4D打印技術(shù)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(shù)與“人工智能+教育”的融合路徑主要有：智能工具與教學(xué)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(fù)訓(xùn)練的融合;智能工具與設(shè)計(jì)教育的融合。4D打印技術(shù)應(yīng)用于“人工智能+教育”中雖然能夠?yàn)榻逃母飫?chuàng)造更多的機(jī)遇，但是也由此引發(fā)了一些隱私、倫理問(wèn)題，這些仍然需要在后續(xù)研究中進(jìn)行深入分析。

一、“人工智能+教育”的發(fā)展現(xiàn)狀

自2017年，國(guó)內(nèi)率先開(kāi)始關(guān)注人工智能+教育，且從當(dāng)前研究現(xiàn)狀來(lái)看，在未來(lái)幾年相關(guān)研究將持續(xù)發(fā)燒。2019年，聯(lián)合國(guó)教科文組織發(fā)布了人工智能的教育報(bào)告——《教育中的人工智能：可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)與機(jī)遇》，報(bào)告提出，有研究預(yù)測(cè)，在2021年之前數(shù)字教育市場(chǎng)將會(huì)在每年提高5%;在2017年至2021年期間，人工智能市場(chǎng)將會(huì)提高50%，盡管人工智能在教育領(lǐng)域的公共政策還未發(fā)展成熟，但是在未來(lái)十年里，人工智能在教育領(lǐng)域的發(fā)展有呈指數(shù)增長(zhǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。AI和機(jī)器智能深刻著影響著教育變革，既為教育變革帶來(lái)了很多新的機(jī)遇，也帶來(lái)了一些關(guān)于隱私、倫理等問(wèn)題的挑戰(zhàn)。智能機(jī)器人陪伴學(xué)習(xí)已經(jīng)出現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)教育中，未來(lái)智能機(jī)器人陪伴學(xué)習(xí)與社交機(jī)器人互動(dòng)學(xué)習(xí)可能會(huì)為教育改革開(kāi)創(chuàng)一個(gè)新局面。人工智能背景下，“人工智能+教育大數(shù)據(jù)+學(xué)習(xí)分析”這一模式正在構(gòu)建著新的研究范式，且隨人工智能發(fā)展而生的生態(tài)構(gòu)建、數(shù)據(jù)分析、精準(zhǔn)測(cè)量及動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，將為教育改革注入更多的新鮮血液。人工智能在教育領(lǐng)域的發(fā)展也為中小學(xué)教師提出了更高的要求，教師必須具備較高的數(shù)據(jù)素養(yǎng)，才能夠與人工智能教育實(shí)現(xiàn)更加完美的契合。而且，教師的角色也發(fā)生了轉(zhuǎn)變，由知識(shí)的傳授者逐漸走向設(shè)計(jì)者。在機(jī)器人教師出現(xiàn)之后，傳統(tǒng)教師的設(shè)計(jì)能力將會(huì)成為有力的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

二、4D打印技術(shù)在“人工智能+教育”中的融合路徑

（一）智能工具與教學(xué)的融合

智能工具與教學(xué)之間的融合是指將智能工具應(yīng)用到教學(xué)過(guò)程之中。在教學(xué)活動(dòng)中，離不開(kāi)教學(xué)工具，教學(xué)工具的智能化與現(xiàn)代化為現(xiàn)代教育教學(xué)活動(dòng)提供了極大的便利。4D打印技術(shù)的出現(xiàn)為教學(xué)工具的智能化發(fā)展帶來(lái)了福音，能夠和不同的教學(xué)場(chǎng)景、教學(xué)環(huán)境進(jìn)行有機(jī)融合。在制造4D打印物品之前，首先必須要對(duì)物品進(jìn)行流程設(shè)計(jì)，對(duì)物品的變形情況以及多種形態(tài)的變化結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)，在這個(gè)過(guò)程中能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和思維能力。4D打印技術(shù)的產(chǎn)品能夠向?qū)W生提供動(dòng)態(tài)演示，這比靜物展示更加地生動(dòng)、形象、具體，能夠幫助學(xué)生理解復(fù)雜知識(shí)，加深學(xué)生對(duì)復(fù)雜知識(shí)的理解和記憶。4D打印技術(shù)打印出來(lái)的玩具具有可交互性，這與教學(xué)活動(dòng)的交互性是相一致的，學(xué)生使用這些玩具能夠有效地提高動(dòng)手能力和實(shí)踐能力，有利于直接經(jīng)驗(yàn)的獲取，同時(shí)還能夠擴(kuò)大學(xué)習(xí)者的溝通空間。另外，在大數(shù)據(jù)背景下應(yīng)運(yùn)而生的“人工智能+教育”學(xué)習(xí)效果監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，有利于及時(shí)地反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，在分析有效數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上分析學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣所在，有利于對(duì)學(xué)生進(jìn)行差異化教學(xué)。另外，還有利于及時(shí)地發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的不足，幫助學(xué)生及時(shí)地找到問(wèn)題并解決問(wèn)題。通過(guò)學(xué)生與智能系統(tǒng)的交互對(duì)話，可以直接形成學(xué)習(xí)分析報(bào)告，為教師把握教學(xué)進(jìn)度也提供了重要參考，有利于提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率。

