I dette blogindlæg vil vi fokusere på "Potentialet og udfordringerne ved at bruge 3D-print i matematikundervisning for synshandicappede".

Oversigt over 3D-print

3D-printning er en teknologi, der bygger fysiske objekter – som kan berøres i hånden – ved at lægge computerdesignede 3D-modeldata lagvis sammen, ét lag ad gangen. Denne teknologi hyldes som en central drivkraft for den tredje industrielle revolution, da den drastisk reducerer produktionsprocesser og muliggør skabelsen af ​​produkter, der tidligere var umulige at fremstille ved hjælp af konventionelle metoder. 3D-printning forventes at blive anvendt inden for en bred vifte af områder, herunder ikke kun fremstilling, men også kunst, arkitektur, militæret og medicin. Desuden er dens potentiale til brug i uddannelse af synshandicappede også blevet fremhævet. Specifikt kan det bruges til at producere taktile undervisningsmaterialer, der er nødvendige til uddannelse af synshandicappede.
3D-printning består af tre hovedprocesser: modellering, slicing og printning. For det første involverer modelleringsprocessen generering af de 3D-data, der kræves til printning. Der er to metoder til modellering: scanning af et objekt ved hjælp af en 3D-scanner eller oprettelse af en model direkte ved hjælp af 3D-software. Skaberen skal generere en STL-fil gennem denne proces. STL (Surface Tessellation Language) er et filformat, der er oprettet for at standardisere eksisterende 3D-dataformater; det er karakteriseret ved at repræsentere overfladen af ​​et 3D-objekt ved hjælp af adskillige trekantede flader.
3D-printere kan dog ikke genkende STL-filer genereret på denne måde direkte. Derfor kræves der en proces for at konvertere STL-filen til et format, som en 3D-printer kan genkende. Den software, der udfører denne rolle, kaldes slicing-software, og det output, den genererer, kaldes G-kode. 3D-printeren bruger denne G-kode til at producere det faktiske printede objekt.
Det vigtigste træk ved 3D-printning er, at det er en additiv proces; i modsætning til traditionelle fremstillingsmetoder opbygges produktet ved at lægge materialet lagvis ét lag ad gangen. De mest repræsentative additive fremstillingsteknikker omfatter SLS-metoden (Selective Laser Sintering), som med succes blev udviklet af 3D Systems – grundlagt af Chuck Hull i USA i 1986 – og FDM-metoden (Fused Deposition Modeling), som blev patenteret i 1989 af Scott Crump, grundlæggeren af ​​Stratasys. SLS og FDM er de to fremstillingsmetoder, der i øjeblikket anvendes af de fleste kommercielt tilgængelige 3D-printere.
Først affyrer en SLS 3D-printer selektivt en laser mod pulver spredt over byggepladen for at sintre eller smelte partiklerne sammen. SLS er en proces, der opbygger lag ved at udføre dette trin gentagne gange. FDM-metoden er endnu mere udbredt; den involverer at føre et termoplastisk materiale (et materiale, der blødgøres ved opvarmning, typisk plastik) gennem en dyse i form af et tyndt filament og ekstrudere det lag for lag, ligesom at spinde garn. SLS og FDM er allerede de mest almindeligt anvendte metoder inden for 3D-printning, og med det nylige udløb af relaterede patenter forventes de at erobre en endnu større markedsandel i fremtiden.

