共享式三維打印實(shí)踐教學(xué)資源庫構(gòu)建的幾點(diǎn)探索

邱鑫　楊建飛

摘 要：近年來，雖然三維打印技術(shù)已成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)研究熱點(diǎn)，但對于教學(xué)而言，其仍是一門新興課程，具有多學(xué)科交叉、概念多、工程性強(qiáng)等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)使得該課程在實(shí)踐教學(xué)中需要使用大量三維打印軟硬件設(shè)備，而這些設(shè)備很多涉及高精尖技術(shù)，價(jià)格不菲，因此有必要構(gòu)成共享資源庫的形式。為此，本文從實(shí)體資源、軟件及虛擬現(xiàn)實(shí)資源共享等角度探索三維打印實(shí)踐教學(xué)資源庫構(gòu)建的方法。

關(guān)鍵詞：三維打??；實(shí)踐教學(xué)；資源庫構(gòu)建

一、 引言

三維打印作為“工業(yè)4.0”及“中國制造2025”中重要組成之一，近年來經(jīng)歷了快速發(fā)展，當(dāng)前已成為研究熱門。雖然三維打印技術(shù)在科研角度有了長足的進(jìn)步，但對于教學(xué)而言，三維打印仍是一門新興課程。三維打印具有多學(xué)科交叉的顯著特點(diǎn)，涉及機(jī)械、電氣電子、計(jì)算機(jī)、材料等多個(gè)學(xué)科方向，基礎(chǔ)概念多，教學(xué)難度大。此外，該課程的核心是設(shè)計(jì)制造，需要學(xué)生進(jìn)行大量的動(dòng)手實(shí)踐，才能有效地掌握該課程知識(shí)，而這些實(shí)踐過程需要各類相關(guān)的軟件及硬件支撐，而且這些資源設(shè)備往往具有價(jià)格昂貴、體積龐大、操作要求高的特點(diǎn)。因此，本文將從實(shí)體資源、軟件及虛擬資源等角度探索共享式三維打印實(shí)踐教學(xué)資源庫構(gòu)建思路。

二、 實(shí)體資源

因?yàn)閷?shí)體資源具有一定的物質(zhì)形式，難于快速直接地傳播分享，一般集中在一定區(qū)域小范圍內(nèi)共享。下文從文本類和設(shè)備類實(shí)體資源角度探討三維打印課程的共享式實(shí)體資源的構(gòu)建：

（一） 文本類實(shí)體資源

文本類實(shí)體資源主要包括教材、教學(xué)大綱、教案、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、試題試卷和相關(guān)文獻(xiàn)資料等。目前，相比其他課程，三維打印相關(guān)的文本類實(shí)體資源仍較少，如教材類資源大多是一些集中于某特定技術(shù)的專著及教程或科普類教材，為此，我校相關(guān)專家編寫了一套三維打印相關(guān)系列教材，涵蓋材料、建模、工藝各方面，適用于本專科相關(guān)專業(yè)教學(xué)。這些文本類資源是三維打印課程系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)，需要各高校及研究機(jī)構(gòu)多年積累，才能形成該課程豐富的文本類實(shí)體資源體系。對于文本類實(shí)體資源，如教材、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書等，若已出版發(fā)行，則已形成了資源的共享，但其他一般不公開發(fā)行的文本類資源，如教學(xué)大綱等，則以電子版形式呈現(xiàn)，如以網(wǎng)絡(luò)公開課程的形式，利用網(wǎng)絡(luò)途徑進(jìn)行共享。

（二） 設(shè)備類實(shí)體資源

因?yàn)樯婕安煌拇蛴〔牧虾凸に?，三維打印設(shè)備種類繁多、功能各異。對于三維打印教學(xué)用途，設(shè)備類實(shí)體資源應(yīng)集中于一些典型的、易于實(shí)施操作，或有示范意義的三維打印設(shè)備。由于熔融沉積成型（FDM）桌面型三維打印機(jī)具有價(jià)格低廉、易于維護(hù)、無危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生、使用安全性較高等特點(diǎn)，目前已經(jīng)成為構(gòu)建三維打印教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的主力機(jī)型。其他工業(yè)級三維打印設(shè)備，如光固化三維打印機(jī)，使用具有一定揮發(fā)性的液體材料，并需要紫外光或其他特種光源成型，具有一定危險(xiǎn)性，同時(shí)價(jià)格昂貴，一般用于演示性教學(xué)使用，或用于研究生等高年級課程使用。因此，構(gòu)建設(shè)備類共享式實(shí)體教學(xué)資源庫，應(yīng)從實(shí)際需求出發(fā)，一方面以桌面型三維打印相關(guān)設(shè)備為主構(gòu)建可用于集體共享實(shí)踐操作的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，另一方面，構(gòu)建以工業(yè)級或其他不利于學(xué)生獨(dú)立操作的共享式三維打印演示教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，以老師演示操作、學(xué)生們觀察學(xué)習(xí)為主。

