3D打印技術(shù)在CDIO工程教育模式下古建筑木作課程中的應(yīng)用

劉萬昱

（黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150025）

1 CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式主要是培養(yǎng)學(xué)生在現(xiàn)代工程環(huán)境下具備的工程技術(shù)知識，學(xué)生個人綜合能力以及工程系統(tǒng)能力，C代表構(gòu)思，D代表設(shè)計，I代表實施，O代表運行，這四方面決定了CDIO工程教育模式的基礎(chǔ)原則。CDIO是目前國際工程教育與人才培養(yǎng)的一種創(chuàng)新的模式，同時也是工程文化教育的先進(jìn)教育思想之一，其改革的方向比較全面，涉及培養(yǎng)目標(biāo)、實踐場所、學(xué)生能力評估等多個方面，以構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運作為工程教育理念，CDIO提出的一個愿景，一個大綱和十二條標(biāo)準(zhǔn)是為了讓學(xué)生更好地以主動、實踐課程有機聯(lián)系的方式去學(xué)習(xí)。

CDIO大綱。CDIO大綱是根據(jù)CDIO教學(xué)而制訂的綱要，綱要集中總結(jié)了目前工程學(xué)所涉及的知識以及發(fā)展前景等，并且制定了相應(yīng)的工程教育目標(biāo)，CDIO大綱將學(xué)生的能力分為技術(shù)知識推理能力、人際交往能力、個人職業(yè)能力、企業(yè)和社會環(huán)境下的CDIO等四個層面。

CDIO標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容。CDIO工程教育的十二條標(biāo)準(zhǔn)：背景環(huán)境、學(xué)習(xí)效果、一體化課程計劃、工程導(dǎo)論、設(shè)計到實現(xiàn)的經(jīng)驗、工程實踐場所、一體化學(xué)習(xí)經(jīng)驗、主動學(xué)習(xí)、提高教師的工程實踐能力、提高教師的教學(xué)能力、學(xué)習(xí)考核、專業(yè)評估。

2 3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)作為一種新型技術(shù)正在迅猛發(fā)展中，其原理是通過連續(xù)的物理層疊加，經(jīng)過逐層材料增加而形成的三維實體技術(shù)，因與傳統(tǒng)的材料加工不同，所以又被稱為添加制造。3D打印技術(shù)綜合了數(shù)字建模技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)等多方面的技術(shù)知識，具有相當(dāng)高的科技含量，其中3D打印機是3D打印的主要裝備，目前，3D打印技術(shù)已經(jīng)運用到各大領(lǐng)域之中，在這些領(lǐng)域當(dāng)中3D技術(shù)可以在一定程度上提高制作的效率以及精密程度。

我國3D打印技術(shù)的情況。我國對于3D打印技術(shù)，早在20世紀(jì)90年代各高校就已經(jīng)相繼開展了3D打印技術(shù)的自主研發(fā)項目，其中清華大學(xué)在現(xiàn)代成型學(xué)理論、分層實體制造等方面都有了科研成果；華中科技大學(xué)也在分層實體制造方面有了較大的優(yōu)勢，并且在此基礎(chǔ)上推出了HRP成型材料。西安交大自主研發(fā)的三維打印機噴頭，其成型精度達(dá)到了0.2mm，目前我國的大部分地區(qū)已經(jīng)將3D打印技術(shù)運用到商業(yè)當(dāng)中，其服務(wù)范圍主要包括模具的制作，對樣品的輔助設(shè)計，物件復(fù)原，等等。

