3D打印技術(shù)賦能視障學(xué)生直觀教學(xué)*
——以生物教學(xué)應(yīng)用為例

武麗俠 徐華曉

(合肥特殊教育中心 安徽合肥 230012)

一、視障學(xué)生觸覺(jué)的重要性

視障學(xué)生包括低視力和全盲的學(xué)生，由于視覺(jué)功能受到先天條件的局限，致使他們通過(guò)以手觸摸、聽(tīng)覺(jué)等其他感官來(lái)獲取各類(lèi)信息，以此來(lái)補(bǔ)償視覺(jué)缺陷，通過(guò)觸覺(jué)替代視覺(jué)的形式去獲得新知識(shí)、新技能。他們是社會(huì)中人數(shù)相對(duì)較少的一部分個(gè)體，具有與健全兒童平等的社會(huì)性。個(gè)體能否融入社會(huì)發(fā)展中，對(duì)于個(gè)體參與到社會(huì)生活中起到突出的作用。視障學(xué)生作為社會(huì)成員中的一員,他們參與社會(huì)性發(fā)展過(guò)程中或多或少地存在一些不可忽視的問(wèn)題，教育是以促進(jìn)人的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步為目的，以傳授知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)為手段，培養(yǎng)人的社會(huì)活動(dòng)。

2006年12月13日，第61屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)通過(guò)了《殘疾人權(quán)利公約》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《公約》)，是國(guó)際社會(huì)在21世紀(jì)通過(guò)的第一個(gè)綜合性人權(quán)公約?！豆s》確認(rèn)了殘障兒童享有受教育的權(quán)利，以便于充分發(fā)展殘疾人潛力、個(gè)性和才華等。2017年，中國(guó)政府頒布實(shí)施的《殘疾人教育條例》第2條規(guī)定第1款：“國(guó)家保障殘疾人享有平等接受教育的權(quán)利，禁止任何基于殘疾的教育歧視?！痹摋l例既保障了殘障兒童有接受教育的權(quán)利，又明確了殘障兒童有接受義務(wù)教育的法定義務(wù)。緊抓社會(huì)的發(fā)展需求，全面評(píng)估視障兒童的綜合能力，根據(jù)孩子的個(gè)人興趣和愛(ài)好，提高其綜合素養(yǎng)，為視障兒童平等地參與社會(huì)生活創(chuàng)造有利的條件。

作為特殊教育的教師，我們應(yīng)積極響應(yīng)國(guó)家政策，創(chuàng)新教學(xué)手段，努力探究更適合視障學(xué)生的學(xué)習(xí)特征的教學(xué)方法和模式。我國(guó)視障教育新課標(biāo)的教育目標(biāo)之一是補(bǔ)償盲童的視覺(jué)缺陷。對(duì)于視障學(xué)生來(lái)說(shuō)，手在某種意義上也是他們的眼睛，這意味著視覺(jué)功能有缺陷的孩子,觸覺(jué)將是他們獲取新知識(shí)、新技能的一條重要途徑。視障學(xué)生通過(guò)觸覺(jué)可以感知到很多的事物屬性,如物體的大小、形狀、軟硬、溫度、粗糙程度與質(zhì)地等,是視障學(xué)生盲文學(xué)習(xí)、認(rèn)知事物、形成抽象概念和提高生活自理能力的主要依賴(lài),因此觸覺(jué)在視障學(xué)生直觀教學(xué)中起到不可或缺的作用。同時(shí)，在視障學(xué)生的教學(xué)過(guò)程中要重視觸覺(jué)補(bǔ)償功能的訓(xùn)練，及早開(kāi)展視障學(xué)生的觸覺(jué)訓(xùn)練，讓他們掌握觸摸的要點(diǎn)與技巧。

