|
|
|
意大利理论物理国际研究中心 （ICTP）的Gaya Fior 介绍了一个在数学教学中利用 3D 打印机辅助数学学习的例子[22]。 该案例利用网上的免费工具将数学中的等值曲面转化成三维模型，并打印出可用于课堂教学的实物或者很酷的装饰品。
将 数 学 公 式 制 作 成 三 维 模 型 主 要 有 下 面 几 个 步 骤 ：首先，需要一个能够在三维空间中对数学曲面建模的可视化软件，该案例中使用了免费的 K3DSurf 软件，这是一个支持参数方程和等值曲面的绘制工具，自带了五十多个范例。Gaya Fior选择了 pseudo-Duplin 等值曲面为数据源， 这个模型不仅看起来比较有趣，还能获得较好的 3D 打印效果。 确定模型对象后，还要调整好模型的分辨率，将生成的三维模型导出为OBJ格式文件。
接下来需要对三维模型进行打印前的加工。 使用Netfabb Basic 软件检测并修复模型中的网格错误， 再将其转化成 3D 打印软件最常用的 STL 格式。 然后使用 Ultimaker 公司开发的 Cura 软件， 将三维模型大小调整为适合 打 印 的尺寸。 由于大部分数学等值曲面都有弧形的底部和内凹的空缺部分，这里需要放置一个支架来保证模型在打印过程中不会坍塌。 最后将文件发送到打印服务，并利用不同的材料（如金属或陶瓷）将文件打印出来。
3D 打印的使用淡化了学科间的界限，不仅可以将数学模型以 立 体 的、可视化的形 式 呈 现出 来 ，让学习者获得更为直观的感受。3D 打印还可以为枯燥的数学知识增添趣味性和实用性，将数字化和时尚相结合。 通过技术手段，可以使得数学与艺术并驾齐驱，通过数学模型去构造和实现艺术设计 。 令人惊奇的是，一些数学曲面的形状和特性本来就特别适合于珠宝。 例如，如图 7 所示，实例不需要添加任何种类的挂环就可以作为吊挂的装饰物。
图 7 打印前的 3D 结构（左）和打印出的实体模型（右）③四、 3D 打印的用途、 模式及创新（一）在学习环境中扮演的角色3D 打印直到最近两年才在学校中有了初步的应用，但大都还处于前期探索阶段，并未真正投入日常教学。 根据其在学习环境和学习 活动 中 所 处的 地 位 不同 ，笔 者 认为 ，目 前3d打印在教育实践中主要扮演了以下三种角色：1.作为教学目标和学习内容此时即要教会学生如何设计、如何建模、如何使用 3D 打印机。
3D 打印是集光、机、电、计算机、数控及新材料于一体的先进 制 造技 术 ，被 称为 “引 领 第三 次 工 业 革 命 的 制 造 技 术 ”。我国已经制定了相应的发展策略 ，旨在促进信息产业和工业的深度融合。 制造企业的数字化、信息化改造，需要大量熟悉先进制造技术的操作人员。
随着国家大力发展 3D 打印技术的各项措施和政策的出台，未来人力资源市场会需要大量掌握 3D 打印技术的各级人才， 这必将提供巨大的就业和创业机会。 目前， 已有一些职业院校开始开发此类专业和课程 ，2013 年秋季，青岛市中等 职 业 教育 招 生 计划 中 ，青 岛电 子 学校新增了“3D 打印技术”这个专业[23]。2.作为教学工具或学习工具，起到“效能工具”的作用利用 3D 打印制作教学用具， 或是把它作为快速实现工具，是目前 3D 打印在教学中最主要的用途。 国内的一些高校已经为工业设计专业的实验室配备了 3D 打印机， 学生在设计室内就可以把自己的设计转化成为作品，随时调整和改进[24]。
例如，有的学生正是得益于此，以 3D 打印机制作的作品参加了广东省“省长”杯工业设计大赛，并取得了不错的成绩[25]。3.作为教学环境，起到“认知工具”的作用针对需要制作模型的课程，3D 打印可以作为小组协作探究环境的一部分，承担对创意和技术方案进行快速验证的任务，促进学生创造力的培养和社会性认知。
例如，Intel 未来教育展 示 中有 这 么 一个 案 例 ： 某 小 学 的 物 理 课 上 讨 论 力 学 问题 ，学 习 小组 设 计 了各 种 桥 梁模 型 构 造 的 方 案 ，并 将 设 计 打印成实物，检验设计的承压能力。 这就是一个将 3D 打印机作为探究学习环境的典型示例。
|
|
发表于 2016-12-20 14:21:04
