賈林玲 趙飛麒

摘 要：本文從對(duì)3D打印技術(shù)、桌面3D打印機(jī)及市場(chǎng)的分析開(kāi)始，探討其在兒童創(chuàng)新教育領(lǐng)域應(yīng)用的可能性。結(jié)合兒童創(chuàng)新教育理論，把兒童作為消費(fèi)者進(jìn)行了深入的用戶分析。具體設(shè)計(jì)實(shí)踐中，將設(shè)計(jì)定位為桌面3D打印機(jī)與兒童3D創(chuàng)新教育平臺(tái)軟硬件結(jié)合的服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)。把創(chuàng)新理論應(yīng)用于設(shè)計(jì)服務(wù)領(lǐng)域，完成了桌面3D打印機(jī)的效果圖等方面的工作，同時(shí)也完成了兒童3D創(chuàng)新教育平臺(tái)網(wǎng)站的主體功能原型設(shè)計(jì)及最終的視覺(jué)表現(xiàn)設(shè)計(jì)。通過(guò)兩者的結(jié)合，力爭(zhēng)為快速成型技術(shù)的應(yīng)用與推廣開(kāi)拓新的道路。

關(guān)鍵詞：兒童創(chuàng)新教育；桌面3D打印機(jī)；設(shè)計(jì)研究

中圖分類號(hào)：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）12-0028-02

1 3D打印機(jī)產(chǎn)品現(xiàn)狀研究

當(dāng)國(guó)內(nèi)人們還不知道3D打印機(jī)術(shù)是什么的時(shí)候，3D技術(shù)在國(guó)外早已普及于各大工業(yè)領(lǐng)域。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2009年全球打印市場(chǎng)的規(guī)模達(dá)10億美元，之后每年都以20%的幅度上漲，直至2013年，市場(chǎng)規(guī)模已高達(dá)40億美元。如此迅猛的勢(shì)頭，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)卻寥寥無(wú)幾，其中美國(guó)占據(jù)了40%的比重，日本德國(guó)緊跟其后[1]。

3D技術(shù)在國(guó)內(nèi)發(fā)展的比較晚，依然處于研究階段，目前3D打印技術(shù)已經(jīng)成熟的應(yīng)用到了工業(yè)制造的各種領(lǐng)域，但是他的局限性還是很大。設(shè)備成本高；打印原料成本高；打印精度低；打印速度慢；成品屬性相對(duì)于傳統(tǒng)的鑄造工藝來(lái)講，它的性能相差很大；操作技術(shù)難。

2 桌面3D打印機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

雖然3D打印有很多問(wèn)題，但它未來(lái)的發(fā)展會(huì)勢(shì)不可擋。接下來(lái)肯定就這些問(wèn)題迎難而上，將此技術(shù)普及到各個(gè)領(lǐng)域及群眾生活中去。3D打印設(shè)備成本將會(huì)降低；材料會(huì)多樣性；質(zhì)量與速度也會(huì)提高。近來(lái)推出的低成本的桌面3D打印機(jī)，也將進(jìn)入家庭和學(xué)校，從而極大的激發(fā)個(gè)人的創(chuàng)造力和設(shè)計(jì)熱情。

3 桌面3D打印機(jī)在兒童創(chuàng)新教育中的可行性分析

兒童創(chuàng)新教育旨在培養(yǎng)孩子的創(chuàng)造潛能，其核心就是在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域培養(yǎng)中小學(xué)生在意識(shí)、情感、意志、思維、活動(dòng)等方面具有求新的意識(shí)和相應(yīng)的能力，無(wú)論是對(duì)于新事物還是新思想，能夠找到合理的方法，把握正確的規(guī)律，形成新的知識(shí)體系。