二、觸覺(jué)教具在視障學(xué)生教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值

在視障學(xué)生的教學(xué)過(guò)程中，直觀教具是指在教學(xué)活動(dòng)中提供的可被視障孩子們感知的材料，如實(shí)物、模型、掛圖等各類(lèi)教具，教具按照感覺(jué)屬性可以分為視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、多感官教具和信息技術(shù)多媒體教具等。在普通中小學(xué)中大量使用的是視覺(jué)圖像、動(dòng)畫(huà)等教具，直觀、形象、逼真，而且信息輸出量大，有利于教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展，能夠高效地傳遞相關(guān)信息，促進(jìn)學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解和鞏固；然而以觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)為主要感覺(jué)通道的視障學(xué)生，原本對(duì)于普通學(xué)校學(xué)生可以依靠的視覺(jué)教具就需要轉(zhuǎn)化為觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)或依靠其他感官的教具。但是，目前仍有許多老師認(rèn)識(shí)不到觸覺(jué)教具在視障課堂上應(yīng)用的重要性，沒(méi)有恰當(dāng)?shù)厥褂糜|覺(jué)教具，視障兒童失去了很多快捷認(rèn)知事物的機(jī)會(huì),在一定程度上影響了視障兒童的發(fā)展。本課題主要研究的是利用3D打印技術(shù)制作以觸覺(jué)感知為主的教具，打印適合于視障學(xué)生的“直觀”教具，提高盲校課堂教學(xué)師生互動(dòng)的積極性，拓展視障學(xué)生的認(rèn)知范圍，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效能感，這也是發(fā)展視障學(xué)生核心素養(yǎng)的體現(xiàn)。

三、3D打印技術(shù)在視障學(xué)生教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

教育是一種創(chuàng)造性的勞動(dòng)，教學(xué)過(guò)程需要老師們充分了解學(xué)情，反復(fù)鉆研教材，認(rèn)真撰寫(xiě)教學(xué)設(shè)計(jì)，采用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式，探究適合視障學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)方法，選用恰當(dāng)?shù)膶W(xué)具、教具開(kāi)展教育教學(xué)的一種活動(dòng)?！笆濉逼陂g，我國(guó)特殊教育在校生總數(shù)達(dá)到79.5萬(wàn)人，比2015年增長(zhǎng)80%。到2020年，我國(guó)殘疾兒童義務(wù)教育入學(xué)率已達(dá)95%以上，基礎(chǔ)教育整體水平邁入世界中上行列，然而盲校教師面臨著一個(gè)同樣的困難，即可供教師們選擇的教具資源非常有限。如何讓教師們擺脫現(xiàn)狀，3D打印技術(shù)無(wú)疑是一個(gè)正確的選擇之一。3D打印能打印出精度與復(fù)雜程度較高的產(chǎn)品；3D打印能直接把計(jì)算機(jī)內(nèi)任何形狀的三維圖形打印成實(shí)物產(chǎn)品；3D打印還無(wú)須集中的、固定的制造車(chē)間，具有分布式生產(chǎn)的特點(diǎn)。

3D打印技術(shù)對(duì)于盲校教師來(lái)說(shuō)是一種福音。盲校教師可以結(jié)合視障學(xué)生的特點(diǎn)，利用3D打印技術(shù)按照教學(xué)的需要打印出適合的簡(jiǎn)易教具；3D打印技術(shù)的普及應(yīng)用還能促進(jìn)教師對(duì)新技術(shù)的學(xué)習(xí)、促進(jìn)教師專(zhuān)業(yè)化發(fā)展，有效提升我校3D打印機(jī)的使用效果；3D打印還可以克服模具制作造價(jià)成本高、效率低、更改較為困難以及需要找專(zhuān)業(yè)的公司制作等劣勢(shì)。

3D技術(shù)愛(ài)好者們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)上分享了資源豐富的3D建模圖,如打印啦、3D溜溜網(wǎng)、3DWarehouse等；老師們可以下載共享的3D模型，直接或簡(jiǎn)單地編輯模型文件后，就可以打印出合適的三維教具，用于課堂教學(xué)。視障學(xué)生通過(guò)觸摸三維教具，借助觸感建立“直觀”的空間感、層次感，有效地減輕了他們認(rèn)知新生事物的壓力，為視障學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了一種相對(duì)公平的學(xué)習(xí)環(huán)境。

3D打印產(chǎn)品的構(gòu)成材料多種多樣，主要包括尼龍玻纖、樹(shù)脂、橡膠類(lèi)、石膏和金屬材料等，為打印出不同觸感的模型提供物質(zhì)基礎(chǔ)，不同質(zhì)感的產(chǎn)品能夠帶給觸覺(jué)敏感的視障學(xué)生不同的觸覺(jué)感受，更貼切地認(rèn)知實(shí)物。

