韓榮雷, 孫雪冬

(沈陽師范大學(xué) 教育技術(shù)學(xué)院, 沈陽 110034)

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創(chuàng)客時代3D打印在高校課程開發(fā)的應(yīng)用研究

韓榮雷, 孫雪冬

(沈陽師范大學(xué) 教育技術(shù)學(xué)院, 沈陽 110034)

隨著社會科技的不斷發(fā)展以及創(chuàng)客時代的到來,3D打印技術(shù)以一種流行的技術(shù)形勢在國內(nèi)外飛速發(fā)展與流行,是最近幾年內(nèi)非常熱門并且具有可持續(xù)發(fā)展的一項快速成型技術(shù),備受投資界和工業(yè)界的青睞。以多元智能理論為理論依據(jù),結(jié)合創(chuàng)客思想,采用行動研究的方法將3D打印技術(shù)與高校3Dmax課程進(jìn)行整合,探索3D打印技術(shù)在高校課程(以3Dmax課程為例)開發(fā)中的應(yīng)用問題;以母校為實踐探索基地,分析基本現(xiàn)狀,結(jié)合教學(xué)目標(biāo)設(shè)計教案,促進(jìn)教學(xué),豐富課堂文化氛圍;從教育理念方面促進(jìn)高等教育教學(xué)與現(xiàn)代教育方法深層變革。

3DP; 創(chuàng)客; 快速成型; 課程設(shè)計; 多元智能

創(chuàng)客是當(dāng)今社會比較流行的詞語,創(chuàng)客,一次源于“Maker”,創(chuàng)客指人們出于某種興趣愛好,針對某種事物賦予創(chuàng)新的想象與設(shè)計,最后通努力將這些創(chuàng)意的設(shè)計變成實物的過程,它的核心在于創(chuàng)新,是一個從無到有的過程。以創(chuàng)客的思想,在多元智能理論支持下,將3D打印應(yīng)用到高等教學(xué)中去,為激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維及想象力提供可能。自多元智能理論從國外引進(jìn)以來,許多研究者把多元智能理論和我國的高等教育實踐進(jìn)行了許多有益的探索和研究,對于高等教育的改革和發(fā)展具有非常重要的應(yīng)用價值,取得了大量的研究成果。對于高等教育的改革和發(fā)展具有非常重要的應(yīng)用價值,多元智能理論是促進(jìn)高等教育的一種策略或手段,在某種意義上構(gòu)建了一個新的智能內(nèi)涵,不僅拓寬了高等教育中的教育教學(xué)目標(biāo)與內(nèi)容,而且對于學(xué)生創(chuàng)新精神與實踐能力的培養(yǎng)有著不可替代的意義,倡導(dǎo)參與,重視過程性評價,幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)適合其智能特點(diǎn)的職業(yè)培養(yǎng)出更多的社會需要的高層次人才。在多元智能理論支持下,3D打印技術(shù)的加盟使得高等教育在培養(yǎng)人們多元智能發(fā)展可謂是錦上添花。

1 3D打印基本概述

1.1 3D打印基本技術(shù)原理

我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫钠胀ù蛴C(jī)可以通過電腦進(jìn)行設(shè)計構(gòu)思并將設(shè)計成果以二維的形式打印出來,所謂的3D打印與普通打印的基本原理是相同的,區(qū)別在于兩者使用的材料有所不同,直接的說,3D打印就是使用特殊的材料,例如塑料、尼龍、陶瓷、金屬等,通過電腦將打印材料一層一層的疊加起來,最后形成形成想要的實物的一個過程,目前主要的3D打印技術(shù)類型有:熔融沉積成型技術(shù)(FDM)、數(shù)字光學(xué)處理技術(shù)(DLP)、立體光固化成型技術(shù)(SLA)、選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(SLS),分層實體制造技術(shù)(LOM)等。其中熔融沉積成型技術(shù)在市面上最為常見。

