基于3D打印技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)中教學(xué)改革探索

周 屹

（桂林理工大學(xué)藝術(shù)學(xué)院 廣西 桂林 541004）

一、研究的主要內(nèi)容

（一）提高教學(xué)效果

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)踐教學(xué)過程中，利用3D打印技術(shù)作為教學(xué)用具和手段，設(shè)計(jì)圖紙與實(shí)物之間的快速轉(zhuǎn)化可以讓學(xué)生獲得直接的感官體驗(yàn)。通過實(shí)物的視覺沖擊力，讓設(shè)計(jì)不再局限為平面或紙質(zhì)，有效地提高學(xué)生的觸覺和視覺體驗(yàn)感，可以改善常規(guī)課堂教學(xué)中教師經(jīng)驗(yàn)不足的劣勢(shì)。學(xué)習(xí)資料從抽象理論變?yōu)榫唧w實(shí)物，再由具體實(shí)物變?yōu)樾蜗笏季S，使知識(shí)傳授認(rèn)知簡(jiǎn)單化。能夠提高學(xué)生的邏輯思維能力和理解創(chuàng)新能力，進(jìn)而能提高學(xué)習(xí)效率。

（二）促進(jìn)學(xué)習(xí)效果的認(rèn)知工具

3D打印的再現(xiàn)特點(diǎn)，能夠很好地解決創(chuàng)意和技術(shù)方案的實(shí)物再現(xiàn)難題，并能提供快速驗(yàn)證的任務(wù)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的模型制作方面，可以借助3D打印技術(shù)根據(jù)制作的模型打印實(shí)物。通過真實(shí)的實(shí)物呈現(xiàn)，學(xué)生可以直觀觀察設(shè)計(jì)作品的效果，進(jìn)而獲得強(qiáng)烈、真實(shí)的認(rèn)知體驗(yàn)，有利于進(jìn)入深度學(xué)習(xí)狀態(tài)。

（三）培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力

傳統(tǒng)的教學(xué)手段難以給學(xué)生提供探索事物真實(shí)性的機(jī)會(huì)，抑制了學(xué)生創(chuàng)造潛力的開發(fā)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)教學(xué)過程中借助3D打印技術(shù)，能夠?qū)W(xué)生的設(shè)計(jì)草稿和模型直接快速轉(zhuǎn)化為實(shí)物，快捷便利，省時(shí)直觀，開辟新的教學(xué)手段。3D打印的真實(shí)物體呈現(xiàn)出的現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)感和真實(shí)情境以及學(xué)生能夠近距離地觀察和觸摸體驗(yàn)自己設(shè)計(jì)的作品，這種方法能夠拓寬學(xué)生的設(shè)計(jì)思路，激發(fā)學(xué)生的無限創(chuàng)意。

（四）增強(qiáng)信心和激發(fā)學(xué)習(xí)積極性

在教學(xué)過程中，學(xué)生首先對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)物對(duì)照，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)原型中存在的問題和不足，然后進(jìn)行分析改進(jìn)，以期達(dá)到降低設(shè)計(jì)中出錯(cuò)的概率和認(rèn)知出錯(cuò)次數(shù)的教學(xué)效果，減輕學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的挫折感，提升學(xué)習(xí)自信，進(jìn)而獲得愉快的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。利用3D打印技術(shù)，將虛擬的構(gòu)思變?yōu)榭捎|摸的立體模型，將學(xué)生大腦中的抽象概念轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的真實(shí)實(shí)物，整個(gè)過程提高了學(xué)生的參與度，全身心投入，由被動(dòng)接受變?yōu)橹鲃?dòng)，使學(xué)生成為真正的知識(shí)建構(gòu)者和探索者。

二、教學(xué)改革目標(biāo)

（一）改善教學(xué)方式方法

3D打印技術(shù)其主要目標(biāo)是將抽象的概念設(shè)計(jì)變成現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品，解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的外觀、結(jié)構(gòu)和功能等方面的問題，進(jìn)而幫助學(xué)生掌握抽象概念到具象物體的轉(zhuǎn)化過程。在傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)教學(xué)過程中，教師多采用PPT講述，主要以語言和圖片組合的形式描述教學(xué)內(nèi)容，即使圖文并茂的多媒體課件展示的教學(xué)內(nèi)容也無法使學(xué)生直接接觸和觀察實(shí)體對(duì)象。3D打印教學(xué)內(nèi)容以有形的三維立體技術(shù)展示教學(xué)內(nèi)容中提取的二維信息，也可通過個(gè)性化設(shè)計(jì)與創(chuàng)造將適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為教學(xué)模型，展現(xiàn)在課堂教學(xué)中。