觸覺(jué)是視障學(xué)生感知這個(gè)世界的重要窗口，一旦充分激活，孩子們的潛力就能很好地被挖掘。利用3D教具協(xié)助教學(xué)，可以讓抽象的語(yǔ)言描敘直觀化，讓抽象的空間想象被觸覺(jué)感知，為黑暗世界打開(kāi)了一扇明亮的窗戶，其優(yōu)勢(shì)也就不言而喻了。

四、3D打印技術(shù)在視障學(xué)生教學(xué)中的應(yīng)用

通過(guò)3D制圖軟件和3D打印機(jī)可以打印觸覺(jué)凹版印刷圖、觸覺(jué)模型等產(chǎn)品。我們盲校的老師清楚自己需要什么樣的教具輔助教學(xué)，知道視障學(xué)生需要什么樣的學(xué)習(xí)工具。3D打印技術(shù)可以補(bǔ)償視障學(xué)生的視覺(jué)權(quán)限，刺激其觸覺(jué)感官，增加視障學(xué)生的認(rèn)知及空間概念范圍。

案例1：在《科學(xué)》三年級(jí)下冊(cè)第二單元第二節(jié)《蠶的生長(zhǎng)變化》的教學(xué)中，其教學(xué)目標(biāo)是：(1)觀察蠶在生長(zhǎng)過(guò)程中，身體結(jié)構(gòu)、食量等方面不斷發(fā)生的變化；知道蠶蛻皮意味著什么，每次蠶蛻皮后身體都會(huì)發(fā)生哪些變化，知道蠶的生長(zhǎng)情況和環(huán)境條件的關(guān)系。(2)學(xué)習(xí)養(yǎng)蠶的技能。用文字記錄和描述蠶的生長(zhǎng)變化。(3)發(fā)現(xiàn)生命的生長(zhǎng)變化，意識(shí)到生命的可愛(ài)與珍貴，學(xué)會(huì)珍愛(ài)生命。認(rèn)識(shí)到連續(xù)幾十天觀察記錄的重要性。本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)是通過(guò)帶領(lǐng)視障學(xué)生觀察并交流的養(yǎng)蠶記錄,認(rèn)識(shí)到蠶在生長(zhǎng)過(guò)程中，身體結(jié)構(gòu)、食量等方面都在不斷地發(fā)生著變化。本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)難點(diǎn)是視障學(xué)生如何利用觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等了解蠶在生長(zhǎng)過(guò)程中的變化。對(duì)于這一章節(jié)的學(xué)習(xí)，如果只通過(guò)教師描述蠶的變化進(jìn)行講解，視障孩子們學(xué)習(xí)的積極性低，而且很難在頭腦中形成具體的形象；如果直接通過(guò)實(shí)物觸摸，存在以下問(wèn)題：一是部分視障學(xué)生本來(lái)就對(duì)“毛毛蟲(chóng)”有懼怕心理，不敢伸手觸摸；二是實(shí)物較柔軟，身體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)很難觸摸清楚；三是每個(gè)視障學(xué)生的觸摸力度不好控制，而且蠶幼蟲(chóng)又是一種對(duì)衛(wèi)生狀況要求較高的動(dòng)物，兩種情況都可能會(huì)導(dǎo)致蠶幼蟲(chóng)的死亡，這違背了學(xué)生核心素養(yǎng)中尊重生命的理念。在蠶的一生中，五齡幼蟲(chóng)體形較大，身體分節(jié)、足、氣孔都較明顯，我們利了3D打印技術(shù)制作了蠶幼蟲(chóng)，在課堂教學(xué)中有模型觸摸，這極大地激發(fā)了視障學(xué)生探索科學(xué)的興趣，不少孩子是第一次觸摸了“蟲(chóng)”，孩子們又因?yàn)橹朗恰凹傧x(chóng)”，也敢于觸摸，這個(gè)建模圖可以根據(jù)教師需要在3D打印時(shí)調(diào)整其大小，觸摸中也不會(huì)損壞，這樣就可以更好地達(dá)到本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)，突破教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。另外，3D打印的蠶教具還可以重復(fù)利用，便于視障學(xué)生借助于觸覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)補(bǔ)償進(jìn)行觀察，有利于科學(xué)課堂互動(dòng)活動(dòng)的開(kāi)展，這是新課改中指出的“細(xì)心呵護(hù)與生俱來(lái)的好奇心，培養(yǎng)他們對(duì)科學(xué)的興趣和求知欲，引領(lǐng)他們學(xué)習(xí)與周?chē)澜缬嘘P(guān)的科學(xué)知識(shí)”的體現(xiàn)。