1.2 3D打印應(yīng)用領(lǐng)域

目前3D打印技術(shù)正在飛速發(fā)展,無論在我們生活中的小飾品實用物品還是各個領(lǐng)域中的零件都可以通過3D打印來實現(xiàn),不管是塑料還是金屬材質(zhì)的同樣可以通過3D打印完成?？偠灾?D打印將在人們生活中扮演一個非常重要而流行的角色,在醫(yī)學(xué)、電子、建筑、食品、文物修復(fù)、航空航天等領(lǐng)域,在不久的將來,3D打印行業(yè)將無所不能,只有你想不到?jīng)]有3D打印做不到。

2 3D打印在高校課程開發(fā)的意義

2.1 培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字、圖形感知能力

毫無否認(rèn),當(dāng)今社會正是信息化高速發(fā)展的時代,數(shù)字化在社會中同樣占據(jù)著不可替代的作用,所謂的數(shù)字化, 數(shù)字化就是將許多復(fù)雜多變的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)據(jù),于此同時將這些數(shù)據(jù)建立成適當(dāng)?shù)臄?shù)字模型,把它們轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗杏嬎銠C(jī)可以識別、計算的二進(jìn)制代碼,引入計算機(jī)內(nèi)部,進(jìn)行統(tǒng)一計算的過程,在3D打印過程中,學(xué)生通過數(shù)字模型設(shè)計并連接3D打印機(jī)打印出來,在模型建造過程中,在3D模型制作軟件中通過對參數(shù)的調(diào)整,得到不同模型規(guī)格,與此同時激發(fā)了學(xué)生們的數(shù)字感知能力,由想象到圖形設(shè)計再到打印出實物,強(qiáng)烈的感知刺激使學(xué)生具有較強(qiáng)的圖形感知力。

2.2 激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造思維能力

如何提高學(xué)生的創(chuàng)造性思維一直是在教育行業(yè)以及學(xué)生家長關(guān)注的熱點(diǎn)問題,隨著教育信息化的不斷發(fā)展,國內(nèi)外一直在探索著新穎的、有效的教學(xué)策略,各個國家各個領(lǐng)域也有不同的觀點(diǎn),例如美國加州理工大學(xué)的多林·尼爾森以教學(xué)理念為基礎(chǔ),搭建逆向思維模型,他認(rèn)為:基于設(shè)計的學(xué)習(xí)模式中,教師挑戰(zhàn)學(xué)生去常見實物來反映主題,概念和標(biāo)準(zhǔn),有了這些實物,學(xué)生在互動中促進(jìn)信息的回憶和重用。而3D打印不僅在理論上給學(xué)生充電,最終的增加了學(xué)生接觸空間模型的機(jī)會,學(xué)生可以通過小組協(xié)作等方式,相對獨(dú)立的完成設(shè)計過程,通過設(shè)計身邊感興趣的實體化的東西來驗證自己的設(shè)計是否符合要求,在實踐中不斷的完善自己,最終獲得成功,從而就是激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造思維能力的一個途徑。

3 3D打印在我校的基本現(xiàn)狀分析

3.1 我校硬件分析

為了貫徹落實創(chuàng)新教育的有利實施,在教育領(lǐng)域培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的問題,在初期建設(shè)中,設(shè)計開發(fā)基于3D打印的學(xué)生創(chuàng)造性思維訓(xùn)練課程,在此基礎(chǔ)上,通過校領(lǐng)導(dǎo)的大力支持,我校創(chuàng)設(shè)了學(xué)生創(chuàng)新教育實驗室,實驗室占地面積約80平米,設(shè)有5臺3D打印機(jī)、3D掃描儀及輔助設(shè)備、計算機(jī)等設(shè)備,本著以學(xué)生為本的原則,將實驗帶入課堂,為學(xué)生的實踐提供可能。