Anvendelser i matematikundervisning for synshandicappede

3D-printning, som har åbnet nye horisonter i fremstillingssektoren ved at anvende additive fremstillingsmetoder, har et stort potentiale for anvendelse på tværs af forskellige områder. Selvom det synes anvendeligt i de fleste eksisterende industrier, vil dette afsnit fokusere på dets anvendelse inden for det relativt underudforskede felt inden for uddannelse: specifikt matematikundervisning for synshandicappede.
Generelt står matematikundervisning for synshandicappede ofte over for betydelige udfordringer. Vanskelighederne i klasseværelset er særligt udtalte inden for matematiske områder, der er stærkt afhængige af visuelle elementer, såsom graftegning. Der er dog et argument for, at synshandicap, forudsat at de rette uddannelsesmæssige betingelser er til stede, faktisk kan tjene som en fordel i matematisk forskning, især inden for områder som geometri og topologi. Bernard Morin, en fransk differentialgeometriker, opnåede betydelige resultater inden for geometri og topologi på trods af at være synshandicappet. Med dette eksempel argumenterer den russiske videnskabsmand Alexei Sosinski for, at synshandicappede personer udmærker sig inden for visse områder af geometri sammenlignet med seende. Begrundelsen er, at mens hjernen hos seende personer opfatter tredimensionelle former som billeder projiceret på en todimensionel nethinde - hvilket uundgåeligt sætter grænser for præcis tænkning - er dette ikke tilfældet for synshandicappede. Selvom synshandicappede anses for at have et så stort matematisk potentiale, er de nuværende betingelser for deres matematikundervisning ret dårlige.
Den største udfordring i matematikundervisningen for synshandicappede er, hvordan man hjælper eleverne med at forstå grafer. Eksisterende taktile undervisningsmaterialer har traditionelt præsenteret grafer som mønstre af prikker. Dette format giver dog betydelige produktionsvanskeligheder. Da det ikke bruger standard brailletegn, stiger den tid og de omkostninger, der kræves for at producere braillebøger, eksponentielt.
Et andet problem er den ulejlighed, der opstår under undervisningen. Når en lærer forklarer andre eksempler end dem, der præsenteres i lærebogen, kan dette let løses ved simpel tavleskrivning i den almene undervisning, men det er umuligt i undervisningen af ​​elever med handicap. Da det tager lang tid at producere nye taktile undervisningsmaterialer, er lærerne tvunget til udelukkende at stole på de eksisterende taktile materialer. De tidsmæssige og økonomiske vanskeligheder forbundet med at producere taktile undervisningsmaterialer, sammen med det begrænsede udvalg af tilgængelige materialer, kan betragtes som de to største problemer.
En undersøgelse anvendte 3D-printning til at løse dette problem. 3D-printning er yderst velegnet til at løse de ovennævnte problemer. Da 3D-printning muliggør nem produktion af enhver model ved hjælp af en relativt billig 3D-printer, sparer det både tid og penge sammenlignet med outsourcing til eksterne leverandører. Udvalget af tilgængelige undervisningsmaterialer er også praktisk talt ubegrænset. Dette skyldes, at enhver type model kan printes med blot en enkelt 3D-printer ved at ændre en STL-fil.
I dette studie udviklede vi et program ved hjælp af 3D-modelleringssoftwaren Blender og slicing-softwaren Cura, der automatisk genererer en STL-fil af en tilsvarende graf, når en matematisk funktion indtastes. Baseret på dette printede vi taktile undervisningsmaterialer og udførte et studie med involverede faktiske klasser på en blindeskole for at indsamle feedback. Som et resultat evaluerede både lærere og elever introduktionen af ​​disse supplerende undervisningsmaterialer i matematikundervisningen positivt og rapporterede, at de hjalp med effektiv forståelse under undervisnings- og læringsprocessen.
Der blev dog identificeret flere problemer, der skal løses, såsom det faktum, at 3D-printere endnu ikke er bredt tilgængelige i skoler for blinde, og at selvom processen med at oprette 3D-modeller er blevet forenklet så meget som muligt, er der stadig en relativt høj adgangsbarriere for den brede offentlighed, der ikke er bekendt med 3D-software.
Da 3D-printere viser potentiale for anvendelse inden for forskellige områder og er identificeret som nøgleaktører i fremtidens industrier, forventes de også at spille en betydelig rolle inden for uddannelse af synshandicappede. Selvom der stadig er plads til forbedringer med hensyn til implementeringsrater, præcision og brugervenlighed, forudsiger eksperter, at disse tekniske problemer snart vil blive løst, og at en æra vil komme, hvor 3D-printere er bredt tilgængelige i hjem og institutioner. Hvis dette sker, er der håb om, at 3D-printteknologi vil udvikle sig fra at være en nøgleaktør i fremtidens industrier til en "varm teknologi", der adresserer uddannelsesmæssige udfordringer for mennesker med handicap, som ofte er marginaliserede.