案例2：在《生物學(xué)》八年級(jí)上冊(cè)第五單元第六節(jié)《鳥(niǎo)》的教學(xué)中，讓學(xué)生們找一找鳥(niǎo)類(lèi)適于飛行的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，課本中描述鳥(niǎo)類(lèi)的“身體呈流線型，可減少飛行中空氣的阻力”?！傲骶€型”在大部分視障學(xué)生的頭腦中沒(méi)有認(rèn)知，當(dāng)然也無(wú)法將其流線型特點(diǎn)代入鳥(niǎo)類(lèi)的體形中思考。有了3D打印技術(shù)，這些問(wèn)題就迎刃而解了。采用三維教具教學(xué)時(shí)，提高了課堂活動(dòng)的趣味性，在一定程度上滿足視障學(xué)生對(duì)于認(rèn)識(shí)事物及原理的好奇心與求知欲，引發(fā)他們對(duì)相關(guān)問(wèn)題的思考，如流線型為何可以減少空氣阻力？鳥(niǎo)的“嘴”(喙)是不是都是尖的？鳥(niǎo)的翅膀是不是也呈流線型？……

案例3：通過(guò)開(kāi)展多種教學(xué)模式,促進(jìn)學(xué)生的學(xué)科綜合性學(xué)習(xí),是現(xiàn)階段基于學(xué)科融合背景,需要做出的改善型教學(xué)策略。應(yīng)用3D打印教具開(kāi)展視障教學(xué)活動(dòng)，促進(jìn)了學(xué)科之間的有效融合。例如，在視障部低年級(jí)的語(yǔ)文教學(xué)過(guò)程中，會(huì)講述很多有關(guān)“心”的詞語(yǔ)和句子，如“心里”“愛(ài)心”“心得體會(huì)”“誰(shuí)言寸草心，報(bào)得三春暉”等。這時(shí)候，孩子們會(huì)對(duì)“心”充滿好奇，語(yǔ)文老師就可以借助我們3D打印的心臟模型形象地解釋詞句，視障孩子也和普通的孩子一樣，認(rèn)識(shí)自己的“心”，更好地理解“心”的重要性。

五、3D打印技術(shù)在應(yīng)用中的思考

目前，我校的3D打印技術(shù)還處于探索階段，在制作和教學(xué)應(yīng)用中還存在一些問(wèn)題：首先，師資力量還很薄弱，教師們進(jìn)行3D建模還存在一定的困難；其次，3D打印技術(shù)受到自身工藝和材料的限制，如何減少3D打印教具與真實(shí)物品之間的差距；再次，如何結(jié)合3D教具設(shè)計(jì)更適合于視障學(xué)生的教學(xué)模式，優(yōu)化課堂教學(xué)活動(dòng)；最后，怎樣指導(dǎo)視障學(xué)生更有效地使用3D教具，復(fù)習(xí)鞏固所學(xué)習(xí)的知識(shí)等。這些問(wèn)題都需要我們從事特殊教育的一線教師進(jìn)一步探究，更好地服務(wù)這群折翼的天使。

視力障礙學(xué)生是社會(huì)中的一個(gè)特殊群體，他們一樣擁有受教育的權(quán)利，擁有對(duì)這個(gè)世界的好奇。對(duì)于視力障礙學(xué)生，因?yàn)槭チ艘曈X(jué)能力去認(rèn)知世界，他們的認(rèn)知水平大大降低，因而更需要我們對(duì)他們開(kāi)展缺陷補(bǔ)償訓(xùn)練，尤其是從“以手代目”出發(fā)，發(fā)揮觸覺(jué)的作用，利用3D打印讓視力障礙學(xué)生更好地“看”世界，享受生活的五彩繽紛！