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3D 打印在STEM教育中的价值

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2021-09-18 18:53:53

十年前,机器人技术离课堂还非常远,如今情况大不相同,因为机器人技术和编码等技术已成为更加标准化的知识,并且和3D打印一起,成为了STEAM课程核心内容。

STEM到STEAM

在过去二十年的大部分时间里,“STEM 教育”这个词一直是一个流行词。这种教育涉及更倾向于科学和数学的主题。虽然这些领域的培训无疑对人类进步至关重要,但其狭隘的关注点也备受批评。

教育机构现在通过采用 STEAM 教育模式采取更全面的方法。通过将艺术融入其中,这种模式更具包容性,更恰当地认识到艺术对现代社会的贡献。

3D 打印的伟大之处在于它是 STEAM 教育的绝佳途径。3D 打印机既是用于创建视觉艺术的工具,也是可编程机器。3D 打印的这种多功能性已经让位于许多教育机会,通常以新颖且令人惊讶的方式出现。

解决学习的四个C

3D 打印是基于项目的学习 (PBL) 模型的绝佳教学工具。这是一种教学方法,侧重于为学生分配复杂的项目,而不仅仅是给他们上课。PBL 方法建立在四个 C 基础上——创造力、沟通、协作和批判性思维。

3D 打印是学生边做边学的东西。教学生如何使用 3D 打印机让他们提出想法、创建模型并进行 3D 打印的最佳方式。对于学生来说,这是一个鼓励合作并依靠彼此个人优势的过程。

反复试验是 3D 打印过程的自然组成部分——即使是该领域的专业人士也会证明这一点。反复试验的好处在于它也是一种很好的学习方式。可以说,没有比犯错误并尝试纠正它更快的学习方法了。

为理论概念赋予物理形式

通过 3D 打印,世界各地的教育工作者发现他们可以更好地传达更复杂和抽象的想法。费城弗兰克麦考特高中的数学教授爱德华汉森博士证明了这一点。

Hanson 博士使用 3D 打印模型来说明由三角方程生成的 3D 图形的外观。对于许多学生来说,3D 想象可能天生具有挑战性。通过使用 3D 打印模型,他们可以更好地理解,因为他们可以参考实际的有形物体。

3D 打印优势的另一个例子发生在 Cedar Park STEM 小学。五年级理科学生的任务是了解不同的地形是如何形成的。地质学教学的难点在于它涉及到难以理解的规模的过程。

经过一番研究,学生们使用数字雕刻工具创建了指定地形的模型。然后将这些模型进行 3D 打印。这些为学生提供了更好地理解这些概念的方法。正如 MakerSpace 协调员 yan Erickson 所说,“这个概念对他们来说变得真实,因为他们实际上已经创造了它。”

有目的地创造

很多时候,学生很难理解概念,因为他们看不到这些概念在现实世界中的价值。3D 打印是将想法变为现实的最快方式之一。

当学生知道他们正在创建有目的的项目时,他们会更容易参与。这个目的不需要很宏大。在洛杉矶的 STEM3 学院,学生的任务是设计和 3D 打印简单但有用的物品,如工具箱、手机壳和名片夹。在这些基础项目中学到的经验教训可以成为更高层次设计的基础,例如定制假肢。

除了平凡的物体,学生们还学习了 3D 打印的可能性。当他们发现 3D 打印结构如何用于防灾、基础设施建设,甚至太空探索时,他们就会更有动力。这再次强化了这样一种想法,即他们所做的事情是有目的的。

现代 STEAM 教育者非常强调目的的重要性。正如史蒂夫雷文顿老师所说,“没有目的的内容只是琐事。” 被目标赋予权力的学生是自我激励的,并且经常在没有受到刺激的情况下提出新的项目想法。最终,学生可以创建可以使学校或社区受益的 3D 打印项目。

有趣的技术

许多行业专家经常将 3D 打印描述为一种“颠覆性”技术。3D 打印可能会改变我们看待制造的方式,使小批量生产高度定制的产品成为可能。这一愿景尚未实现。尽管有很多好处,但 3D 打印的广泛采用进展缓慢。

今天的教育工作者仍然可以将 3D 打印作为一项新技术引入其中。许多年轻人听说过 3D 打印,但实际上并没有机会自己使用 3D 打印机。当学生有机会使用 3D 打印机时,这可以立即激发他们的好奇心。

3D 打印机作为学习工具也受益于它们需要动手实践的事实。这迫使学生用手工作,这在当今已经是非常罕见的事情。它还涉及提出新的设计、编码、电子设备和解决问题。

对于学生来说,这可能是一件相当困难的事情。然而,事实证明,3D 打印技术的新颖性和从头开始真正创造事物的想法对年轻学生来说是一个可靠的钩子。

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