3.2 教師學(xué)生的3D打印知識水平分析

3D打印對我校的全體師生完全是一個新生事物,我校與沈陽市巨子產(chǎn)業(yè)公司合作,學(xué)生經(jīng)常在老師的帶領(lǐng)下,定期分批量的去巨子公司進(jìn)行實地參觀察、學(xué)習(xí),在參觀學(xué)習(xí)過程中,不僅欣賞了實踐基地的創(chuàng)新作品,而且實踐基地工作人員給我們詳細(xì)講解了從基礎(chǔ)建模到模型切片到連接3D打印機(jī)到打印實物成品,每一個環(huán)節(jié)我們都有充分體驗的時間和機(jī)會,對于3D打印的基本常識已經(jīng)了解一二,參觀考察過程中在學(xué)生中的表現(xiàn)可以看出對3D打印有很高的興趣,并且通過簡單的調(diào)查之后得出,師生們都非常期待3D打印走進(jìn)大學(xué)的課堂,通過3D打印技術(shù)來實現(xiàn)自己想要的東西,培養(yǎng)學(xué)生課堂創(chuàng)造性能力,提高課堂參與率。與實踐基地聯(lián)合,提供了方便的條件的同時也給老師和學(xué)生增加了信心,雖然3D打印在教育領(lǐng)域中并沒有較為廣泛的應(yīng)用,無論是對于老師還是學(xué)生都是一個全新事物,甚至是個挑戰(zhàn),我校老師表示:“這都不是問題,我們有很強(qiáng)的信心將課程辦好,在學(xué)習(xí)中共進(jìn)步,共成長”。

4 探索我校3D打印課程設(shè)計----案例分析

3D打印分為3D打印機(jī)打印與3D打印筆兩種打印形式,所謂的3D打印筆是具有3d打印功能的筆。利用PLA、ABS塑料,3D打印筆可以在任何表面“書寫”,甚至可以直接在空氣中作畫。操作它無需電腦或電腦軟件支持。通電后,就可以開始你的奇妙創(chuàng)作?；?d打印,擠出熱融的塑料,然后在空氣中迅速冷卻,最后固化成穩(wěn)定的狀態(tài)。賦予了我們無盡的創(chuàng)造力。只要幾個小時的練習(xí),你便能夠描畫出驚人的絢爛。但是3D打印筆課程在大學(xué)課程開發(fā)中并不是占據(jù)主要地位,占主體地位的因該是通過建模的3D打印機(jī)課程設(shè)計。

4.1 3D打印機(jī)案例分析----以葫蘆為主題的案例分析

3D打印首先需要3D軟件建模,3D打印是逐層打印的,所以在打印之前進(jìn)行模型切片,最后連接到3D打印機(jī)上進(jìn)行模型打印。在課程設(shè)計上將與3Dmax課程進(jìn)行整合。同學(xué)分可以借助3D打印平臺設(shè)計創(chuàng)造性作品,參加技能大賽。給學(xué)生的學(xué)習(xí)增添樂趣和色彩。

4.1.1 教學(xué)目標(biāo)分析

新課改的實施,師生關(guān)系的不斷變革,課堂文化的日益更新,各個高校在目標(biāo)確立上目前已達(dá)成共識等,將課程目標(biāo)總體上分為3個方面,分別是知識與技能,過程與方法以及情感態(tài)度價值觀,結(jié)合大學(xué)課程,在知識與技能方面,掌握3D建模軟件;擴(kuò)大學(xué)生的知識面,開闊視野;培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力;培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。在過程與方法方面,通過學(xué)生課前搜集資料,師生課堂共同介紹了解3D打印技術(shù),學(xué)生進(jìn)行講解和展示,培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)思考的能力,通過對3D打印技術(shù)立場的討論,培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。情感態(tài)度方面,培養(yǎng)學(xué)生對3D打印的興趣,創(chuàng)新作品,與當(dāng)下創(chuàng)客時代完美接軌。

