3D打印技术赋能视障学生直观教学*——以生物教学应用为例

武丽侠 徐华晓

(合肥特殊教育中心 安徽合肥 230012)

一、视障学生触觉的重要性

视障学生包括低视力和全盲的学生，由于视觉功能受到先天条件的局限，致使他们通过以手触摸、听觉等其他感官来获取各类信息，以此来补偿视觉缺陷，通过触觉替代视觉的形式去获得新知识、新技能。他们是社会中人数相对较少的一部分个体，具有与健全儿童平等的社会性。个体能否融入社会发展中，对于个体参与到社会生活中起到突出的作用。视障学生作为社会成员中的一员,他们参与社会性发展过程中或多或少地存在一些不可忽视的问题，教育是以促进人的发展、社会的进步为目的，以传授知识与经验为手段，培养人的社会活动。

2006年12月13日，第61届联合国大会通过了《残疾人权利公约》(以下简称《公约》)，是国际社会在21世纪通过的第一个综合性人权公约。《公约》确认了残障儿童享有受教育的权利，以便于充分发展残疾人潜力、个性和才华等。2017年，中国政府颁布实施的《残疾人教育条例》第2条规定第1款：“国家保障残疾人享有平等接受教育的权利，禁止任何基于残疾的教育歧视。”该条例既保障了残障儿童有接受教育的权利，又明确了残障儿童有接受义务教育的法定义务。紧抓社会的发展需求，全面评估视障儿童的综合能力，根据孩子的个人兴趣和爱好，提高其综合素养，为视障儿童平等地参与社会生活创造有利的条件。

作为特殊教育的教师，我们应积极响应国家政策，创新教学手段，努力探究更适合视障学生的学习特征的教学方法和模式。我国视障教育新课标的教育目标之一是补偿盲童的视觉缺陷。对于视障学生来说，手在某种意义上也是他们的眼睛，这意味着视觉功能有缺陷的孩子,触觉将是他们获取新知识、新技能的一条重要途径。视障学生通过触觉可以感知到很多的事物属性,如物体的大小、形状、软硬、温度、粗糙程度与质地等,是视障学生盲文学习、认知事物、形成抽象概念和提高生活自理能力的主要依赖,因此触觉在视障学生直观教学中起到不可或缺的作用。同时，在视障学生的教学过程中要重视触觉补偿功能的训练，及早开展视障学生的触觉训练，让他们掌握触摸的要点与技巧。

二、触觉教具在视障学生教学中的应用价值

在视障学生的教学过程中，直观教具是指在教学活动中提供的可被视障孩子们感知的材料，如实物、模型、挂图等各类教具，教具按照感觉属性可以分为视觉、听觉、触觉、多感官教具和信息技术多媒体教具等。在普通中小学中大量使用的是视觉图像、动画等教具，直观、形象、逼真，而且信息输出量大，有利于教学活动的开展，能够高效地传递相关信息，促进学生对所学内容的理解和巩固；然而以触觉、听觉为主要感觉通道的视障学生，原本对于普通学校学生可以依靠的视觉教具就需要转化为触觉、听觉或依靠其他感官的教具。但是，目前仍有许多老师认识不到触觉教具在视障课堂上应用的重要性，没有恰当地使用触觉教具，视障儿童失去了很多快捷认知事物的机会,在一定程度上影响了视障儿童的发展。本课题主要研究的是利用3D打印技术制作以触觉感知为主的教具，打印适合于视障学生的“直观”教具，提高盲校课堂教学师生互动的积极性，拓展视障学生的认知范围，提高学生的学习效能感，这也是发展视障学生核心素养的体现。

三、3D打印技术在视障学生教学中的优势

教育是一种创造性的劳动，教学过程需要老师们充分了解学情，反复钻研教材，认真撰写教学设计，采用适当的教学方式，探究适合视障学生学习的教学方法，选用恰当的学具、教具开展教育教学的一种活动。“十三五”期间，我国特殊教育在校生总数达到79.5万人，比2015年增长80%。到2020年，我国残疾儿童义务教育入学率已达95%以上，基础教育整体水平迈入世界中上行列，然而盲校教师面临着一个同样的困难，即可供教师们选择的教具资源非常有限。如何让教师们摆脱现状，3D打印技术无疑是一个正确的选择之一。3D打印能打印出精度与复杂程度较高的产品；3D打印能直接把计算机内任何形状的三维图形打印成实物产品；3D打印还无须集中的、固定的制造车间，具有分布式生产的特点。

3D打印技术对于盲校教师来说是一种福音。盲校教师可以结合视障学生的特点，利用3D打印技术按照教学的需要打印出适合的简易教具；3D打印技术的普及应用还能促进教师对新技术的学习、促进教师专业化发展，有效提升我校3D打印机的使用效果；3D打印还可以克服模具制作造价成本高、效率低、更改较为困难以及需要找专业的公司制作等劣势。

3D技术爱好者们在网络上分享了资源丰富的3D建模图,如打印啦、3D溜溜网、3DWarehouse等；老师们可以下载共享的3D模型，直接或简单地编辑模型文件后，就可以打印出合适的三维教具，用于课堂教学。视障学生通过触摸三维教具，借助触感建立“直观”的空间感、层次感，有效地减轻了他们认知新生事物的压力，为视障学生的学习提供了一种相对公平的学习环境。

