适用于视障学生的3D打印设计研究 .pdf

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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J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fl

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