所有的学生，无论吸收新知识的程度如何，在物理媒介里重新制定的学习课程可以巩固他们所学的知识。最重要的是，许多学生喜欢动手学习。
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我们大多数人低估了这样一个事实，对于很多学生来说，学校里的一天是漫长而可怕的。用格伦·布尔的话说：“学习应该是令人愉快的。”听起来也许很通俗，但如果你是七年级的学生，什么类型的课程计划能够使你期待每一天的课程呢？
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让我们看看纯粹教学范围内的3D打印吧。让学生接触设计工具有益于他们的学习吗？也许有些教师已经注意到，有些学生在传统教学方法中做得不好，但接触到他们自己的设计工具和产品时也许会做得很好。
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3D打印：从想象到现实 [:1700398827]
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考试分数与动手能力
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当我与戴夫·怀特交谈时，他提供了一些观点，这些观点和我从其他工程和设计课程的教师那里听到的类似。近年来，戴夫了解到有些学生非常精通他们的课堂作业，这些学生被称作“课本通”，但这些学生并不都是他眼中的好学生。他说：“当我了解到学生对教科书没有兴趣时，我并不感到吃惊，但一旦他们接触到一个项目的设计部分，他们恢复了兴趣，布置的书面作业也能很好地完成。”
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格伦·布尔也证明了在精通理论和实践之间存在着差距。他说：“我了解到在仿真环境下，有些学生的电路设计可以做得很好。但当面对真实的电路时，这些学生经常失败。纯粹的理论学习改变着我们的大脑，使我们的学习僵化。关于物理维度，以及伴随着理论维度的经验学习，还有很多地方值得挖掘。”
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先前的研究支持了格伦·布尔的第一手经验。在1995年，一位研究者对比了学生制作真实电路的能力和他们该科目的考试分数。学生通过动手作业，如制作并测试一个电路，证明他们的实践知识，同时对学生提出一个关于电路的问答测试。研究结果表明，考试考得好的学生，当面对真实电路的时候并不一定精通。换句话说，笔试分数并不是一个可靠的测试学生动手能力的手段。
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该研究提出一个问题：哪种方式更有效，即通过讲解理论传授学生新的信息然后应用，还是通过动手体会第一手经验后进入理论学习？对于通过把设计软件和3D打印机编入课程，尝试指出如何提取教育价值的人们来说，这是一个非常重要的问题。
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结果很明显，学生是不同的个体，不同的学生喜欢不同的事情，甚至每个学生学习爱好的转移也依赖于科目和新知识的复杂性。
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3D打印：从想象到现实 [:1700398828]
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忘记学习方式
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我们希望人们尝试设立3D打印和设计软件课程时不会把这些技术局限在具体的学习方式。学习方式的概念对于教师、父母、出售教育课程的公司和学生具有巨大的号召力，问题是学习方式的存在没有科学性。事实上，一些研究表明，在讲课方式学生不习惯的课堂上，他们精力特别集中，并且非常努力，做得很好。
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我们每个人都对最佳学习方式有自己的观点，该观点已经在某种程度上渗入关于课堂的教育主流思想里，现在这种观点已牢固地存在于教学战略上。这在某种程度上类似于星座运势，几十年来，教师、父母甚至学生都已经接受了这个想法，即大家都有他们自己的独特的学习方式。作为回应，在过去几十年中，教育和教学理论家已经确定并制定了至少70种经过证明的学习方式。
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然而，为学习方式量身定制课程的危险并不缺少经验证据的支持，它的危险是这样的课程框架是有限的且注意力分散的。教师们尝试让新的、挑战经验学习方式的设计课程适应空想的学习方式，这耗费了教师的时间，也稀释了教学资源。
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