Tecnologie di stampa 3D open-source per l’istruzione: portare la produzione additiva in classe

la Michigan Technological University offre agli insegnanti un seminario completo sulla tecnologia di stampa 3D

Chelsea Schelly, Gerald Anzalone, Bas Wijnen e Joshua M. Pearce, ricercatori di diversi dipartimenti della Michigan Technological University , esplorano oggi uno degli aspetti più interessanti della fabbricazione digitale nel mondo, rilasciando i risultati del loro studio in relazione all’istruzione STEM nel recente pubblicato ” Tecnologie di stampa 3D open-source per l’istruzione: portare la produzione additiva in classe “.

Puntando sull’importanza dell’educazione STEM (focalizzata su scienza, tecnologia, ingegneria e matematica – a volte anche definita STEAM, con l’inclusione spesso trascurata dell’arte), gli autori discutono dell’importanza della stampa 3D, insieme al potenziale per interazione tra i curricula – soprattutto possibile grazie alla comunicazione e alla latitudine offerte dalla tecnologia open source e dall’innovazione.

Mentre gli individui fanno fatica a trovare lavoro in tutto il mondo, c’è stata un’ovvia fonte di frustrazione proveniente dal settore STEM in termini di industria in cui i datori di lavoro sono sfidati a trovare lavoratori adeguatamente istruiti. Oggi, numerose aziende internazionali offrono programmi di formazione speciali , seminari per insegnanti e studenti , e si continua a porre l’accento sulla necessità di incoraggiare le ragazze a perseguire istruzione e lavoro nelle STEM.

“Nonostante un lungo periodo di alta disoccupazione, negli Stati Uniti circa 4 milioni di posti di lavoro rimangono non occupati a causa di un numero inadeguato di laureati in discipline legate alle STEM”, affermano gli autori.

Mentre l’accessibilità e l’accessibilità economica sono propagandate come alcuni dei maggiori vantaggi della stampa 3D, questa non è sempre una realtà per molti contesti educativi. Potrebbero esserci preoccupazioni di bilancio poiché i costi amministrativi continuano ad aumentare a tutti i livelli nell’istruzione, i fondi sono limitati e il personale potrebbe non essere sufficientemente addestrato per intervenire e guidare le attività di progettazione 3D o stampa 3D.

La tecnologia open source è un enorme vantaggio per eliminare gli ostacoli di bilancio nell’istruzione, e in particolare con l’uso di stampanti 3D in stile RepRap . Gli autori vedono ‘chiare opportunità’ attraverso l’educazione STEM con stampanti 3D open source (OS3DP), grazie alla capacità di auto-replica, facilità d’uso con la stampa 3D e accessibilità a materiali standard come il PLA.

“Questi OS3DP hanno già dimostrato di offrire ai laboratori scientifici notevoli risparmi economici personalizzando attrezzature scientifiche sia semplici che avanzate”, affermano gli autori. “Ad esempio, equipaggiare un laboratorio di insegnamento delle scuole superiori con 30 configurazioni di ottica costa meno di $ 500 utilizzando l’approccio dell’ottica del sistema operativo, rispetto a $ 15.000 per le versioni commerciali.”

“Inoltre, le tecnologie OS3DP possono contribuire a un’esperienza educativa trasformativa tra insegnanti e studenti. Gli educatori possono diventare loro stessi studenti durante un seminario destinato a insegnare loro qualcosa di nuovo. “

Ciò è stato evidenziato nel seminario offerto per questo studio, in quanto i ricercatori hanno osservato gli insegnanti “sperimentare una trasformazione di comprensione”. Per questa ricerca, 22 insegnanti delle scuole medie e superiori sono stati assunti per la partecipazione, emergendo da una combinazione di discipline legate a STEAM. Durante il workshop, sono stati coinvolti nella costruzione, nell’utilizzo e persino nella risoluzione dei problemi di OS3DP per le stampanti MOST RepRap 3D.

Le stampanti hanno comportato un costo di circa $ 550 ciascuno, ma circa la metà delle parti poteva essere stampata in 3D. Il seminario doveva essere auto-diretto per gli educatori, accentuato da istruzioni online e strumenti visivi. I facilitatori sono stati designati per ulteriore aiuto quando gli insegnanti hanno imparato a costruire stampanti 3D abbastanza complesse. In termini di ricerca, gli autori sono stati in grado di studiare le percezioni degli insegnanti durante il processo, oltre a comprendere meglio come percepivano l’opportunità di utilizzare la tecnologia OS3DP a scuola.

