使用3D打印教导盲人学生

本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点

盲人学生学习视觉概念的方式与视力正常的同龄人不同。诸如凸线图之类的触觉图形长期以来一直用于帮助有视觉障碍的学生，但是简单地在为视力正常学生设计的图形上增加第三维度，会带来许多假设——例如关于透视的假设——这些假设与盲人学生理解世界的方式不同步。 

洛杉矶教育工作者迈克·切维里和洛尔·辛德勒是3D打印机的早期采用者，他们使用3D打印机为视障学生创建模型，以学习抽象的数学和科学概念。两年前，我们遇到了切维里（艺术与科学院山谷分校的视障教师）和辛德勒（洛杉矶联合学区视障技术专家）。我们将他们与一群希望进行夏季3D打印项目的帕萨迪纳城市学院学生聚集在一起。我们指导了这个小组，并决定创建一个学校的触觉地图，该学校有很多视障学生。

触觉地图使用凸起的符号、盲文和结构轮廓，使盲人能够在空间中导航。这张地图是为年幼的盲人学生设计的，供他们在学习导航校园时使用。当时正在出现一些标准，描述3D打印盲文的最佳方法以及地图上使用的符号，但在很大程度上，我们不得不边走边发明。这并非总是顺利。有一次，我们认为我们会发明一个符号来表示门口的位置，结果成功使用了现有的“女士洗手间”符号。哎呀。

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创建物理和抽象信息混合的3D模型，例如带有房间号和注释（如我们在上一段中提到的地图）的两层学校，需要在包含多少信息方面做出很多权衡。很容易创建无法辨认的盲文点和物理模型细节的密集区域。任何表示——即使是对像建筑物这样并非特别抽象的事物的表示——也必须有点像卡通，强调某些事物而忽略其他事物。

当然，并非只有我们才在考虑这个问题。切维里与其他教师合作，制作了他学生居住的社区的3D打印地图、哈勃太空望远镜的模型以及简单的数学模型，例如直尺和量角器。他目前正在教一位盲人学生使用名为OpenSCAD的基于文本的设计软件来创建螺钉和螺栓的设计。而且这并非唯一的此类努力。盲人物理学本科生切尔西·库克的感人2013

TedX演讲讲述了她在弗吉尼亚理工大学通过3D打印物体学习物理和数学的经历，这清楚地表明了这项技术的潜力。

我们曾帮助指导帕萨迪纳的学生制作了一些模型，但在接下来的两年里，我们一直在探索如何帮助将3D可打印设计提供给所有需要它们的视障学生教师。3D打印过程的第一步是生成可打印的计算机辅助设计文件，称为立体光刻 (STL) 文件。有很多网站提供免费的 STL 文件下载，但是教师找到他们想要的确切文件的几率很低，并且这些文件的质量可能参差不齐。我们发现，视障学生的教师通常没有时间学习使用计算机辅助设计软件或搜索现有文件。但是，许多人可以使用 3D 打印机，如果他们有设计，就可以打印出来。

然而，有一群人确实有时间制作 3D 可打印设计，那就是学习 3D 打印或 3D 设计的学生。许多学校、图书馆和类似的团体在过去一两年里已经开始建立创客空间或 3D 打印实验室，他们都需要用他们的新技术做一些事情。在我们看来，显然有必要将视障学生的教师与正在寻找使用他们购买的 3D 打印机方法的学校联系起来。

我们参加了2016年Hackaday Prize竞赛，旨在在全球范围内创建这样一个社区。Hackaday Prize 的组织者表示，他们鼓励使用硬件、代码、科学研究、设计以及电气和机械能力来为世界带来积极的改变。我们的参赛作品创建了一个公共的Google Group，我们可以在其中帮助教师发布设计请求。教师、图书管理员或其他有学生寻找 3D 打印项目的人可以认领创建这些设计。我们记录了与请求者合作创建模型的技巧，这些模型在（就它们应该代表的内容而言）是准确的、易于可靠打印的，并且对盲人有用。

为了演示这个过程，我们满足了一位老师的要求，设计了不同形状的物体——圆锥体、圆柱体等等——它们都具有相同的体积。老师们希望这些物体是空心的，并且有一个开口侧，这样学生就可以将水从一个物体倒入另一个物体，以证明内部体积相同。但他们也希望有一种方法来完成形状，我们通过为每个物体建模一个可移动的盖子或底座来解决这个问题。我们知道人们会希望在各种不同的 3D 打印机上打印它们，并且可能使用不同的材料，因此设计需要考虑到这一点。最后，老师们要求我们钝化尖锐的点（如圆锥体的尖端），使盲人可以舒适地处理它们。我们通过在圆锥体和金字塔等尖头物体的顶部添加一个小球来实现这一点。截至 11 月 6 日，开源设计已被下载 729 次。

该项目被选为半决赛入围者——最高荣誉授予了为搜索和救援行动设计的模块化机器人。但除了奖项之外，还有更大的意义。为盲人学生创建模型只是为触觉学习者制作模型的一个极端版本，触觉学习者通常在典型的白板方程教学数学和科学的方式中表现不佳。创建物理模型需要深刻的理解，远远超出勉强通过测验可能需要的理解。我们希望我们的 Google Group 将促进学生和教师之间新型的协作学习方式。