（二）智能工具與編程教育的融合

在21世紀(jì)，技術(shù)使用的生產(chǎn)性以及技術(shù)的創(chuàng)新性是實(shí)踐中非常重要的兩個(gè)特征。教學(xué)者和學(xué)習(xí)者是教育活動(dòng)中的兩個(gè)關(guān)鍵主體，在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)日新月異教育技術(shù)不斷革新的時(shí)代背景下，無(wú)論是教師還是學(xué)生，都應(yīng)該不斷地學(xué)習(xí)新知識(shí)，提高自己的綜合能力和整體素養(yǎng)，才有這樣，才能夠緊跟時(shí)代發(fā)展的步伐。編程教育的核心和目標(biāo)在于將零碎的想法轉(zhuǎn)化為 結(jié)構(gòu)化的思考方式?！熬幊趟仞B(yǎng)”屬于素養(yǎng)結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)性素養(yǎng)，指的是學(xué)習(xí)者借助以編程為主要內(nèi)容的學(xué)習(xí)模式，提高自身的思維能力和邏輯能力，從而適應(yīng)當(dāng)前迅速變化的科技發(fā)展情勢(shì)，緊跟教育革新的步伐。4D打印技術(shù)的出現(xiàn)，做到了將人工智能同編程教育的完美結(jié)合。因?yàn)橛辛巳斯ぶ悄芟到y(tǒng)的有力支持，未來(lái)的學(xué)習(xí)者就能夠更加便捷地對(duì)4D打印的產(chǎn)品作出精準(zhǔn)大膽的描述，借助人工智能來(lái)識(shí)別具體的需求，然后通過(guò)逆向推導(dǎo)的方式，實(shí)現(xiàn)思維理念的邏輯化。學(xué)習(xí)者在充分地認(rèn)識(shí)這些邏輯關(guān)系之后，能夠順利地打印出動(dòng)態(tài)產(chǎn)品。如此一來(lái)，不僅能夠使學(xué)生在設(shè)計(jì)與學(xué)習(xí)的過(guò)程中真正地學(xué)習(xí)到知識(shí)，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和動(dòng)手能力;不僅能夠使學(xué)生感受到學(xué)習(xí)中的樂(lè)趣，還能夠使學(xué)生真正地看到學(xué)習(xí)成果，實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)成果的“可視化”。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生對(duì)編程知識(shí)形成更加全面深入的理解，而且在今后的學(xué)習(xí)中也能夠重復(fù)應(yīng)用這些思維，在實(shí)踐中不斷地進(jìn)行豐富和完善。

（三）智能工具與設(shè)計(jì)教育的融合

在時(shí)裝設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中，通過(guò)使用4D打印技術(shù)不僅能夠節(jié)約資源，而且還能夠?yàn)閷W(xué)生提供將設(shè)計(jì)理念付諸于實(shí)踐的平臺(tái)。4D打印技術(shù)可以改變服裝的格局，僅僅需要一臺(tái)人體3D掃描儀和一臺(tái)4D打印機(jī)，就可以按照自己的審美風(fēng)格與偏好對(duì)服裝進(jìn)行設(shè)計(jì)。而且，由于4D打印技術(shù)能夠簡(jiǎn)化實(shí)物造物這個(gè)步驟，所以能夠很好地節(jié)約成本資源。設(shè)計(jì)的過(guò)程注定是一個(gè)不斷設(shè)計(jì)伴隨不斷更改的過(guò)程，如果每次設(shè)計(jì)更改都需要進(jìn)行實(shí)物制作的話，無(wú)疑會(huì)造成資源的浪費(fèi)。4D打印技術(shù)的出現(xiàn)，為節(jié)約資源提供了無(wú)限可能。

三、結(jié)論

研究發(fā)現(xiàn)，4D打印技術(shù)與“人工智能+教育”的融合路徑主要有：智能工具與教學(xué)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(fù)訓(xùn)練的融合;智能工具與設(shè)計(jì)教育的融合。在教學(xué)活動(dòng)中，離不開(kāi)教學(xué)工具，教學(xué)工具的智能化與現(xiàn)代化為現(xiàn)代教育教學(xué)活動(dòng)提供了極大的便利。4D打印技術(shù)的出現(xiàn)為教學(xué)工具的智能化發(fā)展帶來(lái)了福音，能夠和不同的教學(xué)場(chǎng)景、教學(xué)環(huán)境進(jìn)行有機(jī)融合。人工智能背景下，“人工智能+教育大數(shù)據(jù)+學(xué)習(xí)分析”這一模式正在構(gòu)建著新的研究范式，且隨人工智能發(fā)展而生的生態(tài)構(gòu)建、數(shù)據(jù)分析、精準(zhǔn)測(cè)量及動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，將為教育改革注入更多的新鮮血液。

參考文獻(xiàn)：

[1]王運(yùn)武， 周靜， 楊曼.新興技術(shù)如何變革高等教育---《2014地平線報(bào)告 （高等教育版） 》深層次解讀[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)教育技術(shù)， 2014 （4） ：343-349.

[2]張江健.智能化浪潮[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2017.

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