魏國

（西華大學(xué)藝術(shù)學(xué)院 四川郫縣 611730）

淺談3D打印技術(shù)在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計教學(xué)活動中的應(yīng)用

魏國

（西華大學(xué)藝術(shù)學(xué)院 四川郫縣 611730）

作為一種快速成形技術(shù)，3D打印技術(shù)于最近兩年開始流行，通過逐層打印的方式以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)來實現(xiàn)對物體進行構(gòu)造。3D打印技術(shù)是當前數(shù)字化時代的產(chǎn)物，同時這也是當今社會信息及產(chǎn)品分享新趨勢的體現(xiàn)，廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計的各個領(lǐng)域當中?，F(xiàn)階段有學(xué)者嘗試在教學(xué)活動中應(yīng)用3D打印技術(shù)，并取得了一定成果。伴隨現(xiàn)代社會發(fā)展速度不斷加快，3D打印技術(shù)更好地迎合了人們的個性化消費需求，為現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計教學(xué)開辟了更加廣闊的應(yīng)用空間。本文論述了3D打印技術(shù)的教育創(chuàng)新之處，并針對現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計教學(xué)中3D打印技術(shù)的應(yīng)用展開了分析。

3D打?。划a(chǎn)品設(shè)計；教育創(chuàng)新；教學(xué)應(yīng)用

1 引言

3D打印（3D printing），也有三維打印之稱，這種快速成形技術(shù)的基礎(chǔ)是數(shù)字化模型，借助逐層打印方式利用塑料、粉末狀金屬等可粘合材料對物體進行構(gòu)造。從制造工藝創(chuàng)新分析，3D打印被譽為“第三次工業(yè)革命的重要生產(chǎn)工具”。其實早在20世紀90年代中期，3D打印技術(shù)就已出現(xiàn)，然而由于技術(shù)因素和價格因素，早期并未得到推廣和普及。在數(shù)十年的發(fā)展后，3D技術(shù)越發(fā)精確和嫻熟，并在諸多學(xué)科領(lǐng)域得到應(yīng)用。在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計教學(xué)中也不例外，3D打印技術(shù)的運用將設(shè)計方案轉(zhuǎn)換為原型并進行測試，有效提升了教學(xué)活動的直觀性與實用性。鑒于3D打印技術(shù)在教育領(lǐng)域的廣闊前景與創(chuàng)新潛力，進一步明確3D打印技術(shù)在教學(xué)活動中的角色定位很有必要。

2 3D打印技術(shù)的教育創(chuàng)新之處

2.1 新平臺

從科技創(chuàng)新、校本課程開發(fā)及人才培養(yǎng)角度分析，3D技術(shù)無疑為其提供了全新的平臺，對技能型人才和創(chuàng)新型人才的大量需求為推動應(yīng)試教育改革提供契機，是當前人才培養(yǎng)的新活力。3D打印技術(shù)在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用所提供的是做中學(xué)的平臺，并且逐漸向培訓(xùn)和教研領(lǐng)域滲透。高等教育中3D增強現(xiàn)實技術(shù)的廣泛運用使得智慧校園、智慧實驗室等得以構(gòu)建，這對于實現(xiàn)科技創(chuàng)新至關(guān)重要。

2.2 新環(huán)境

用技術(shù)創(chuàng)造環(huán)境是智慧教育時代所要求的，通過虛擬圖書館、虛擬實驗室、虛擬學(xué)習(xí)平臺和各類仿真實訓(xùn)系統(tǒng)，3D技術(shù)能夠確保學(xué)習(xí)者在虛擬環(huán)境中的情境體驗，構(gòu)建新的教學(xué)環(huán)境。與此同時，3D打印技術(shù)還通過提供逼真生動的教學(xué)材料提高整個教學(xué)過程中學(xué)生的沉浸感和交互性，使得學(xué)習(xí)的深度和廣度大大拓展，既喚醒了未來課堂，也實現(xiàn)了對現(xiàn)有教學(xué)條件不足的彌補，課程學(xué)習(xí)進入到全新的環(huán)境和境界當中?？梢?，3D打印技術(shù)所能夠?qū)崿F(xiàn)的不僅僅是技術(shù)支持下的創(chuàng)新學(xué)習(xí)，同時還有各種創(chuàng)新因素融合下的一種新環(huán)境。

