廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院 郭 涌
摘要：三維建模課程是高職藝術(shù)設(shè)計類專業(yè)的必修課程。作者結(jié)合自己近年教學(xué)實踐，嘗試通過3D打印技術(shù)對三維建模教學(xué)實踐環(huán)節(jié)進行探索，旨在改革教學(xué)模式、變革教學(xué)方法，提高學(xué)生學(xué)習興趣，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，使學(xué)生掌握從創(chuàng)意設(shè)計到三維建模到作品打印制作所需的各項技能，提高了教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù) 三維建模 教學(xué)設(shè)計
中圖分類號：G42 文獻標識碼：A
文章編號：1003-0069(2017)10-0046-02
Abstract：3D modeling course is a required course of Art Design specialty in vocational colleges. This paper will explore 3D modeling teaching practice， which aims to reform teaching models and teaching methods to stimulate the students’ learning interests and innovative thinking so that they can master the required skills of creative design， 3D modeling and works printing.
Keywords：3D printing technology 3D modeling instructional design
引言
3D打印技術(shù)是一種快速成型技術(shù)，它無需機械加工或模具，就能直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成實體模型，大大縮短了產(chǎn)品的研制周期。從3D打印的小件文創(chuàng)飾品，到鞋、燈具等生活用品，到3D打印的房屋、汽車等，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。在教育教學(xué)領(lǐng)域，3D打印技術(shù)將成為未來教育領(lǐng)域教育技術(shù)的重要發(fā)展之一。3D打印技術(shù)應(yīng)用到課程教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，拓寬了教學(xué)目標和內(nèi)容，改變了教學(xué)方式和手段，對于學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)有著不可替代的意義，促進了高職院校復(fù)合型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。
一、3D打印技術(shù)在三維建模教學(xué)中的積極作用
（一）3D打印技術(shù)簡介
三維打印（3D打印）是一種實用、便捷、運營成本相對低廉的新興科技成果，其首先以數(shù)字化的三維建模為依據(jù)，運用相關(guān)軟件并通過先進技術(shù)為支撐，將金屬、塑料等材料粉末化后作為可塑材料，通過3D輸出裝置來塑造立體化模型的技術(shù)。人們利用這一科技成果，可以將電腦中的虛擬模型轉(zhuǎn)變成現(xiàn)實中真實具體的三維模型。
3D打印分三維設(shè)計過程和3D打印過程。三維設(shè)計過程是通過計算機三維建模軟件設(shè)計模型，或者通過三維掃描儀對物體進行掃描成為數(shù)字化模型。3D打印過程就是把數(shù)字化模型導(dǎo)入分層處理軟件，設(shè)定打印參數(shù)，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些界面逐層地打印黏合成真實物體。
3D打印作為一門嶄新的應(yīng)用技術(shù)得到飛速發(fā)展，滲透到工業(yè)制造、文化創(chuàng)意、數(shù)碼娛樂、航空航天、生物醫(yī)療、建筑工程等各個行業(yè)。
（二）激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造思維
在傳統(tǒng)的三維模型課程中，學(xué)生設(shè)計制作的模型只能展現(xiàn)在電腦的虛擬空間里，看得見，摸不著。3D打印技術(shù)正好突破了虛擬世界，可以將電腦中虛擬的三維模型打印出來，成為實物化的真實模型，這大大吸引了學(xué)生的學(xué)習興趣，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。通過3D打印的實訓(xùn)過程，提高了學(xué)生對三維建模設(shè)計制作的實操能力、3D打印的動手能力和整個過程中解決實際問題的能力。對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)具有積極意義。