三、 軟件及虛擬現(xiàn)實(shí)資源

不同于實(shí)體類資源，軟件及虛擬資源本身屬性上就具備共享特性，下文從軟件類和虛擬現(xiàn)實(shí)類資源角度探討三維打印課程的共享式非實(shí)體資源的構(gòu)建：

（一） 軟件類資源

三維打印教學(xué)過程中涉及大量的軟件，如各類三維掃描軟件、三維建模設(shè)計(jì)軟件、模型分層切片軟件、執(zhí)行代碼生成軟件等。這些軟件可分為開源版和商業(yè)版兩大類，在遵守開源授權(quán)協(xié)議的前提下，開源版軟件免費(fèi)使用，但不能用于商業(yè)用途，從這一角度，比較適合教學(xué)使用。但是開源版軟件通常完成度不高，功能不太完善，對于三維打印入門教學(xué)使用會(huì)有所不利。針對這種情況，可以采取購買成熟商業(yè)版軟件的方式，或在版權(quán)協(xié)議授權(quán)范圍內(nèi)，增加一些適于教學(xué)的新增功能至開源軟件，形成教學(xué)版專用軟件。當(dāng)然，也可結(jié)合科研，自行開發(fā)所需的三維打印教學(xué)軟件。除了應(yīng)用軟件，三維打印軟件類資源還包括一系列三維模型，對于這類資源的共享可以用模型庫方式構(gòu)建，目前互聯(lián)網(wǎng)上已有大量共享式的模型資源。此外，值得注意的是，上文所述三維打印設(shè)備中，一些具備智能化網(wǎng)絡(luò)接口，可遠(yuǎn)程控制，即可將硬件實(shí)體資源通過軟件的方式進(jìn)行共享。

軟件類資源構(gòu)建共享資源庫具有天生的優(yōu)勢，可通過一定載體，如文件傳輸協(xié)議（FTP）服務(wù)器、網(wǎng)盤、網(wǎng)站、遠(yuǎn)程客戶端等形式進(jìn)行共享，但是在共享的同時(shí)需要注意知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。

（二） 虛擬現(xiàn)實(shí)資源

虛擬現(xiàn)實(shí)是近年來發(fā)展的熱門方向之一，它是利用計(jì)算機(jī)仿真，實(shí)現(xiàn)多源信息融合、交互的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為，該技術(shù)非常適合一些危險(xiǎn)性較高或代價(jià)較高的教學(xué)用途，另外與當(dāng)今學(xué)生習(xí)慣于從電子設(shè)備學(xué)習(xí)的特點(diǎn)相符。

三維打印教學(xué)過程中，經(jīng)常涉及一些揮發(fā)性材料，或紫外線、高能激光的使用，具有一定危險(xiǎn)性，或者對于一些嘗試性的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，需要消耗大量昂貴的三維打印專用材料。對于這些三維打印相關(guān)課程的教學(xué)，非常有必要結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。另外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)本身就是一種便于共享的技術(shù)，通常可支持多用戶同時(shí)在線以及遠(yuǎn)程操作。

四、 結(jié)語

三維打印是一門新興的工科類專業(yè)課程，三維打印技術(shù)的特點(diǎn)決定了該課程在教學(xué)過程中的一些特殊之處。本文結(jié)合三維打印課程的特點(diǎn)，從實(shí)體資源、軟件及虛擬現(xiàn)實(shí)資源等角度對共享式三維打印實(shí)踐教學(xué)資源庫的構(gòu)建進(jìn)行了思考和探索。該課程的各方面發(fā)展均處于起步狀態(tài)，未來還需要從該課程的實(shí)際教學(xué)過程中積累并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

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作者簡介：

邱鑫，楊建飛，江蘇省南京市，南京師范大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院。