3D列印在數位教育的七種應用方式

科技的應用在學校的課程中取得了許多的進步,從1930年的高價投影機到1970年的手持計算機,再到2000年代電腦的普及,高速發展的技術讓教育工作者能打造更舉有吸引力的課程,也讓學生能為研究計畫做更好的準備。

現在,3D列印有能力可以徹底的改變課程3D列印的進步讓這個技術變得更加容易,也更負擔得起,從而使其在教育環境中越來越受歡迎。

幾乎所有學科的教育工作者都可以在課堂上使用3D列印技術。無論是面對面授課還是線上課程。當教育工作者決定將此項技術融入課堂時,可以改善學習的效果,例如可以提高分析與批判性思考的能力。

透過這篇文章,我們將帶您了解3D列印用於創造學習環境、增強創造力、讓學生能更完整地學習的七種方式:

  1. 創建動手實作的學習環境
  2. 賦予創造力和創新能力
  3. 促進實際作品的理解
  4. 準備研究計畫
  5. 加強數位參與
  6. 提升解決問題的能力
  7. 利用設計思維

 


 

一、 創造動手實作的學習環境

當學習的環境可以讓學生實際參與的時候,他們在課堂上會更有樂趣。在課堂上看投影片頂多可以激起學生的興趣或者保持他們的注意力。3D列印可以讓學習變得更加活躍,使學生能夠在課堂上動作做,激發批判性思考的能力。參與課程也意味著學生可以更完整地學習我解決問題的技能。此外,3D列印讓學生能有許多不同的學習方式:不管是觸覺或者是視覺等方式,都能透過3D列印這個方式來達到更棒的效果。

例如:在Morrison Tech,幾乎所有工程相關的課程都包含了3D列印。學生學習如何用3D列印做產品開發與打樣,製作齒輪等功能性物件。這些都是一般機構工程師會經歷到的過程,學生可以透過3D列印來獲得這些實際的體驗。

雷射光固化(SLA)3D列印非常適合細緻的客製化模型,例如生物學或者醫學學科的解剖模型。

3D列印其實不只可以用在工程相關的課程,許多其他的學科也可以用到3D列印:生物或者醫學學科可以列印解剖模型、化學科目的學生的列印分子模型,平面設計的學生可以創作他們建築的3D模型。

即使是遠距教學也不會失去動手做的學習環境。就像Kentucky大學建築學院的教—Michael Silver展示的一樣,學生可以嘗試設計出Silver列印出並寄給他們的建築模型。擁有一個實體的模型讓學生可以更容易理解其中的概念。儘管是遠距離教學,3D列印讓學生更有身臨其境的的學習體驗。


 

二、 加強想像力與創新

創造力對於一個成功學生的發展來說是至關重要的。創造力是新的想法與新的解決方案的產生方式。3D列印原本就富含創造性,可以讓學生思考如何解決3D列印等問題,使用CAD軟體設計模型,並找出如何優化3D列印的過程。另外,特別像是在藝術應用的方面,學生可以直接繪製他們的模型,將他們的創造力提升到全新的高度。

在MIT的厄爾分校,Yuko Oda教授集合了3D列印來加強她的3D設計、雕塑、建模與動畫課程。雕塑的一個重大領域是結合虛擬現實(VR)與3D列印。VR減少了3D在設計上的障礙,讓藝術家跟學生可以在Oculus Medium等程序中動手進行創作。在八年級的課程,Yuko已經教學生如何在30分鐘內用VR創建一個3D模型,接著用3D列印機上列印出來。3D列印為創新開闢了新的途徑。


 

三、促進對實際產業應用的理解

如果為了畢業後的生活做準備是高等教育的目的之一,那麼教育工作者必須為學生創造更多機會,讓他們更好地了解如何將在課堂上獲得的技能應用於專業工作。告訴學生的話,不如直接跟學生展示,這樣比較有效—還有什麼比3D列印更好的展示方式呢?