依據(jù)兒童創(chuàng)新教育理論的相關(guān)研究，可以通過(guò)教學(xué)與實(shí)踐結(jié)合的模式，尋找到3D打印技術(shù)及相關(guān)平臺(tái)在教育應(yīng)用中的可行性模式。首先，可以通過(guò)3D打印技術(shù)結(jié)合相關(guān)美術(shù)、語(yǔ)文、數(shù)學(xué)、自然科學(xué)等課程知識(shí)，結(jié)合主題活動(dòng)，進(jìn)行立體形態(tài)創(chuàng)造，或?qū)⒍S的圖片快速轉(zhuǎn)化為三維形態(tài)，也可以將相關(guān)藝術(shù)創(chuàng)作活動(dòng)和教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，通過(guò)從創(chuàng)意到制作的過(guò)程，加強(qiáng)兒童的動(dòng)手能力，體驗(yàn)審美樂(lè)趣及創(chuàng)造的快樂(lè)性。同時(shí)通過(guò)實(shí)物作品加強(qiáng)創(chuàng)造的成就感[2]。其次，可以通過(guò)3D打印技術(shù)豐富教學(xué)手段，3D打印技術(shù)的快速成型特性，方便兒童全過(guò)程參與，便于在娛樂(lè)的過(guò)程中創(chuàng)造出輕松、愉快的創(chuàng)新環(huán)境，把注入式的知識(shí)學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)化為討論式、探索式的建構(gòu)知識(shí)方式。最終，可以通過(guò)3D打印技術(shù)及打印出的成品，幫助學(xué)生建構(gòu)和學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的小情境。以生動(dòng)形象的作品，聯(lián)系現(xiàn)實(shí)的生活環(huán)境，模擬真實(shí)社會(huì)文化、生活樣貌，幫助學(xué)生理解教學(xué)目標(biāo)，最終能夠激發(fā)學(xué)生各種智力能力的提升[3]。

從上述分析可以獲得桌面3D打印機(jī)在兒童創(chuàng)新教育中應(yīng)用的可行性及應(yīng)用方式的信息，在下面的研究中將以此作為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，具體的內(nèi)容包括桌面3D打印機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究和桌面3D打印機(jī)配套網(wǎng)站設(shè)計(jì)與建設(shè)。

4 桌面3D打印機(jī)設(shè)計(jì)

4.1 功能定位

桌面3D打印機(jī)與兒童創(chuàng)新教育結(jié)合，不僅是為兒童創(chuàng)新教育開(kāi)發(fā)了一種新的渠道，同時(shí)也在嘗試3D打印技術(shù)的商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化道路。

主要功能是為兒童創(chuàng)新教育提供輔助性手段，通過(guò)軟硬件結(jié)合的方式，擴(kuò)大產(chǎn)品的應(yīng)用范疇，通過(guò)提升性價(jià)比的方式，相對(duì)降低產(chǎn)品價(jià)格。同時(shí)根據(jù)小學(xué)生不同階段特點(diǎn)，通過(guò)產(chǎn)品配置方式、使用方式及配套軟件服務(wù)加以區(qū)別。

4.2 設(shè)計(jì)定位

以軟硬件結(jié)合的方式完成設(shè)計(jì)任務(wù)，將整個(gè)設(shè)計(jì)定位為包括桌面3D打印機(jī)產(chǎn)品和兒童3D創(chuàng)新教育網(wǎng)站軟硬件相結(jié)合，具有簡(jiǎn)潔、情感化、科技感等特征的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

整體外罩：盡量整體化，采用全封閉打印方式，在實(shí)際與心理上都體現(xiàn)出安全性，使兒童樂(lè)于接近，而家長(zhǎng)教師也放心讓孩子使用。

門：與外罩相配合的門，可以形成產(chǎn)品造型的整體性，設(shè)計(jì)除了造型感覺(jué)，同時(shí)也要考慮門的人機(jī)尺寸。門的尺寸要考慮打印產(chǎn)品的最大尺寸及兒童手臂活動(dòng)范圍，最主要的考慮是方便使用者取放打印好的物品。

觀察窗：加大觀察窗的尺寸，嘗試成型平臺(tái)四周全部使用觀察窗，方便兒童多人及多角度觀看打印過(guò)程。

數(shù)字控制面板：一體式數(shù)字控制面板，硬界面設(shè)計(jì)主要考慮其觀看的角度，設(shè)計(jì)成可翻起及旋轉(zhuǎn)，可以方便多人一起操作。分離式數(shù)字控制面板考慮手持式為主，硬界面應(yīng)考慮手持產(chǎn)品的舒適度。軟界面設(shè)計(jì)主要兒童的視覺(jué)與操作習(xí)慣。

