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(jì)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的必修課程。作者結(jié)合自己近年教學(xué)實(shí)踐，嘗試通過(guò)3D打印技術(shù)對(duì)三維建模教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)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(xí)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(jì)到三維建模到作品打印制作所需的各項(xiàng)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(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：G42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：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(wú)需機(jī)械加工或模具，就能直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成實(shí)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(chē)等，應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。在教育教學(xué)領(lǐng)域，3D打印技術(shù)將成為未來(lái)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(biāo)和內(nèi)容，改變了教學(xué)方式和手段，對(duì)于學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)有著不可替代的意義，促進(jìn)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(jiǎn)介

三維打?。?span style="font-size: 14px; line-height: normal; font-family: 'Myriad Pro';">3D打印）是一種實(shí)用、便捷、運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)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(yùn)用相關(guān)軟件并通過(guò)先進(jìn)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(guò)3D輸出裝置來(lái)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(shí)中真實(shí)具體的三維模型。

3D打印分三維設(shè)計(jì)過(guò)程和3D打印過(guò)程。三維設(shè)計(jì)過(guò)程是通過(guò)計(jì)算機(jī)三維建模軟件設(shè)計(jì)模型，或者通過(guò)三維掃描儀對(duì)物體進(jìn)行掃描成為數(shù)字化模型。3D打印過(guò)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(shí)物體。

3D打印作為一門(mén)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(lè)、航空航天、生物醫(yī)療、建筑工程等各個(gè)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(jì)制作的模型只能展現(xiàn)在電腦的虛擬空間里，看得見(jiàn)，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(lái)，成為實(shí)物化的真實(shí)模型，這大大吸引了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。通過(guò)3D打印的實(shí)訓(xùn)過(guò)程，提高了學(xué)生對(duì)三維建模設(shè)計(jì)制作的實(shí)操能力、3D打印的動(dòng)手能力和整個(gè)過(guò)程中解決實(shí)際問(wèn)題的能力。對(duì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)具有積極意義。

（三） 提高了學(xué)習(xí)效果

3D打印激發(fā)了學(xué)生DIY（Do It Yourself）的興趣，通過(guò)3D打印技術(shù)融入課程，學(xué)生在三維軟件中設(shè)計(jì)的三維模型轉(zhuǎn)變成真實(shí)的立體實(shí)物，使學(xué)生腦海的抽象設(shè)計(jì)變成了現(xiàn)實(shí)，使學(xué)習(xí)更加生動(dòng)。有效地激發(fā)了學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)力，教學(xué)效果顯著提高。

（四）促進(jìn)了文創(chuàng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

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(jì)模型從虛擬的設(shè)計(jì)變成了現(xiàn)實(shí)的實(shí)物，利用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，學(xué)生將自己的作品放在網(wǎng)上銷(xiāo)售，成為了名副其實(shí)的文創(chuàng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品（如圖1、2、3）。

二、3D打印技術(shù)對(duì)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(jī)工作步驟：先通過(guò)計(jì)算機(jī)建模軟件建模，然后通過(guò)SD卡或者USB優(yōu)盤(pán)把它拷貝到3D打印機(jī)中，進(jìn)行打印設(shè)置后，打印機(jī)就可以把它們打印出來(lái)。因此3D打印技術(shù)的一個(gè)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(jìn)行了各種嘗試和設(shè)計(jì)，比如案例教學(xué)法、講練結(jié)合法、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)法進(jìn)行教學(xué)改革，但是仍然有很多學(xué)生對(duì)三維建模學(xué)習(xí)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(duì)該課程的學(xué)習(xí)。 

3D打印技術(shù)引入教學(xué)，學(xué)生在三維軟件中設(shè)計(jì)制作的模型，通過(guò)3D打印，就可以直接直觀地變成真實(shí)的物體，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)三維建模的積極性，課程教學(xué)中，理論、操作講解、實(shí)訓(xùn)室實(shí)訓(xùn)三位一體。課堂教學(xué)從過(guò)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(xí)、實(shí)操為主線，而是以企業(yè)制作流程設(shè)計(jì)課程教學(xué)，以實(shí)例工程項(xiàng)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(xiàng)目中，與3D打印技術(shù)相結(jié)合，在項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)過(guò)程中讓學(xué)生掌握三維建模的實(shí)操方法和技巧。

三、3D打印技術(shù)在三維建模教學(xué)的實(shí)踐

（一）通過(guò)深入企業(yè)提煉項(xiàng)目，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)例，開(kāi)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(jìn)行學(xué)習(xí)實(shí)踐，在企業(yè)參與真實(shí)項(xiàng)目制作，將企業(yè)參與的項(xiàng)目?jī)?nèi)容進(jìn)行提煉成該課程的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。本課程以一個(gè)個(gè)項(xiàng)目實(shí)例串聯(lián)起來(lái)，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(jì)過(guò)程。

教學(xué)目標(biāo)：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(jì)、制作及最終的3D打印實(shí)體模型，班級(jí)2-3人為一個(gè)項(xiàng)目學(xué)習(xí)小組。