3D打印产品的构成材料多种多样，主要包括尼龙玻纤、树脂、橡胶类、石膏和金属材料等，为打印出不同触感的模型提供物质基础，不同质感的产品能够带给触觉敏感的视障学生不同的触觉感受，更贴切地认知实物。

触觉是视障学生感知这个世界的重要窗口，一旦充分激活，孩子们的潜力就能很好地被挖掘。利用3D教具协助教学，可以让抽象的语言描叙直观化，让抽象的空间想象被触觉感知，为黑暗世界打开了一扇明亮的窗户，其优势也就不言而喻了。

四、3D打印技术在视障学生教学中的应用

通过3D制图软件和3D打印机可以打印触觉凹版印刷图、触觉模型等产品。我们盲校的老师清楚自己需要什么样的教具辅助教学，知道视障学生需要什么样的学习工具。3D打印技术可以补偿视障学生的视觉权限，刺激其触觉感官，增加视障学生的认知及空间概念范围。

案例1：在《科学》三年级下册第二单元第二节《蚕的生长变化》的教学中，其教学目标是：(1)观察蚕在生长过程中，身体结构、食量等方面不断发生的变化；知道蚕蜕皮意味着什么，每次蚕蜕皮后身体都会发生哪些变化，知道蚕的生长情况和环境条件的关系。(2)学习养蚕的技能。用文字记录和描述蚕的生长变化。(3)发现生命的生长变化，意识到生命的可爱与珍贵，学会珍爱生命。认识到连续几十天观察记录的重要性。本节课的教学重点是通过带领视障学生观察并交流的养蚕记录,认识到蚕在生长过程中，身体结构、食量等方面都在不断地发生着变化。本节内容的教学难点是视障学生如何利用触觉、听觉等了解蚕在生长过程中的变化。对于这一章节的学习，如果只通过教师描述蚕的变化进行讲解，视障孩子们学习的积极性低，而且很难在头脑中形成具体的形象；如果直接通过实物触摸，存在以下问题：一是部分视障学生本来就对“毛毛虫”有惧怕心理，不敢伸手触摸；二是实物较柔软，身体的结构特点很难触摸清楚；三是每个视障学生的触摸力度不好控制，而且蚕幼虫又是一种对卫生状况要求较高的动物，两种情况都可能会导致蚕幼虫的死亡，这违背了学生核心素养中尊重生命的理念。在蚕的一生中，五龄幼虫体形较大，身体分节、足、气孔都较明显，我们利了3D打印技术制作了蚕幼虫，在课堂教学中有模型触摸，这极大地激发了视障学生探索科学的兴趣，不少孩子是第一次触摸了“虫”，孩子们又因为知道是“假虫”，也敢于触摸，这个建模图可以根据教师需要在3D打印时调整其大小，触摸中也不会损坏，这样就可以更好地达到本节内容的教学目标，突破教学的重点和难点。另外，3D打印的蚕教具还可以重复利用，便于视障学生借助于触觉和听觉补偿进行观察，有利于科学课堂互动活动的开展，这是新课改中指出的“细心呵护与生俱来的好奇心，培养他们对科学的兴趣和求知欲，引领他们学习与周围世界有关的科学知识”的体现。

案例2：在《生物学》八年级上册第五单元第六节《鸟》的教学中，让学生们找一找鸟类适于飞行的结构特点，课本中描述鸟类的“身体呈流线型，可减少飞行中空气的阻力”。“流线型”在大部分视障学生的头脑中没有认知，当然也无法将其流线型特点代入鸟类的体形中思考。有了3D打印技术，这些问题就迎刃而解了。采用三维教具教学时，提高了课堂活动的趣味性，在一定程度上满足视障学生对于认识事物及原理的好奇心与求知欲，引发他们对相关问题的思考，如流线型为何可以减少空气阻力？鸟的“嘴”(喙)是不是都是尖的？鸟的翅膀是不是也呈流线型？……

案例3：通过开展多种教学模式,促进学生的学科综合性学习,是现阶段基于学科融合背景,需要做出的改善型教学策略。应用3D打印教具开展视障教学活动，促进了学科之间的有效融合。例如，在视障部低年级的语文教学过程中，会讲述很多有关“心”的词语和句子，如“心里”“爱心”“心得体会”“谁言寸草心，报得三春晖”等。这时候，孩子们会对“心”充满好奇，语文老师就可以借助我们3D打印的心脏模型形象地解释词句，视障孩子也和普通的孩子一样，认识自己的“心”，更好地理解“心”的重要性。

五、3D打印技术在应用中的思考

目前，我校的3D打印技术还处于探索阶段，在制作和教学应用中还存在一些问题：首先，师资力量还很薄弱，教师们进行3D建模还存在一定的困难；其次，3D打印技术受到自身工艺和材料的限制，如何减少3D打印教具与真实物品之间的差距；再次，如何结合3D教具设计更适合于视障学生的教学模式，优化课堂教学活动；最后，怎样指导视障学生更有效地使用3D教具，复习巩固所学习的知识等。这些问题都需要我们从事特殊教育的一线教师进一步探究，更好地服务这群折翼的天使。

视力障碍学生是社会中的一个特殊群体，他们一样拥有受教育的权利，拥有对这个世界的好奇。对于视力障碍学生，因为失去了视觉能力去认知世界，他们的认知水平大大降低，因而更需要我们对他们开展缺陷补偿训练，尤其是从“以手代目”出发，发挥触觉的作用，利用3D打印让视力障碍学生更好地“看”世界，享受生活的五彩缤纷！