4.3 展示

根據(jù)前面分析的使用情境，選擇了下面的方案，使用計(jì)算機(jī)輔助軟件進(jìn)行的效果圖表現(xiàn)設(shè)計(jì)如圖1。

5 針對(duì)兒童創(chuàng)新教育的桌面3D打印機(jī)配套網(wǎng)站設(shè)計(jì)與建設(shè)

設(shè)計(jì)與建設(shè)一個(gè)能夠涵蓋相關(guān)問(wèn)題的服務(wù)平臺(tái)，是在兒童創(chuàng)新教育領(lǐng)域推廣和應(yīng)用快速成型技術(shù)的重要支撐。與桌面3D打印機(jī)配套的兒童創(chuàng)新教育網(wǎng)站，可以視為驗(yàn)證產(chǎn)品功能系統(tǒng)的產(chǎn)品應(yīng)用系統(tǒng)。網(wǎng)站的設(shè)計(jì)與建設(shè)主要涉及到三方面的內(nèi)容，一是建設(shè)目標(biāo)與需求的描述，二是基本功能模塊與系統(tǒng)模塊的架構(gòu)設(shè)計(jì)，三是功能的視覺(jué)化表現(xiàn)。

5.1 目標(biāo)與需求描述

為兒童提供娛樂(lè)學(xué)習(xí)一體化的互動(dòng)交流平臺(tái)。運(yùn)用平面設(shè)計(jì)軟件、三維建模軟件、3D打印技術(shù)的等先進(jìn)手段，為兒童創(chuàng)新教育提供新的思路與方法，網(wǎng)站確定命名為“3D創(chuàng)新教育平臺(tái)”。網(wǎng)站設(shè)計(jì)的目標(biāo)包含：趣味性與知識(shí)性；情境性與參與性；通用性與個(gè)性化。

5.2 功能系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)分析

5.2.1 用戶分類

網(wǎng)站用戶可以分為三類：管理員、組織者、參與者。

管理員：負(fù)責(zé)創(chuàng)新平臺(tái)新聞動(dòng)態(tài)以及通知的發(fā)布；上傳3D打印技術(shù)資料、操作學(xué)習(xí)視頻或文檔、建模軟件及其他應(yīng)用軟件；管理更新模型庫(kù)；

組織者：發(fā)布單項(xiàng)創(chuàng)新教育活動(dòng)通知；管理活動(dòng)進(jìn)程；收集、管理、指導(dǎo)及評(píng)價(jià)作品；發(fā)放實(shí)物作品；

參與者：查閱信息；搜索內(nèi)容；學(xué)習(xí)、交流技術(shù)技法；打印或設(shè)計(jì)定做產(chǎn)品；提問(wèn)或回答問(wèn)題。

5.2.2 網(wǎng)站功能系統(tǒng)模塊

（1）信息功能模塊：發(fā)布各種活動(dòng)、新聞、產(chǎn)品、作品、用戶互動(dòng)等信息。（2）3D模型庫(kù)模塊：分為系統(tǒng)模型庫(kù)與用戶模型庫(kù)。

系統(tǒng)模型庫(kù)：網(wǎng)站為用戶提供的3D打印素材系統(tǒng)模型庫(kù)設(shè)計(jì)了兩種分類方式，首先，將模型按照認(rèn)知難易程度分為初級(jí)、中級(jí)、高級(jí)。初級(jí)模型庫(kù)提供簡(jiǎn)單的單體模型打印服務(wù)；中級(jí)可提供配合課文、故事情節(jié)的系統(tǒng)化模型，由多個(gè)模型組件組成具有現(xiàn)實(shí)情境特征的場(chǎng)景；高級(jí)模型庫(kù)提供具有一定結(jié)構(gòu)功能、組合性的模型，可以與理科類課程結(jié)合。其次，按照物品的自然類別劃分，這是一個(gè)可以不斷增加的分類方式，主要的特點(diǎn)是分類簡(jiǎn)單易懂，容易使用戶快速找到自己想要的形象。分類有：動(dòng)物、植物、人物、建筑、家具、生活用品、家用電器、交通工具、武器、機(jī)械、人文創(chuàng)意等類別。

