4D打印技术在“人工智能+教育”中的融合路径探究

段元超

摘要：4D打印技术与“人工智能+教育”的融合路径主要有：智能工具与教学的融合;智能工具与编程教育的融合;智能工具与聋哑人康复训练的融合;智能工具与设计教育的融合。4D打印技术应用于“人工智能+教育”中虽然能够为教育改革创造更多的机遇，但是也由此引发了一些隐私、伦理问题，这些仍然需要在后续研究中进行深入分析。

一、“人工智能+教育”的发展现状

自2017年，国内率先开始关注人工智能+教育，且从当前研究现状来看，在未来几年相关研究将持续发烧。2019年，联合国教科文组织发布了人工智能的教育报告——《教育中的人工智能：可持续发展的挑战与机遇》，报告提出，有研究预测，在2021年之前数字教育市场将会在每年提高5%;在2017年至2021年期间，人工智能市场将会提高50%，尽管人工智能在教育领域的公共政策还未发展成熟，但是在未来十年里，人工智能在教育领域的发展有呈指数增长的发展趋势。AI和机器智能深刻着影响着教育变革，既为教育变革带来了很多新的机遇，也带来了一些关于隐私、伦理等问题的挑战。智能机器人陪伴学习已经出现在现实教育中，未来智能机器人陪伴学习与社交机器人互动学习可能会为教育改革开创一个新局面。人工智能背景下，“人工智能+教育大数据+学习分析”这一模式正在构建着新的研究范式，且随人工智能发展而生的生态构建、数据分析、精准测量及动态评价，将为教育改革注入更多的新鲜血液。人工智能在教育领域的发展也为中小学教师提出了更高的要求，教师必须具备较高的数据素养，才能够与人工智能教育实现更加完美的契合。而且，教师的角色也发生了转变，由知识的传授者逐渐走向设计者。在机器人教师出现之后，传统教师的设计能力将会成为有力的竞争优势。

二、4D打印技术在“人工智能+教育”中的融合路径

（一）智能工具与教学的融合

智能工具与教学之间的融合是指将智能工具应用到教学过程之中。在教学活动中，离不开教学工具，教学工具的智能化与现代化为现代教育教学活动提供了极大的便利。4D打印技术的出现为教学工具的智能化发展带来了福音，能够和不同的教学场景、教学环境进行有机融合。在制造4D打印物品之前，首先必须要对物品进行流程设计，对物品的变形情况以及多种形态的变化结果进行设计，在这个过程中能够很好地培养学生的设计能力和思维能力。4D打印技术的产品能够向学生提供动态演示，这比静物展示更加地生动、形象、具体，能够帮助学生理解复杂知识，加深学生对复杂知识的理解和记忆。4D打印技术打印出来的玩具具有可交互性，这与教学活动的交互性是相一致的，学生使用这些玩具能够有效地提高动手能力和实践能力，有利于直接经验的获取，同时还能够扩大学习者的沟通空间。另外，在大数据背景下应运而生的“人工智能+教育”学习效果监测与评价，有利于及时地反馈学生的学习情况，在分析有效数据的基础上分析学生的学习兴趣所在，有利于对学生进行差异化教学。另外，还有利于及时地发现学生学习的不足，帮助学生及时地找到问题并解决问题。通过学生与智能系统的交互对话，可以直接形成学习分析报告，为教师把握教学进度也提供了重要参考，有利于提高教学质量和教学效率。

（二）智能工具与编程教育的融合

在21世纪，技术使用的生产性以及技术的创新性是实践中非常重要的两个特征。教学者和学习者是教育活动中的两个关键主体，在当前科学技术日新月异教育技术不断革新的时代背景下，无论是教师还是学生，都应该不断地学习新知识，提高自己的综合能力和整体素养，才有这样，才能够紧跟时代发展的步伐。编程教育的核心和目标在于将零碎的想法转化为 结构化的思考方式。“编程素养”属于素养结构中的基础性素养，指的是学习者借助以编程为主要内容的学习模式，提高自身的思维能力和逻辑能力，从而适应当前迅速变化的科技发展情势，紧跟教育革新的步伐。4D打印技术的出现，做到了将人工智能同编程教育的完美结合。因为有了人工智能系统的有力支持，未来的学习者就能够更加便捷地对4D打印的产品作出精准大胆的描述，借助人工智能来识别具体的需求，然后通过逆向推导的方式，实现思维理念的逻辑化。学习者在充分地认识这些逻辑关系之后，能够顺利地打印出动态产品。如此一来，不仅能够使学生在设计与学习的过程中真正地学习到知识，还能够培养学生的思维能力和动手能力;不仅能够使学生感受到学习中的乐趣，还能够使学生真正地看到学习成果，实现了学习成果的“可视化”。在这个过程中，学生对编程知识形成更加全面深入的理解，而且在今后的学习中也能够重复应用这些思维，在实践中不断地进行丰富和完善。

（三）智能工具与设计教育的融合

在时装设计学习中，通过使用4D打印技术不仅能够节约资源，而且还能够为学生提供将设计理念付诸于实践的平台。4D打印技术可以改变服装的格局，仅仅需要一台人体3D扫描仪和一台4D打印机，就可以按照自己的审美风格与偏好对服装进行设计。而且，由于4D打印技术能够简化实物造物这个步骤，所以能够很好地节约成本资源。设计的过程注定是一个不断设计伴随不断更改的过程，如果每次设计更改都需要进行实物制作的话，无疑会造成资源的浪费。4D打印技术的出现，为节约资源提供了无限可能。

三、结论

研究发现，4D打印技术与“人工智能+教育”的融合路径主要有：智能工具与教学的融合;智能工具与编程教育的融合;智能工具与聋哑人康复训练的融合;智能工具与设计教育的融合。在教学活动中，离不开教学工具，教学工具的智能化与现代化为现代教育教学活动提供了极大的便利。4D打印技术的出现为教学工具的智能化发展带来了福音，能够和不同的教学场景、教学环境进行有机融合。人工智能背景下，“人工智能+教育大数据+学习分析”这一模式正在构建着新的研究范式，且随人工智能发展而生的生态构建、数据分析、精准测量及动态评价，将为教育改革注入更多的新鲜血液。

参考文献：

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