（三） 提高了學(xué)習效果
3D打印激發(fā)了學(xué)生DIY（Do It Yourself）的興趣，通過3D打印技術(shù)融入課程，學(xué)生在三維軟件中設(shè)計的三維模型轉(zhuǎn)變成真實的立體實物，使學(xué)生腦海的抽象設(shè)計變成了現(xiàn)實，使學(xué)習更加生動。有效地激發(fā)了學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習動力，教學(xué)效果顯著提高。
（四）促進了文創(chuàng)產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計
3D打印技術(shù)應(yīng)用在三維建模教學(xué)中，學(xué)生的創(chuàng)意設(shè)計模型從虛擬的設(shè)計變成了現(xiàn)實的實物，利用互聯(lián)網(wǎng)平臺，學(xué)生將自己的作品放在網(wǎng)上銷售，成為了名副其實的文創(chuàng)設(shè)計產(chǎn)品（如圖1、2、3）。
二、3D打印技術(shù)對三維建模教學(xué)中的改革
（一）3D打印技術(shù)引入教學(xué)，創(chuàng)新了教育教學(xué)方式
3D打印機工作步驟：先通過計算機建模軟件建模，然后通過SD卡或者USB優(yōu)盤把它拷貝到3D打印機中，進行打印設(shè)置后，打印機就可以把它們打印出來。因此3D打印技術(shù)的一個重要環(huán)節(jié)就是虛擬三維模型的制作。
在傳統(tǒng)的三維建模教學(xué)中，盡管在教學(xué)模式和教學(xué)方法上我們進行了各種嘗試和設(shè)計，比如案例教學(xué)法、講練結(jié)合法、項目實訓(xùn)法進行教學(xué)改革，但是仍然有很多學(xué)生對三維建模學(xué)習感到力不從心，不能熟練掌握軟件制作的技能，逃避甚至放棄對該課程的學(xué)習。
3D打印技術(shù)引入教學(xué)，學(xué)生在三維軟件中設(shè)計制作的模型，通過3D打印，就可以直接直觀地變成真實的物體，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習興趣和學(xué)習三維建模的積極性，課程教學(xué)中，理論、操作講解、實訓(xùn)室實訓(xùn)三位一體。課堂教學(xué)從過去以教師為中心的講授式，逐步轉(zhuǎn)換為以學(xué)生為主體、教師為輔導(dǎo)的新型教學(xué)模式，創(chuàng)新了三維模型教學(xué)模式。
（二）教學(xué)內(nèi)容的改革
3D打印技術(shù)引入教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容也相應(yīng)作出了調(diào)整，不再是以軟件命令學(xué)習、實操為主線，而是以企業(yè)制作流程設(shè)計課程教學(xué)，以實例工程項目為主線構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容，將三維建模軟件3dsmax中命令教學(xué)融入工程項目中，與3D打印技術(shù)相結(jié)合，在項目實訓(xùn)過程中讓學(xué)生掌握三維建模的實操方法和技巧。
三、3D打印技術(shù)在三維建模教學(xué)的實踐
（一）通過深入企業(yè)提煉項目，結(jié)合項目實例，開展課程教學(xué)
本課程教學(xué)前期，任課教師利用假期深入相關(guān)企業(yè)進行學(xué)習實踐，在企業(yè)參與真實項目制作，將企業(yè)參與的項目內(nèi)容進行提煉成該課程的實訓(xùn)項目。本課程以一個個項目實例串聯(lián)起來，構(gòu)成該課程的教學(xué)內(nèi)容。這里以多邊形建模為例演示三維建模的教學(xué)設(shè)計過程。
教學(xué)目標：熟練掌握三維建模軟件3dsmax多邊形建模的方法，完成卡通角色三維模型創(chuàng)意、設(shè)計、制作及最終的3D打印實體模型，班級2-3人為一個項目學(xué)習小組。
教學(xué)重難點：三維建模軟件3dsmax多邊形建模
教學(xué)準備：課前給學(xué)生提供課程學(xué)習網(wǎng)站——我校自主開發(fā)的“空中課堂”課程網(wǎng)站，上傳3dsmax多邊形建模操作演示微視頻，給出課堂項目實訓(xùn)要求，提供參考教材。實訓(xùn)室提供3D打印機及其打印材料，后期處理工具和上色材料。