2.3 新資源

3D打印技術(shù)為教學(xué)活動提供的是不同于以往的立體資源，這也與當前立體資源建設(shè)的趨勢相一致，通過逼真生動學(xué)習(xí)資源的提供有效減少了學(xué)生的認知負荷。此外，考慮到3D打印技術(shù)能夠輸出如3D視頻、動畫和模型這樣的具備情境渲染和模擬仿真功能的教學(xué)產(chǎn)品，以此形成的教學(xué)內(nèi)容往往具有非線性、多樣性、開放性和交互性特征，是全球優(yōu)勢三維數(shù)字化教學(xué)資源的共享與整合。

2.4 新工具

3D課程的啟動同時也帶來了巨大的市場需求，而3D打印技術(shù)的應(yīng)用則為教學(xué)活動提供了更加多樣化的工具，如Quest3D、Shockwave3D、Blaxunn3D等繪圖工具，此外還有一些建模工具等，這些工具對于教學(xué)活動的開展提供了諸多便利和指導(dǎo)。目前又有一批新工具涌現(xiàn)，比如three.js在線3D模型編輯器和3D地圖等等，這些新工具在教學(xué)活動中的應(yīng)用勢必有利于智能化教學(xué)環(huán)境的構(gòu)建。

2.5 新范式

桌面顯示技術(shù)和桌面制造技術(shù)是3D技術(shù)發(fā)展的新驅(qū)動，因此3D打印技術(shù)的應(yīng)用也為教學(xué)活動提供了理論及應(yīng)用方面的新范式。通過情境化教學(xué)的開展和創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的進行，3D打印技術(shù)強調(diào)課程教學(xué)在做中學(xué)，利用3D增強現(xiàn)實技術(shù)模型對教學(xué)內(nèi)容進行展示，利用虛實結(jié)合和集成創(chuàng)新的方式體現(xiàn)教學(xué)環(huán)境的個性化與智能化，同時教學(xué)理念的變革也突出體現(xiàn)在課程的開發(fā)、運行及評估等方面。

3 3D打印技術(shù)在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計教學(xué)活動中的應(yīng)用

3.1 Solid Learning教學(xué)模式的構(gòu)建

在3D打印基礎(chǔ)之上提出的一種全新的教學(xué)模式被稱為Solid Learning教學(xué)模式，這一教學(xué)模式利用數(shù)字制造技術(shù)和集成快速成形技術(shù)為現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計教學(xué)提供了可供下載的資源文件，而這些文件本身就可以通過3D打印系統(tǒng)進行物理原型的構(gòu)建。同時Solid Learning教學(xué)模式中學(xué)生也可以針對所設(shè)計的產(chǎn)品下載和打印所需要的3D對象模型資源，一般學(xué)校級建?？梢杂玫蛢r3D打印機打印簡單的模型。至于一些較為復(fù)雜的模型則需要應(yīng)用到更高性能的3D打印系統(tǒng)，以服務(wù)于更加高級的教學(xué)活動。通常教學(xué)系統(tǒng)的有機組成部分包括教育資源中心和3D模型資源庫，而對具體設(shè)計產(chǎn)品進行3D實體模型打印無疑是教學(xué)活動多層次、多角度的展現(xiàn)。

3.2 對教學(xué)模型制作周期及方式進行革新

現(xiàn)階段學(xué)校的教學(xué)設(shè)備和工具儀器通常都是由專門的制作機構(gòu)提供，更新速度緩慢，而多媒體課件對教學(xué)內(nèi)容的展示實際上也很難讓學(xué)生近距離觀察甚至是直接接觸教學(xué)實體對象。在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計教學(xué)活動中，3D打印技術(shù)的運用可以幫助教師對教學(xué)模型進行打印，利用有形的三維格式對教科書中的二維信息進行展示，通過個性化教學(xué)模型的設(shè)計確保與教學(xué)內(nèi)容的要求相適應(yīng)。此外，教學(xué)過程中一些特殊的教學(xué)模型也可以通過3D打印技術(shù)制作出來，所打造出的體積縮小的等比例模型能夠更好地輔助教學(xué)，幫助學(xué)生理解現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計的原理和精髓。