3 3D技術(shù)在古建筑木作課程中的應(yīng)用

在木構(gòu)模型的制作過程中，3D技術(shù)所起的作用非常大，主要體現(xiàn)在模型制作和實際操作兩方面。模型制作以四角攢尖建筑梁架結(jié)構(gòu)模型為例，開展模型制作主要是為了將枯燥乏味的理論知識轉(zhuǎn)化為實際模型制作，制作過程中將理論知識和感性認(rèn)識相結(jié)合，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力還會增強學(xué)習(xí)效果。3D打印技術(shù)可以非常明顯地提高學(xué)生認(rèn)知模型的能力，因為3D打印技術(shù)打印出來的模型立體感非常好，而且打印所依據(jù)的數(shù)據(jù)還可以存儲到計算機內(nèi)供以后使用，3D打印技術(shù)所制作出的模型具有相當(dāng)高的精度比例，可以作為模型標(biāo)準(zhǔn)供學(xué)生以后運用。CDIO工程教育模式所培養(yǎng)出的學(xué)生具有很高的實踐能力，同時又具備了在當(dāng)今社會環(huán)境下需要創(chuàng)新思想、知識過硬的新一代人才的要求，因此在CDIO工程教育模式下學(xué)生所學(xué)的知識范圍、認(rèn)知方法以及人際關(guān)系能力方面都有很大的提高。3D技術(shù)是我國乃至世界新出現(xiàn)的一種快速成型的新興技術(shù)，它所需要的操作人員必須要有極強的創(chuàng)新思維，縝密的邏輯，過硬的專業(yè)知識等多方面專業(yè)基礎(chǔ)，CDIO工程教育模式所培養(yǎng)的學(xué)生正好具備以上特征，這些學(xué)生可以很快地了解3D技術(shù)的原理及其運用。3D技術(shù)在古建筑木作課程中主要應(yīng)用在以下幾個方面：

其一，建筑模型制作。古建筑木作課程在教授過程中大多數(shù)情況是根據(jù)建筑模型來進(jìn)行講解，但是許多學(xué)生所做的古建筑模型達(dá)不到需要的標(biāo)準(zhǔn)，使得教師在講解中說到的知識點，學(xué)生根本不了解，有很多學(xué)生做的模型都不標(biāo)準(zhǔn)，從而影響學(xué)生學(xué)習(xí)知識。在使用3D技術(shù)對古建筑模型進(jìn)行制作后，極大地提高了學(xué)生制作模型的標(biāo)準(zhǔn)，3D技術(shù)在原有古建筑模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)建筑的比例數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算機進(jìn)行處理從而制作出標(biāo)準(zhǔn)比例的古建筑模型。

其二，斗拱修繕與更換。在古建筑木作課程的斗拱修繕中，3D技術(shù)也占有相當(dāng)重要的位置，因為斗拱有很多的小巧構(gòu)件，這些構(gòu)件的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，而且容易變形，結(jié)合點與其他結(jié)合點會出現(xiàn)相互接觸的情況，斗拱就會出現(xiàn)變形、扭曲、斗耳脫落等現(xiàn)象，因為斗拱是由多種零構(gòu)件構(gòu)成的，所以對它的修繕工作也要實行分別處理。這時就可以運用3D技術(shù)，把每一個零構(gòu)件的數(shù)據(jù)輸入計算機，通過軟件對其進(jìn)行分析處理，根據(jù)不同數(shù)據(jù)疊加在電腦中形成虛擬體，根據(jù)虛擬體提供的立體位置，可以很容易地找出零構(gòu)件的問題，并根據(jù)問題運用相應(yīng)的方法進(jìn)行修繕。

4 結(jié)語

CDIO工程教育模式是全方位提高學(xué)生能力的新型教育模式，它的出現(xiàn)使我國逐漸出現(xiàn)大量的適應(yīng)社會發(fā)展的高素質(zhì)人才，而3D打印技術(shù)又是一種新興技術(shù)，非常適合高素質(zhì)人才運用，3D打印技術(shù)在古建筑木作課程中的運用會隨著科學(xué)技術(shù)的方法更加深入，不斷提高學(xué)生的實踐水平，開拓學(xué)生視野，使學(xué)生能夠更好地學(xué)習(xí)古建筑專業(yè)知識。

［1］劉厚才，莫健華，劉海濤.三維打印快速成形技術(shù)及其應(yīng)用［J］.機械科學(xué)與技術(shù)，2008，（9）：46-47.