适用于视障学生的3D打印设计研究
2024-06-07李永芳刘芮妍
李永芳 刘芮妍
3D打印技术问世以来,受到了广泛关注。在我国,教育领域对其关注度日益提高,但在特殊教育领域,3D打印技术的应用仍是一个相对陌生的内容。本研究以视障学生为对象,通过教学实践来探究3D打印触摸教具的设计。
一、研究背景
我们通过市场调查和同行了解发现,目前盲校可使用的教具资源较少且实用性不强。市面上可见的触摸教具多为积木或微浮雕类,大小和尺寸等参数的选择范围较小,且不能与声音、盲文或视频监测有机融合,还不能根据盲校师生的需求定制。
3D打印由三维建模、打印材料、打印参数管理、后处理工艺、逆向建模等方面的技术组成。三维建模的方便及参数设置的灵活性,能够满足多类盲教具的设计,并通过3D打印机打印成模具。
小学阶段的学习和认知培养是学生成长成才的基础,对学生今后的发展和认识事物、感知世界起到引领作用。对于视障学生而言,触觉是获取新知识、认识新事物的一个重要途径,“以手代目”实现感官补偿,也是特殊教育教师教学方法和模式探究的重要方向。
二、实践与设计探究过程
基于我校设施较为完整的3D打印室和相关社团,按照盲教部教师与学生课堂实践反馈的需求,我们灵活设计了适合学生与其学习内容的教具。此外,视障学生主要靠触觉和听觉认知事物,因此在实践过程中,我们尝试将盲文与模具解说语音融入3D打印教具,并通过不断完善数据信息,寻找适合视障学生认识事物的3D打印教具设计。
(一)课堂实践阶段
以郑州市盲聋哑学校盲小学部三年级班级为实验对象,该班共有14名学生,其中低视力3人、全盲10人、多重残障(自闭症)1人。我们跟踪该班语文课堂,了解教师教学习惯和学生认知特点,及时获取教师及学生的需求。
(二)模型设计阶段
首先是模型的排列设计,根据视障学生触摸方向来定,他们触摸的顺序和明眼人看书顺序一样从左到右,所以模型排列设计从左开始。其次是模型材质,因视障学生触摸教具需要一定硬度,用可降解的PLA材料就可以实现触摸教具的硬度和密度,且PLA材料无毒,冷却收缩度小,因此选用该材料较为适宜。再次,考虑到模型重要位置需要一些文字提示,便于学生把握模型构造,在模型重要位置打上盲文,如上、下、左、右、头、手……
除了触觉,听觉也是视障学生获取知识的重要渠道,因此,在模型中配置發音装置,内含语文教师录制的模型简介,供学生随时播放学习,可以解决一师多生导致的讲解不到位的难题。集体授课时,为了保证课堂效果,模型不需要太多发声部位且音量不要太大,以免引发多个学生触摸时产生的声音杂乱效果。
以《赵州桥》教学实践为例,课文中赵州桥的泄洪能力是教学难点,课文词语、句子背后蕴含的生活内容、社会文化等内容,视障学生不能通过字面和老师的语言描述完全认知这些内容。因此,在设计赵州桥3D模型时,我们就需要从它的直观性、安全性、互动性、启发性和适应性角度来考虑,以方便教学。
(三)3D打印模型课堂应用阶段
由于视力原因,仅凭教师描述字面意思,学生很难理解物体真实的形象,无法明确感知会影响学生学习与探究的欲望。因此,触觉是视障学生感知这个世界的重要窗口,我们可以利用3D教具协助教学,可以让抽象的语言直观化,让抽象的空间想象被触觉感知。
如在《赵州桥》一课中,文章第二自然段介绍了赵州桥的长和宽、建筑材料以及设计特点等,教师指导学生触摸模型了解赵州桥的长和宽分别在哪里,直观理解“桥长五十多米,有九米多宽,中间行车马,两旁走人”这一描写。教师通过类比学生熟悉的学校操场来感知赵州桥的大小,以及设计特点,在模型的帮助下,学生能快速地联系上下文理解语句,体会赵州桥的雄伟和坚固。
通过3D触摸教具完成授课后及时向使用教具教师和学生了解体验感,盲教部6名语文教师表示使用教具后,对抽象内容的讲授更加轻松,学生上课状态也明显积极活泼了。64名小学在校生中,95%以上的学生反映使用该教具后,能够更清晰地构思未知事物和抽象过程,理解课文中蕴含的文化背景和社会知识。
(四)3D建模完善阶段
课堂实践后,针对所用模型,再次询问教师和学生的建议,从实际需求出发对细节进行修改,如模型与实物的比例、关键位置的盲文提示、模型可拆卸组合或转动的部分,真正做到以师生为中心的设计,得出适用于视障学生的3D打印教具设计基本要点,形成适合盲校师生教学的设计方案。
三、总结与展望
(一)总结
在探究与实践过程中,我们可以得出适合视障学生的3D打印教具设计主要需考虑以下五点。
1.适配度:模型的排列设计上,要符合视障学生触摸物体的方向以及年龄、认知差异,尽量化解他们使用教具过程中的困惑。
2.安全性:教具的材料和结构应安全可靠,防止学生在使用过程中受伤。
3.多元化:将模型与盲文、讲解语言有效融合,具象直观,易于视障学生触摸和理解。
4.体验感:在材质选择上,要考虑视障学生触摸教具需要一定硬度,且要求材料无毒,成品要有一定的肌理和颗粒,便于感知。
5.互动性:教具设计应具有互动性,让盲生能够亲自操作、探索和体验。
(二)展望
受研究时长和技术限制,探究所得设计方案仍有许多需要改进的地方,如可尝试加入视频监控,实时监测学生使用模型的过程,并对错误行为进行及时纠正。
探索无止境,相信今后会涌现更多适合视障学生的3D打印触摸教具方案,助力他们“看”美好的世界,学到更加生动丰富的知识。
(本文系2023年度河南省基础教育教学研究项目“运用3D技术提升低年级视障学生认知能力研究”的研究成果,课题编号:JCJYB2338010099)
(责 编 再 澜)