Il seminario è durato tre giorni e mezzo presso il campus della Michigan Technological University, ospitato dal Michigan Tech Open Sustainability Technology Laboratory (MOST), e finanziato da Square One Educational Network e GM. Uno scienziato sociale addestrato era sul posto per osservare, condurre focus group, analizzare il materiale nelle applicazioni del workshop e valutare i risultati del sondaggio alla fine.

“Questa ricerca aveva lo scopo di migliorare la progettazione dei seminari per i seminari futuri, esplorare il potenziale per lo sviluppo di un seminario online scalabile ed esaminare i significati degli insegnanti associati alla tecnologia OS3DP e il modo in cui comprendono il loro potenziale per l’ambiente educativo”, hanno spiegato gli autori .

Le istruzioni per la costruzione sono state divise in due flussi, con tutti i membri “costantemente impegnati” nel processo di costruzione per le stampanti 3D disponibili in officina.

Il progetto consisteva nelle seguenti istruzioni:

Fotografie digitali di alta qualità di sezioni completate
Animazioni che dimostrano la vista 3D delle parti
Immagini che dimostrano ogni fase della build, con “documentazione chiara”
Brevi presentazioni e dimostrazioni

“Poiché gli utenti possono vedere immediatamente i risultati dei loro progetti geometrici, OpenSCAD è un buon modo per insegnare agli studenti la geometria e la codifica”, hanno spiegato gli autori. “Nonostante la relativa facilità d’uso, OpenSCAD è un potente programma di modellazione solida ed è stato utilizzato per progettare tutti i componenti delle stampanti 3D che sono stati stampati. Infine, OpenSCAD consente progetti parametrici, ovvero la possibilità di modificare un progetto in base alle specifiche modificando i parametri della geometria di un oggetto (ad es. Le forme sono scritte con variabili che altri possono cambiare). ”

“Ciò consente di apportare modifiche alla progettazione in modo semplice e rapido semplicemente modificando il valore delle variabili definite dall’utente, quindi una volta che una persona lo progetta, tutti possono personalizzare rapidamente la progettazione per se stessi.”

Ogni team ha completato con successo la costruzione delle proprie stampanti e gli insegnanti erano parti di stampa 3D entro la fine del workshop.

“Non solo gli insegnanti sono riusciti a costruire le loro stampanti e a stampare con loro; hanno anche sperimentato l’apprendimento potenziante e trasformativo che hanno descritto come possibile tra gli studenti con l’aiuto di OS3DP “, hanno affermato i ricercatori. “Gli insegnanti hanno partecipato attivamente alla creazione di conoscenze e oggetti, comunicando e apprendendo gli uni dagli altri, durante tutto il workshop.”

Gli insegnanti hanno valutato il workshop in un sondaggio, con l’85% che ha dichiarato di aver trovato il metodo di istruzione estremamente o molto efficace. Tutti i partecipanti hanno concordato sull’efficacia dei relatori durante il seminario e i commenti sulla tecnologia sono stati positivi.

I dati hanno mostrato in modo conclusivo che gli insegnanti partecipanti hanno sperimentato l’apprendimento trasformativo riguardo a OS3DP, acquisendo una comprensione del valore per i loro studenti, insieme all’opportunità di influenzare gli studenti che potrebbero non essere così coinvolti in classe e sfidando studenti dotati che potrebbero essere tipicamente annoiati . I ricercatori hanno descritto il feedback come “straordinariamente positivo”, con i commenti del sondaggio che chiariscono che tale educazione offre “un potenziale potente”, e in particolare con l’uso dell’apprendimento attivo.

“Gli insegnanti hanno descritto come le loro conoscenze su queste nuove tecnologie emergenti si sono evolute attraverso la partecipazione al workshop, mentre hanno appreso sui loro impatti ambientali, economici e sociali. Hanno anche descritto il senso di empowerment derivante dall’esperienza nel creare qualcosa, nel trasformare una pila di parti in una stampante utilizzabile e quindi in un disegno astratto in un oggetto reale “, hanno concluso gli autori. “Gli insegnanti hanno discusso di questo potenziale trasformativo come una conseguenza importante del conseguimento dell’OS3DP in classe, poiché gli studenti stessi potrebbero essere in grado di sperimentare una trasformazione che consente loro di vedersi come creatori attivi, creatori di oggetti e proprie esperienze educative”.

“Sosteniamo che OS3DP è trasformativo e autorizzante in un contesto educativo; abbiamo osservato in prima persona il suo effetto di insegnanti e crediamo che possa portare esperienze educative trasformative nell’aula tradizionale autorizzando gli studenti a essere creatori attivi piuttosto che consumatori passivi di conoscenze e materiali, trasformando le loro percezioni di se stessi e delle loro capacità attraverso un’istruzione attiva e partecipativa “.

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