4D打印技術在“人工智能+教育”中的融合路徑探究

段元超

摘要：4D打印技術與“人工智能+教育”的融合路徑主要有：智能工具與教學的融合;智能工具與編程教育的融合;智能工具與聾啞人康復訓練的融合;智能工具與設計教育的融合。4D打印技術應用于“人工智能+教育”中雖然能夠為教育改革創造更多的機遇，但是也由此引發了一些隱私、倫理問題，這些仍然需要在后續研究中進行深入分析。

一、“人工智能+教育”的發展現狀

自2017年，國內率先開始關注人工智能+教育，且從當前研究現狀來看，在未來幾年相關研究將持續發燒。2019年，聯合國教科文組織發布了人工智能的教育報告——《教育中的人工智能：可持續發展的挑戰與機遇》，報告提出，有研究預測，在2021年之前數字教育市場將會在每年提高5%;在2017年至2021年期間，人工智能市場將會提高50%，盡管人工智能在教育領域的公共政策還未發展成熟，但是在未來十年里，人工智能在教育領域的發展有呈指數增長的發展趨勢。AI和機器智能深刻著影響著教育變革，既為教育變革帶來了很多新的機遇，也帶來了一些關于隱私、倫理等問題的挑戰。智能機器人陪伴學習已經出現在現實教育中，未來智能機器人陪伴學習與社交機器人互動學習可能會為教育改革開創一個新局面。人工智能背景下，“人工智能+教育大數據+學習分析”這一模式正在構建著新的研究范式，且隨人工智能發展而生的生態構建、數據分析、精準測量及動態評價，將為教育改革注入更多的新鮮血液。人工智能在教育領域的發展也為中小學教師提出了更高的要求，教師必須具備較高的數據素養，才能夠與人工智能教育實現更加完美的契合。而且，教師的角色也發生了轉變，由知識的傳授者逐漸走向設計者。在機器人教師出現之后，傳統教師的設計能力將會成為有力的競爭優勢。

二、4D打印技術在“人工智能+教育”中的融合路徑

（一）智能工具與教學的融合

智能工具與教學之間的融合是指將智能工具應用到教學過程之中。在教學活動中，離不開教學工具，教學工具的智能化與現代化為現代教育教學活動提供了極大的便利。4D打印技術的出現為教學工具的智能化發展帶來了福音，能夠和不同的教學場景、教學環境進行有機融合。在制造4D打印物品之前，首先必須要對物品進行流程設計，對物品的變形情況以及多種形態的變化結果進行設計，在這個過程中能夠很好地培養學生的設計能力和思維能力。4D打印技術的產品能夠向學生提供動態演示，這比靜物展示更加地生動、形象、具體，能夠幫助學生理解復雜知識，加深學生對復雜知識的理解和記憶。4D打印技術打印出來的玩具具有可交互性，這與教學活動的交互性是相一致的，學生使用這些玩具能夠有效地提高動手能力和實踐能力，有利于直接經驗的獲取，同時還能夠擴大學習者的溝通空間。另外，在大數據背景下應運而生的“人工智能+教育”學習效果監測與評價，有利于及時地反饋學生的學習情況，在分析有效數據的基礎上分析學生的學習興趣所在，有利于對學生進行差異化教學。另外，還有利于及時地發現學生學習的不足，幫助學生及時地找到問題并解決問題。通過學生與智能系統的交互對話，可以直接形成學習分析報告，為教師把握教學進度也提供了重要參考，有利于提高教學質量和教學效率。

（二）智能工具與編程教育的融合

在21世紀，技術使用的生產性以及技術的創新性是實踐中非常重要的兩個特征。教學者和學習者是教育活動中的兩個關鍵主體，在當前科學技術日新月異教育技術不斷革新的時代背景下，無論是教師還是學生，都應該不斷地學習新知識，提高自己的綜合能力和整體素養，才有這樣，才能夠緊跟時代發展的步伐。編程教育的核心和目標在于將零碎的想法轉化為 結構化的思考方式。“編程素養”屬于素養結構中的基礎性素養，指的是學習者借助以編程為主要內容的學習模式，提高自身的思維能力和邏輯能力，從而適應當前迅速變化的科技發展情勢，緊跟教育革新的步伐。4D打印技術的出現，做到了將人工智能同編程教育的完美結合。因為有了人工智能系統的有力支持，未來的學習者就能夠更加便捷地對4D打印的產品作出精準大膽的描述，借助人工智能來識別具體的需求，然后通過逆向推導的方式，實現思維理念的邏輯化。學習者在充分地認識這些邏輯關系之后，能夠順利地打印出動態產品。如此一來，不僅能夠使學生在設計與學習的過程中真正地學習到知識，還能夠培養學生的思維能力和動手能力;不僅能夠使學生感受到學習中的樂趣，還能夠使學生真正地看到學習成果，實現了學習成果的“可視化”。在這個過程中，學生對編程知識形成更加全面深入的理解，而且在今后的學習中也能夠重復應用這些思維，在實踐中不斷地進行豐富和完善。

（三）智能工具與設計教育的融合

在時裝設計學習中，通過使用4D打印技術不僅能夠節約資源，而且還能夠為學生提供將設計理念付諸于實踐的平臺。4D打印技術可以改變服裝的格局，僅僅需要一臺人體3D掃描儀和一臺4D打印機，就可以按照自己的審美風格與偏好對服裝進行設計。而且，由于4D打印技術能夠簡化實物造物這個步驟，所以能夠很好地節約成本資源。設計的過程注定是一個不斷設計伴隨不斷更改的過程，如果每次設計更改都需要進行實物制作的話，無疑會造成資源的浪費。4D打印技術的出現，為節約資源提供了無限可能。

三、結論

研究發現，4D打印技術與“人工智能+教育”的融合路徑主要有：智能工具與教學的融合;智能工具與編程教育的融合;智能工具與聾啞人康復訓練的融合;智能工具與設計教育的融合。在教學活動中，離不開教學工具，教學工具的智能化與現代化為現代教育教學活動提供了極大的便利。4D打印技術的出現為教學工具的智能化發展帶來了福音，能夠和不同的教學場景、教學環境進行有機融合。人工智能背景下，“人工智能+教育大數據+學習分析”這一模式正在構建著新的研究范式，且隨人工智能發展而生的生態構建、數據分析、精準測量及動態評價，將為教育改革注入更多的新鮮血液。

參考文獻：

[1]王運武， 周靜， 楊曼.新興技術如何變革高等教育---《2014地平線報告 （高等教育版） 》深層次解讀[J].中國醫學教育技術， 2014 （4） ：343-349.

[2]張江健.智能化浪潮[M].北京：化學工業出版社， 2017.

[3]張家年， 朱曉菊， 程君青.教育技術應用和研究的盲區---殘疾人群的教育[J].現代教育技術， 2006， 16 （4） ：13-15.