用戶模型庫(kù)：用來(lái)展示用戶自己設(shè)計(jì)建造的模型。模型下方設(shè)置投票鍵，模型排列方式設(shè)定三種，人氣（瀏覽量）、發(fā)布時(shí)間、評(píng)分（得票數(shù)）作為次序依據(jù)。

活動(dòng)功能模塊：發(fā)布主題活動(dòng)信息，會(huì)員活動(dòng)信息等。

學(xué)習(xí)功能模塊：分3D教材庫(kù)與網(wǎng)上教程兩個(gè)板塊，3D教材庫(kù)主要是與小學(xué)課程相結(jié)合的相關(guān)知識(shí)，網(wǎng)上教程主要提供建模、3D技術(shù)等學(xué)習(xí)資料。

下載功能模塊：提供各種相關(guān)軟件的下載。

產(chǎn)品介紹模塊：介紹桌面3D打印機(jī)產(chǎn)品技術(shù)、使用方式、動(dòng)態(tài)、市場(chǎng)等情況，以及打印耗材種類、色彩等。

互動(dòng)交流模塊：上傳及下載模型功能；問(wèn)答功能，可以向網(wǎng)站管理人員及其他使用者提問(wèn)，也可以自由回答他人問(wèn)題。

搜索功能模塊：用戶可以通過(guò)搜索快速定位所需資源，并自動(dòng)保存搜索記錄，以便再次查看。

積分功能模塊：網(wǎng)站各種互動(dòng)活動(dòng)，例如上傳模型、提問(wèn)或回答問(wèn)題、評(píng)價(jià)作品等，都給予一定的積分獎(jiǎng)勵(lì)，積分可兌換虛擬物品（榮譽(yù)徽章等）、網(wǎng)站特權(quán)或?qū)嵨铼?jiǎng)勵(lì)，以提高用戶參與的積極性。

5.3 網(wǎng)站界面設(shè)計(jì)研究

3D創(chuàng)新教育平臺(tái)主要的用戶群體是6-13歲兒童，確定的網(wǎng)站整體界面風(fēng)格如下：

（1）簡(jiǎn)潔明了。簡(jiǎn)潔明了的設(shè)計(jì)有利于兒童專注于內(nèi)容的解讀。設(shè)計(jì)中注意其秩序感，讓人產(chǎn)生統(tǒng)一感，色彩上采用藍(lán)綠等冷色調(diào)，不僅能表現(xiàn)科技感主題，同時(shí)也可以讓人產(chǎn)生寧?kù)o淡定的心理感受。（2）科技與情感化設(shè)計(jì)結(jié)合。3D打印技術(shù)對(duì)兒童來(lái)說(shuō)，是陌生的技術(shù)，但是當(dāng)兒童看到打印的過(guò)程時(shí)，又會(huì)感覺(jué)到神奇。情感化設(shè)計(jì)的加入，使兒童在滿足好奇心的同時(shí)，又如同找到了一個(gè)大家庭。（3）個(gè)性化風(fēng)格。在整體簡(jiǎn)潔明了的風(fēng)格中，不能忽視增加一些個(gè)性化元素，可以加入一些對(duì)比元素，產(chǎn)生視覺(jué)的跳躍，給人一種意想不到的驚喜感。

6 結(jié)語(yǔ)

本文以服務(wù)兒童創(chuàng)新教育為出發(fā)點(diǎn)，從設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)思維研究入手，對(duì)桌面3D打印機(jī)設(shè)計(jì)的過(guò)程及方法進(jìn)行了全面的研究，并且在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了針對(duì)兒童創(chuàng)新教育的桌面3D打印機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及服務(wù)設(shè)計(jì)的體系框架。

參考文獻(xiàn)

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[2]童宇陽(yáng).3D打印技術(shù)在中小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2013，（12）：16-19.

[3]花燕鋒.3D打印技術(shù)在教育中的應(yīng)用研究[J].中小學(xué)電教，2014，（06）：16-19.