视觉在对一个新事物的认识中起着决定性作用，健视者认识一个事物百分之九十都是靠视觉获得的，视障者由于视觉的缺损只能依靠听觉和触觉进一步获取信息，这导致视障者认识事物的不全面性，视障生学习几何立体图形的困难性的显现。

本研究将根据视障生的学习特点，在普通教具的基础上，利用3D打印技术，设计制作出可触摸点、线、面的几何教具。

一、研发3D盲文教具的背景

据中国盲人协会数据显示，我国现有8500万残疾人，视障者有1731万，其中约830万为全盲。目前，全国已有百余所接受视障者的特殊教育学校，更多的视障学生也可以像健视生一样走进属于他们自己的课堂。但是视障学生的学习要比健视生困难许多，健视生可以通过PPT、视频、图像等直观教具进行学习，视障生大部分是靠触觉代替视觉来感知世界，如果仅仅提供简单的平面图或者普通教具是无法准确理解几何图形的高、母线、半径等概念的[1]。视障学生在学习过程当中，常会遇到数学几何图形相关知识（如：梯形、平行四边形、圆锥体、圆柱体），因目前没有符合视力障碍学生特点的专用教具，只能靠授课老师的语言进行描述，不同的老师描述方式不同，不同的学生在自己的脑海中会形成千差万别的图像，这对于视障者准确理解数学几何图形造成了极大的困难[2]。

直观教具具有形象、易于操作的特性,可以把抽象的知识具体化,加深学生对知识的理解,提高教学效率。于是，3D 打印触摸教具的研发将满足盲人教育中教学内容多样化的需求。

3D打印技术在国内外已经相当成熟，涉及建筑，广告，玩具，医疗等领域，给我们的生活带来了极大的便利。本文在普通实物教具的基础上，将现代3D打印技术与盲文相结合，引入符合视障者特色的学习中，设计制作出可触摸的立体盲文专用教具，视障生可以通过触摸教具上盲文点组成的线，准确掌握数学图形的半径、直径、高等概念，从而提高视障生基础教育阶段数学教学质量。

二、3D专用盲文教具的设计与制作

（一）设计理念：

这里以盲文圆锥体教具的设计为例，介绍3D盲文几何教具的基本设计理念：

在专业3D制图软件“SolidWords”上设计出圆锥体模型，用突出于圆锥表面2mm的半球体表示盲文点位，将盲文点连成一条线段，在圆锥的侧面从顶点到底面做一条垂直线，表示圆锥体的母线；在圆锥底面圆心处用直径为4mm的半球体，表示圆锥底面的圆心；在圆锥底面用盲文点连成的线，从底面圆心到底面圆周做一条垂直线，表示圆锥底面半径；用盲文点线绕圆锥底面一圈，表示圆锥体的底面周长；将圆锥底面与侧面设计成卡扣结构，便于将圆锥底面拆卸下来，用一根垂直直径为2mm的圆柱从圆锥的顶点垂直于底面通过圆锥内部，表示圆锥体的高。

（二）盲文几何教具中点、线、面的优化方案：  

1.点：用4mm的半球体设计，利于触摸，便于与线相区分；

2.线：用2mm的半球体排列连成线，大小接近盲文点，用最小尺寸表示线段，让视障生理解更精准，触摸效果最佳；

3.面：用粗糙和光滑表示立体几何中的不同面，让理解更深刻；

4.高对比色：用不同的高对比色表示点、线、面，便于视障生中的低视力同学辨别；

以上4点，可使视障生中的全盲和低视力全覆盖；

（三）材料选择：

本研究对适用于3D打印的水凝胶、金属材料、光敏树脂3种材料进行了综合分析考察。选材重点考察了韧性、硬度、使用寿命等因素，其中韧性要强，便于视障生反复触摸学习，不易损坏；材料边缘要圆润，不易划伤视障生手指；材料硬度要适当，硬度太低会导致教具变形。

水凝胶是一种具有交联三维网络的高分子结构,能够吸收并保持大量的水分(可达99%)。天然水凝胶，如明胶、琼脂、海藻酸钠等具有较高的溶胀性,机械性能相对较差,限制了其应用范围。

金属材料也较早用于3D打印行业，但是多用于零件制造，且金属材料普遍较重，不适合用于制作教具。

光敏树脂是最常见的3D打印材料，主要采用的是自由基聚合的丙烯酸酯体系。商业化的丙烯酸酯有多种类型,需要根据不同的需求对配方进行调整。总体而言,3D打印用的光敏树脂有以下几点优点:(1)固化前性能稳定,一般要求可见光照射下不发生固化;(2)反应速度快,更高的反应速率可以实现高效率成形;(3)粘度适中,以匹配光固化成形装备的再涂层要求;(4)固化收缩小,以减少成形时的变形及内应力;(5)固化后具有足够的机械强度和化学稳定性;(6)毒性及刺激性小,以减少对环境及人体的伤害。目前市面上销售的光敏树脂种类多样,能够满足不同领域的需求。

综合上述数据分析，本研究选用了最经济实用又适用于教具制作的光敏树脂材料。

（四）盲文几何教具应用：

通过3D打印机，选取适合视障生的材料制作出符合视障生需求的3D专用盲文立体教具。视障生通过触摸教具上盲文点组成的线段，理解并掌握有关立体图形的高、半径、直径、周长等概念。

三、3D盲文教具的创新之处与研发价值

1. 利用现代3D打印技术弥补视障者学习中的短板和不足，将3D打印技术引入视障生教具的研发中，为提高我国残疾人的基础素质教育提供便利。

2. 建立视障者专用3D教具数据库，填补国内特殊教育视障生教学空白。

3. 建立网络共享平台，将盲文专用教具通过快递等方式，邮寄到各地招收视障生的特教学校，实现全国各地特殊教育学校教育资源的共享，促进残疾人事业的发展。

4. 提高社会视障者群体认识世界的能力，完善各类体验馆的建设，让更多的视障者通过触摸模型来认识世界，感受他们看不到的世界，开拓眼界，提高社会融入度。

5. 本研究设计的基础教育阶段数学教具，不仅适用于视障生的教学活动中，同时也适用于健视者的数学学习中。盲文几何教具中突出于教具表面的半径、直径、周长，可以有效激发健视生的学习兴趣，提高基础教育阶段数学教学质量，促进残健融合。

四、总结

3D盲文教具的研发是将现代科学技术与视障生使用的盲文点位结合，制作出一系列符合中小学特殊教育数学教学使用的专用教具，有利于为视障人士提供更好的教育资源，从而提高视障生基础教育的质量，推进残疾人的高等教育。

总之，3D打印与盲文相结合的视障生教具研发是一项充满挑战但又非常有意义的工作。它不仅可以帮助视障学生更好地理解数学图形，提高学习效率，也为残疾人事业的发展做出了贡献。我们相信，随着科技不断进步和社会的不断发展，视障学生的教育和融入社会的程度也会不断提高，他们也将站在更广阔的天地上迎接更美好的未来。

参考文献：

[1]沈光银.盲校小学数学配套教具设计的思考———基于运动觉与触摸觉通道[J].现代特殊教育，2017(3):45-47.

[2]贾翰林.现代教育技术在视障数学教学中的应用[J].读与写:上,下旬,2015,000(006):152-152.

作者简介：

第一作者：姓名：李鑫，单位：滨州医学院特殊教育学院

第二作者：姓名：赵一帆，单位：滨州医学院特殊教育学院