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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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3D打印：从想象到现实 [:1700398832]
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3D打印未来的课堂
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3D打印能否改变课堂？是的。课堂课程将发生突然的、剧烈的变革吗？不。像任何新技术一样，3D打印将逐渐进入课堂，逐渐被一些学校和学科领域所接受，同样也将被一些学校忽视。
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中小学面临的困难更多。大多数中小学没有开设设计和工程课程。为了使设计和3D打印成为公共课堂的主流，教师某种程度上必须依附一些技术支持学生获取传统的核心知识，结果，介绍3D打印将变成测试教师创新程度的一个工具。
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这里我们应该注意到，一些富有想象力和具有创新性的3D打印应用已经开始在大专院校的课程里推广。对大学教授来说，很容易在他们的课堂上试验3D打印。但K–12课堂的课程计划则不太容易改变，并且公立学校的教师也不太容易得到基金资助来支持3D打印技术的使用。
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如果设计工具和3D打印按照计算机教育的已有模式发展，那将是令人遗憾的。富裕的K–12学校和大学装备了快速的网络，也配备了掌握最新科技的教师。相比之下，资源匮乏的学区则很艰难，学生只能按照预定的时间在仅有的计算机教室（计算机教室经常被锁上）里使用落伍的计算机。K–12学校的毕业生数量比其他任何教育途径都多。我们相信3D打印能够传授学生所有的学习能力，并使他们具备一定的社会经济背景。
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回顾计算机影响教育的方式，这种方式很容易与其他方式进行对比。计算机最初的应用仅仅是为了提高那些被认为与“计算机相关”的课堂，例如编程课，或者可能是数学课。但这种情况已经发生了变化，今天每个教室都在使用计算机，每个课堂（从历史课到艺术课）也在使用计算机。最重要的是，计算机已经打开了教授和学习科学的全新方法的大门，并且这种改变结束的可能性遥遥无期。
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3D打印机有可能延续同样的道路。最初，3D打印机会被相关的课堂所采用，例如技术学院的课堂。很快，3D打印机会被另外的课堂所采用，从数学课到生物课，最终到艺术课、历史课和文学课。和计算机一样，3D打印机将打开教授和学习科学的全新方法的大门，我们今天还无法想象这种教授和学习的方法。