教學(xué)重難點(diǎn)：三維建模軟件3dsmax多邊形建模

教學(xué)準(zhǔn)備：課前給學(xué)生提供課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站——我校自主開(kāi)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(xiàng)目實(shí)訓(xùn)要求，提供參考教材。實(shí)訓(xùn)室提供3D打印機(jī)及其打印材料，后期處理工具和上色材料。

教學(xué)項(xiàng)目要求：課堂教師首先展示本項(xiàng)目制作案例（即教師在企業(yè)參與項(xiàng)目的制作）。提出各小組參照案例自行設(shè)計(jì)一個(gè)動(dòng)畫(huà)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(guò)3D打印機(jī)打印出來(lái)，再進(jìn)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(tái)課堂展示小組的創(chuàng)意設(shè)計(jì)及最終的3D打印卡通模型。

教學(xué)時(shí)間：4學(xué)時(shí)，其中2學(xué)時(shí)是教師進(jìn)行項(xiàng)目講解，2學(xué)時(shí)是學(xué)生作品答辯。3D打印實(shí)訓(xùn)室全天候?qū)W(xué)生開(kāi)放。

教學(xué)過(guò)程：

1.各小組創(chuàng)建小組名稱(chēng)，開(kāi)展小組討論，進(jìn)行項(xiàng)目故事創(chuàng)意。

2.小組成員分工合作，開(kāi)展故事角色設(shè)計(jì)過(guò)程，有故事創(chuàng)意設(shè)計(jì)、有手繪角色設(shè)計(jì)、有二維畫(huà)圖、有三維角色建模。

3.小組進(jìn)行三維建模，制作過(guò)程中遇到問(wèn)題或困難，成員一起找視頻、咨詢(xún)老師，共同解決。

4.三維模型的轉(zhuǎn)格式輸出，進(jìn)行3D打印角色模型，期間模型打印尺寸、輸出文件出錯(cuò)，打印過(guò)程突然中斷等問(wèn)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(duì)模型進(jìn)行去除支架、模型組裝、拋光、上色過(guò)程。有時(shí)候拋光過(guò)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(jì)、制作過(guò)程講述出來(lái)，將最終3D打印的卡通角色模型現(xiàn)場(chǎng)展示。教師根據(jù)作品現(xiàn)場(chǎng)考核評(píng)價(jià)。

（二）3D打印融入課程項(xiàng)目，教學(xué)效果顯著提高，教學(xué)成果不斷

學(xué)生通過(guò)3D打印技術(shù)的融入，分小組項(xiàng)目式改革課程教學(xué)，作品從創(chuàng)意、設(shè)計(jì)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(xí)過(guò)程，促進(jìn)了學(xué)生三維建模能力、創(chuàng)意能力、3D打印實(shí)操能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作創(chuàng)新能力的發(fā)展，有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)鉆研能力的培養(yǎng)。這樣的教學(xué)改革，學(xué)生親身實(shí)踐、自主設(shè)計(jì)，運(yùn)用3D打印技術(shù)進(jìn)行模型制作，在過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)自己設(shè)計(jì)的不足并有針對(duì)性地對(duì)方案進(jìn)行改進(jìn)，直到符合要求與標(biāo)準(zhǔn)，這種反復(fù)改進(jìn)的過(guò)程是以往教學(xué)過(guò)程中缺乏和無(wú)法訓(xùn)練的，這樣的過(guò)程也讓學(xué)生體驗(yàn)到設(shè)計(jì)、實(shí)踐的科學(xué)性與嚴(yán)謹(jǐn)性。

將3D打印技術(shù)應(yīng)用于三維建模的實(shí)踐教學(xué)，增加了實(shí)踐教學(xué)的途徑，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和學(xué)習(xí)能力起到了推動(dòng)作用。自2014年以來(lái)，作者團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)學(xué)生完成優(yōu)秀實(shí)物作品16件，正在申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利8項(xiàng)，申報(bào)廣州市級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目2項(xiàng)，學(xué)生的課堂項(xiàng)目的作品參加全國(guó)三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽“微深杯”3D打印創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽廣東省賽區(qū)特等獎(jiǎng)1項(xiàng)，一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，二等獎(jiǎng)3項(xiàng)。獲全國(guó)三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽“微深杯”3D打印創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽現(xiàn)場(chǎng)總決賽一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)2項(xiàng)。學(xué)生的3D打印原創(chuàng)設(shè)計(jì)作品“原創(chuàng)遙控活動(dòng)機(jī)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(yǔ)

三維建模課程是高職藝術(shù)設(shè)計(jì)專(zhuān)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(jìn)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(dòng)有趣，是數(shù)字化教育的升華。3D打印技術(shù)在促進(jìn)專(zhuān)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(xiàng)目：廣州市高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育項(xiàng)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(xiàng)目編號(hào)：201727223） ；

廣州市教育科學(xué)規(guī)劃課題“高職《室內(nèi)設(shè)計(jì)入門(mén)務(wù)實(shí)》課程交互式仿真教學(xué)數(shù)字資源的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究”，面上一般課題（項(xiàng)目編號(hào)：1201533376 ）。

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