3.3 促進學(xué)習(xí)者課程設(shè)計創(chuàng)新

通過3D打印技術(shù)對相關(guān)模型進行制作，并以此為基礎(chǔ)完成課程內(nèi)容學(xué)習(xí)設(shè)計以及試驗設(shè)計，通過立體化的DIY方式開展教學(xué)活動，更加受到學(xué)生的歡迎。在產(chǎn)品設(shè)計教學(xué)中，3D打印技術(shù)能夠通過對外觀原型的直接創(chuàng)建以三維形式讓學(xué)生評估自我設(shè)計，同時也可以制作各種復(fù)雜的模型，在經(jīng)過處理之后作為產(chǎn)品模型的復(fù)制品?？茖W(xué)、技術(shù)、工程及數(shù)學(xué)教育被稱為STEM教育，而當前知識經(jīng)濟時代背景下教育教學(xué)的目標之一就是對具有STEM素質(zhì)人才的培養(yǎng)，這對于國家人力資源競爭力的提高極為重要。由技術(shù)、科學(xué)、工程等素養(yǎng)組成的STEM素養(yǎng)著重將學(xué)生所學(xué)到的知識轉(zhuǎn)化為對世界相互聯(lián)系不同側(cè)面過程的探究，這更加重視對學(xué)生批判性思維和設(shè)計能力的培養(yǎng)，有助于問題的解決?，F(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計教學(xué)活動中3D打印技術(shù)的引用是對SETM教育的有力推動，同時也是對學(xué)生數(shù)字化素養(yǎng)和科技素養(yǎng)的培育，但未來發(fā)展過程中對于3D打印技術(shù)實物模型的研究還需深入思考與探索。

3.4 突出教學(xué)活動的個性化

相較于傳統(tǒng)制造設(shè)備而言，3D打印技術(shù)更加注重的是設(shè)備的個性化與智能化體現(xiàn)，在產(chǎn)品設(shè)計方面3D打印技術(shù)的應(yīng)用則是突破了單純常規(guī)的幾何形態(tài)，類似自然形態(tài)更具創(chuàng)新性的造型以獨特的方式出現(xiàn)在教學(xué)活動當中。不難看出，3D打印技術(shù)更加突出了產(chǎn)品設(shè)計的個性化元素，豐富了產(chǎn)品造型的發(fā)展空間，教學(xué)活動中學(xué)生的想象力和思維空間極大拓展，即便是產(chǎn)品外觀再復(fù)雜都可以借助3D打印技術(shù)進行制作，確保設(shè)計和作品渾然一體。伴隨現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計的多元化，對產(chǎn)品美學(xué)屬性的關(guān)注也成為了教學(xué)活動討論的一大重點，在產(chǎn)品造型的藝術(shù)化表現(xiàn)手法中融入個性化和時尚化元素，指導(dǎo)消費者在產(chǎn)品造型審美方面的變化，這就要求教學(xué)過程更多將關(guān)注的重點置于產(chǎn)品功能創(chuàng)新以及形態(tài)創(chuàng)意等方面，不斷創(chuàng)新和超越。從整體上來看，當前產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域關(guān)于3D打印技術(shù)的推廣和普及力度仍有待增強，不能得到全面應(yīng)用可能與3D打印技術(shù)自身的成本、材料、性能和精度等因素有關(guān)，這就需要我們在教學(xué)過程中多多探討3D打印技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，讓這一技術(shù)更好地服務(wù)于課堂，展現(xiàn)3D打印技術(shù)的魅力和優(yōu)勢。

4 結(jié)束語

綜上所述，當前社會經(jīng)濟高速發(fā)展背景下，人們的生活水平持續(xù)提升，從追求物質(zhì)享受轉(zhuǎn)變?yōu)榫裣硎?，這就使得現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計除了重視合理性和功能性外，更加追求產(chǎn)品設(shè)計的個性化和情感化，對現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計教學(xué)提出了更高要求。現(xiàn)階段世界各國關(guān)于3D打印技術(shù)的市場研發(fā)正在展開，各行各業(yè)面臨巨大變革，這同時也預(yù)示著3D打印時代已經(jīng)到來，自然教育行業(yè)也不應(yīng)落后。在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計教學(xué)活動當中，3D打印技術(shù)無論是應(yīng)用在個人自主學(xué)習(xí)中還是班級授課制教學(xué)活動當中，都必須積極發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，讓抽象的事物變得具體化、形象化、可視化，將抽象經(jīng)驗轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w的學(xué)習(xí)經(jīng)驗，促進抽象學(xué)習(xí)與具體實踐相結(jié)合。從本質(zhì)上來看，作為多媒體技術(shù)的延伸，3D打印技術(shù)實質(zhì)上也是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的拓展和延伸，它豐富了人類的知覺和感覺，進一步拓寬人的思維能力，技術(shù)與教學(xué)的融合成為必然趨勢。

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TP334.8

A

1004-7344（2016）17-0035-02

2016-5-20

魏國（1979-），男，教師，中科院在職碩士，主要從事輕工產(chǎn)品設(shè)計計算機輔導(dǎo)設(shè)計方面及課程的教育與研究等相關(guān)工作。