4.1.2 教學(xué)過程

明確一點(diǎn),課堂中老師以主題的形式(多個主題),在交流中向?qū)W生提出挑戰(zhàn)性的問題,當(dāng)然這些問題是基于3D打印設(shè)計的問題,提出問題后,建立一套完整的評估標(biāo)準(zhǔn),以便考核學(xué)生設(shè)計成果,接下來就是學(xué)生動手實踐的環(huán)節(jié),通過創(chuàng)造性的設(shè)計,學(xué)生可以是以小組的形式或者單獨(dú)設(shè)計均可,最后將設(shè)計出的成果在課堂上與同學(xué)們交流討論,提出可塑性建議,最后學(xué)生再次通過模型設(shè)計軟件進(jìn)行修改,并且反復(fù)與老師同學(xué)交流,得到完美作品。具體過程如圖1所示。

圖1 教學(xué)過程的整體思路

3D打印的核心技術(shù)就是數(shù)字建模,當(dāng)然數(shù)字模型的來源可以是通過網(wǎng)絡(luò)上下載、3D掃描儀掃描以及通過3Dmax軟件進(jìn)行建模,模型通過切片后進(jìn)行逐層打印,最后形成實物,之所以選擇將3D打印技術(shù)與高校3Dmax課程結(jié)合,因為網(wǎng)絡(luò)上下載的模型,存在著甚至大多數(shù)模型不能被3D打印識別,因為3D打印的模型是有要求的,比如模型未封閉,模型的方向不正確等;而通過3D掃描儀掃描的模型有的時候顯示不完整,或者是掃描模糊影響后期打印;通過3Dmax以數(shù)字的形式建立的模型,在打印過程中遇到不符合要求的地方可以進(jìn)行修改,這不僅培養(yǎng)了學(xué)生軟件的操作能力,而且對開發(fā)學(xué)生想象力以及創(chuàng)新思維有著非常重要的作用,既符合創(chuàng)客思想,又體現(xiàn)了學(xué)生多元智能發(fā)展的重要性。

通過上學(xué)期我們對于3Dmax的學(xué)習(xí),對于3Dmax軟件的基本功能已經(jīng)掌握,課堂中討論后,隨機(jī)想出一個主題----葫蘆,老師確定以葫蘆為主題,將學(xué)生分成4組,每組4人,主題確定之后,提出發(fā)揮自己的想象,分組做以葫蘆為主題的模型設(shè)計,建模過程中部分截圖,如圖2所示。

數(shù)字模型的建立已經(jīng)告一段落,緊接著在老師的帶領(lǐng)下,將數(shù)字模型連接到3D打印機(jī)中,有的小組模型在打印時無法打印,通過后期對模型的調(diào)整后已經(jīng)查找到在模型建立時出現(xiàn)的錯誤,而且當(dāng)改變參數(shù)設(shè)置時模型會有所變化,以實物輸出的形式前后進(jìn)行比較,整個過程從無到實物,從模型的設(shè)計、建立、修改、到實物對照,不僅以創(chuàng)客的思想創(chuàng)造出自己心目中的葫蘆實物模型,而且在整個過程中實現(xiàn)了由原來僅有抽象虛擬的數(shù)字模型實物輸出,想象中與實物進(jìn)行對照,抽象實物具體化,虛擬模型可視化,培養(yǎng)了學(xué)生對實物的正確認(rèn)知,提高了學(xué)生想象力,培養(yǎng)了創(chuàng)新思維,是當(dāng)今社會多元智能的發(fā)展趨勢。