土耳其牙醫的學生對3D列印模型樣本進行根管治療。

例如:3D列印模型可以幫助學生提高對解剖學的理解,在土耳其的Canakkale Onsekiz Mart大學,3D列印齒模實現了遠距離牙科教育。

「Formlabs 的 Form 3B 是一款完沒的3D列印機,具有滿大的成型平台,讓我們能夠在9小時內列印80顆牙齒。列印出來的牙齒細節非常清晰,準確度也很高,因此我們能夠為學生列印展示用的牙齒。」Yosunçığır 先生說。

使用為了醫療保健而優化的彈性樹脂或生醫透明樹脂,學生們可以列印骨骼、器官、細胞或其他醫療應用的3D模型。在醫學教育中,3D列印可以透過創建模型,讓學生為手術或其他操作做好準備。像是這樣的實體化應用是非常有意義的,可以幫助手術團隊來規劃手術。


四、準備研究生計劃

3D列印是一種在工作場所會受到重視的一項技能。3D列印不僅僅是工程與製造行業的工作,其實它涉及了從娛樂產業到珠寶產業的每一個細節。Grand View Research的一份報告指出:2019年全球3D列印的市場規模是115.8億美元,預計2020年到2027年的增長率將超過14%。2018年全期的3D列印機出貨量約為140萬台,且預計到2027年,將達到800萬台。

3D列印機使用率的增加,推動了平面設計學生對3D設計技能的需求。設計師建構模型讓3D列印成為可能。隨著對客製化產品需求的上升,設計客製化模型比起以往又更加的重要。研發(R&D)工作還涉及了3D列印的知識。消費產品的生產需要深入分析,研發的專業人員可以透過3D列印等技術來降低成本與提高效率。涉及生物學的工作也需要建模,從假肢到器官等都需要。建築與施工建模也顯示出對3D列印的巨大需求,因為它們大大的依賴了打樣製作。


五、加強數位化參與

在這個日益數位化的世界中,學生需要學習如何利用數位技術來為自己加強。數位化的技術有時會因為可能分散學生的注意力而聲名狼藉,但如果使用得好的話,數位技術可以幫助學生學習,如何以更多元的方式跟世界互動。無論您在哪個行業,從藝術工作室到製造業等工作場所都已更加現代化。透過將3D列印技術納入課程,教育工作者可以鼓勵學生更好地理解數位化工作流程。3D列印不僅僅涉及3D列印機:在使用3D列印中,學生必須了解從CAD設計到後處理的整個流程。

例如,學生可以學習攝影測量工作流程,即從照片中得出精確測量值的行為。攝影測量涉及拍攝一組對象、建築物、人物或環境的重疊照片,並使用多種計算機算法將它們轉換為 3D 模型


六、提高解決問題的能力

3D列印可以解決一些現實生活中的問題。例如:它是解決COVID-19大流行期間

個人防護設備短缺的方法。同樣的邏輯也適用於課堂上。當學生在開始使用3D列印的時候,他們需要了解幾個關鍵的問題,包含了:

  • 我的3D列印物件將用在什麼地方?
  • 在設計模型、選擇材料與完成零件時,我該考慮什麼?
  • 我如何客製化我的3D列印過程來讓它更加高效率

雖然這些僅僅是幾個問題,但卻需要他們對正在進行的計畫做更多的思考。學生們需要有能力從抽象的概念去轉化為3D列印的作品,了解不同概念之間如何有關聯。在製做樣品時,他們必須能夠測試與評估測試以確保最終的成功,除了功能性外,也需要考慮其他多元的問題。3D列印鼓勵學生們以邏輯、系統的方式解決問題,同時也鼓勵學生的創造性思維。


七、運用設計思維

設計思維不僅僅只是個流行用語。它被定義為「一個我們用來理解客戶、挑戰假設、重新優化問題的一個迭代過程。並且嘗試去尋找替代的策略與解決方案。」設計思維是許多大品牌採用的重要方法—像Apple、Google等品牌皆有使用。而3D列印就是幫助設計思維的一個很重要的方式。

 

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