教學(xué)項目要求：課堂教師首先展示本項目制作案例（即教師在企業(yè)參與項目的制作）。提出各小組參照案例自行設(shè)計一個動畫故事或者一款游戲故事，將故事中的主角在3dsmax軟件中建立三維模型，并通過3D打印機打印出來，再進行打磨、上色等后期處理。最后每小組制作答辯PPT，以小組為單位上臺課堂展示小組的創(chuàng)意設(shè)計及最終的3D打印卡通模型。
教學(xué)時間：4學(xué)時，其中2學(xué)時是教師進行項目講解，2學(xué)時是學(xué)生作品答辯。3D打印實訓(xùn)室全天候?qū)W(xué)生開放。
教學(xué)過程：
1.各小組創(chuàng)建小組名稱，開展小組討論，進行項目故事創(chuàng)意。
2.小組成員分工合作，開展故事角色設(shè)計過程，有故事創(chuàng)意設(shè)計、有手繪角色設(shè)計、有二維畫圖、有三維角色建模。
3.小組進行三維建模，制作過程中遇到問題或困難，成員一起找視頻、咨詢老師，共同解決。
4.三維模型的轉(zhuǎn)格式輸出，進行3D打印角色模型，期間模型打印尺寸、輸出文件出錯，打印過程突然中斷等問題百出，學(xué)生在教師配合下逐一解決（如圖4）。
5.3D打印出角色模型，對模型進行去除支架、模型組裝、拋光、上色過程。有時候拋光過度，模型破了，就需要重新打印模型（如圖5、6）。
6.小組制作答辯PPT，將故事創(chuàng)意、設(shè)計、制作過程講述出來，將最終3D打印的卡通角色模型現(xiàn)場展示。教師根據(jù)作品現(xiàn)場考核評價。
（二）3D打印融入課程項目，教學(xué)效果顯著提高，教學(xué)成果不斷
學(xué)生通過3D打印技術(shù)的融入，分小組項目式改革課程教學(xué)，作品從創(chuàng)意、設(shè)計到3D打印、后期處理，最終發(fā)展成為文創(chuàng)產(chǎn)品。這樣的學(xué)習過程，促進了學(xué)生三維建模能力、創(chuàng)意能力、3D打印實操能力和團隊協(xié)作創(chuàng)新能力的發(fā)展，有利于學(xué)生自主學(xué)習鉆研能力的培養(yǎng)。這樣的教學(xué)改革，學(xué)生親身實踐、自主設(shè)計，運用3D打印技術(shù)進行模型制作，在過程中，發(fā)現(xiàn)自己設(shè)計的不足并有針對性地對方案進行改進，直到符合要求與標準，這種反復(fù)改進的過程是以往教學(xué)過程中缺乏和無法訓(xùn)練的，這樣的過程也讓學(xué)生體驗到設(shè)計、實踐的科學(xué)性與嚴謹性。
將3D打印技術(shù)應(yīng)用于三維建模的實踐教學(xué)，增加了實踐教學(xué)的途徑，對培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和學(xué)習能力起到了推動作用。自2014年以來，作者團隊指導(dǎo)學(xué)生完成優(yōu)秀實物作品16件，正在申請國家發(fā)明專利8項，申報廣州市級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目2項，學(xué)生的課堂項目的作品參加全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計大賽“微深杯”3D打印創(chuàng)新設(shè)計大賽廣東省賽區(qū)特等獎1項，一等獎1項，二等獎3項。獲全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計大賽“微深杯”3D打印創(chuàng)新設(shè)計大賽現(xiàn)場總決賽一等獎1項、二等獎2項。學(xué)生的3D打印原創(chuàng)設(shè)計作品“原創(chuàng)遙控活動機器人”參加首屆廣州市屬高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育成果展。
結(jié)語
三維建模課程是高職藝術(shù)設(shè)計專業(yè)的必修課程，3D打印技術(shù)應(yīng)用于三維建模教學(xué)，的確能夠提高課程教學(xué)質(zhì)量，改進教學(xué)模式，創(chuàng)新教學(xué)方法，使枯燥難學(xué)的內(nèi)容變得生動有趣，是數(shù)字化教育的升華。3D打印技術(shù)在促進專業(yè)教育教學(xué)方面將發(fā)揮更大的作用和巨大的創(chuàng)新潛能。
基金項目：廣州市高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育項目“3D打印技術(shù)在3dsmax課程中創(chuàng)新教學(xué)模式的應(yīng)用研究” （項目編號：201727223） ；
廣州市教育科學(xué)規(guī)劃課題“高職《室內(nèi)設(shè)計入門務(wù)實》課程交互式仿真教學(xué)數(shù)字資源的開發(fā)與應(yīng)用研究”，面上一般課題（項目編號：1201533376 ）。
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