圖2 3D打印建模截圖

5 結(jié) 論

3D打印技術(shù)數(shù)字化現(xiàn)代信息技術(shù)滿足了高等教育教學(xué)改革的多種需要,不僅從教學(xué)方式上,而且從教育教學(xué)理念方面,不斷促進(jìn)高等教育教學(xué)模式與現(xiàn)代教育方法的深層次變革,構(gòu)建新型教學(xué)環(huán)境,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,優(yōu)化教育結(jié)構(gòu)。另外3D打印是一個新生事物,仍然處于建設(shè)初期,只有經(jīng)歷一個漫長的過程,不斷完善,不斷的創(chuàng)新改進(jìn),才可以實現(xiàn)真正意義上的突破。隨著技術(shù)的不斷更新以及制造功能的不斷成熟,3D打印將被推向更高的層面,同時也需要各個學(xué)校需要高度重視,注重交流合作,資源共享,為學(xué)生提供一個良好的學(xué)習(xí)氛圍。為學(xué)校打造一門真正意義上的創(chuàng)新課程。高等教育教學(xué)改革需要向科技化和人文化邁進(jìn),在高等教育教學(xué)中,將3D打印技術(shù)引入高等教育教學(xué)實踐,進(jìn)一步挖掘3D打印技術(shù)的潛力,培養(yǎng)實踐探索精神和勇氣,有效促進(jìn)學(xué)前教育教學(xué)改革。

[1]李青,王青. 3D 打印:一種新興的學(xué)習(xí)技術(shù)[J]. 遠(yuǎn)程教育雜志, 2013(4):30-35.

[2]王雪瑩. 3D打印技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及前景分析[J]. 中國高新技術(shù)企業(yè), 2012(26):3-5.

[3]王忠宏. 中國3D打印產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展思路[J]. 經(jīng)濟(jì)縱橫, 2013(1):91-93.

[4]黎加厚,楊小哲,楊高云. 三維打印技術(shù)的發(fā)展對教育的啟迪[J]. 中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù), 2013,27(2):1-5.

[5]古麗萍. 蓄勢待發(fā)的3D打印機(jī)及其發(fā)展[J]. 數(shù)碼印刷, 2011(10):64-67.

[6]賀超良,湯朝暉,田華雨,陳學(xué)思. 3D打印技術(shù)制備生物醫(yī)用高分子材料的研究進(jìn)展[J]. 高分子學(xué)報, 2013(6):722-731.

[7]張志峰. 多元智能理論的實踐探索----淺談問題式學(xué)習(xí)方式的實施[J]. 中國校外教育, 2009(S1):68-69.

[8]穆俊. 大學(xué)教學(xué)中運(yùn)用多元智能理論實踐分析----以《計算機(jī)文化基礎(chǔ)》課程教學(xué)為例[J]. 中國信息技術(shù)教育, 2014(8):22-23.

[9]王曉波,魏寧,何克抗. 構(gòu)建數(shù)字化教學(xué)環(huán)境----何克抗教授談信息技術(shù)與課程整合的核心內(nèi)涵[J]. 信息技術(shù)教育, 2006(2):17-20.

[10]吳俊杰. 創(chuàng)客運(yùn)動與STEM教育----專訪“創(chuàng)客教父”Mitch Altman[J]. 中小學(xué)信息技術(shù)教育, 2013(12):39-42.

[11]徐輝. 創(chuàng)新教育的理論及其哲學(xué)、人類學(xué)基礎(chǔ)[J]. 教育研究, 2001(1):10-15.

Research on application of 3D printing technology in university curriculum development

HANRonglei,SUNXuedong

(Educational Technical College, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China)

With the continuous development of social science and technology, 3D printing technology is developing and popular in China and abroad. It is popular in recent years. It has been widely used in many fields. Based on the theory of multiple intelligences, combined with creative thinking, adopt the method of Action Research ,3D printing technology and University 3Dmax courses are integrated to explore the application of 3D printing technology in university courses (taking 3Dmax courses as an example), the application of the research, to the school as a practice exploration base, analysis of the basic present situation, combined with teaching objectives design teaching, promote teaching, enrich the classroom culture.on the aspect of the education theory,it will bring deep reform and revolution in the mode of higher education and contemporary education approach.

3DP; maker; rapid prototyping; curriculum design; multiple intelligence

2016-01-06。

遼寧省教育廳科學(xué)研究一般項目(w2014138); 遼寧省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃一般課題(JG13DB056)。

韓榮雷(1990-),男,遼寧葫蘆島人,沈陽師范大學(xué)教師,碩士。

1673-5862(2016)01-0113-04

G436

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2016.01.026