（二）輔助學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)在實(shí)踐教學(xué)中學(xué)生可以使用3D打印完成模型制作。通過電腦直接將設(shè)計(jì)打印成微縮模型來構(gòu)造設(shè)計(jì)方案，提高制作效率，節(jié)省制作時(shí)間。例如，AUTOMOTIVE DESIGN教育展示中有這么一個(gè)案例：在汽車設(shè)計(jì)教學(xué)過程甲學(xué)生討論力學(xué)問題，將理論分析總結(jié)分類，小組設(shè)計(jì)出各種汽車模型構(gòu)造的方案，并將設(shè)計(jì)打印成實(shí)物，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的承壓能力，然后進(jìn)行優(yōu)化，確定最終方案。

（三）激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造力

3D打印需要學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐操作，從產(chǎn)品的草圖概念設(shè)計(jì)到成品打印再現(xiàn)，都需要學(xué)生親自參與完成，這種參與式教學(xué)能夠促進(jìn)學(xué)生操作能力、觀察能力和制作能力的提升。而教學(xué)生親自動(dòng)手操作與制作能力是實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)，在學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)踐的基礎(chǔ)上，學(xué)生才能發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)入深入思考，進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)的研究能力和創(chuàng)新能力。同時(shí)，3D打印能夠激發(fā)學(xué)生自己動(dòng)手的興趣，通過3D打印機(jī)的便利性、可操作性以及安全性的特點(diǎn)，學(xué)生大腦對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的虛擬構(gòu)思轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎|摸的立體彩色模型，增加學(xué)習(xí)的互動(dòng)和趣味性，使整個(gè)教學(xué)更加生動(dòng)。3D打印為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)開辟了新的空間，整個(gè)教學(xué)活動(dòng)變得簡(jiǎn)單易懂，學(xué)生可以從構(gòu)思設(shè)計(jì)、模型制作、實(shí)物展示、實(shí)際參與等多角度融入到學(xué)習(xí)的整個(gè)過程，有效地激發(fā)學(xué)生實(shí)踐的積極性。

（四）營(yíng)造愉快的學(xué)習(xí)氛圍

3D打印技術(shù)最突出的優(yōu)點(diǎn)是它能夠迅速將設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的圖形化、數(shù)字化的信息快速轉(zhuǎn)化為實(shí)物，通過實(shí)物作品的真實(shí)空間存在給學(xué)生提供感官刺激，在過程中直接觀察、修改等與操作模型互動(dòng)，對(duì)模型進(jìn)行全方位的深入了解，幫助學(xué)生理解虛擬的設(shè)計(jì)。對(duì)于需要?jiǎng)邮衷O(shè)計(jì)和制作的實(shí)踐實(shí)訓(xùn)課程來說，3D打印技術(shù)可以幫助學(xué)生節(jié)省設(shè)計(jì)的時(shí)間，學(xué)生可以在設(shè)計(jì)的早期就通過原型化排除錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)，從而幫助他們避免因?yàn)槔速M(fèi)時(shí)間在無用工作上，或是設(shè)計(jì)失敗帶來的挫敗感。

三、教學(xué)創(chuàng)新之處

（一）靶向培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維

以產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)踐實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)為研究背景，基于對(duì)3D打印技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和功能的把握，利用該技術(shù)作為教學(xué)動(dòng)力，靶向?qū)W生的主動(dòng)性學(xué)習(xí)，逐步提升和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維。

3D打印技術(shù)作為快速成型的新技術(shù)，其快捷性和便利性極易帶領(lǐng)學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)，尤其好奇心的驅(qū)使，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，明確和引導(dǎo)他們主動(dòng)參與學(xué)習(xí)活動(dòng)的動(dòng)機(jī)。在實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，學(xué)生借助3D打印機(jī)將自己虛擬的創(chuàng)新設(shè)計(jì)圖形或想法以可視化的實(shí)物呈現(xiàn)給教師和其他學(xué)習(xí)者，這樣教學(xué)方法不僅會(huì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能使積極主動(dòng)地參與實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)活動(dòng)。通過實(shí)物的驗(yàn)證，激勵(lì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的學(xué)生主動(dòng)參與創(chuàng)新創(chuàng)意設(shè)計(jì)。此外，通過3D打印技術(shù)來完成學(xué)生創(chuàng)意設(shè)計(jì)的實(shí)物再現(xiàn)和教學(xué)活動(dòng)的參與，能夠體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)者的重要性和實(shí)踐教學(xué)的重要性。

另一方面，為保證實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)的有效性，在教學(xué)過程中引入3D打印技術(shù)，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生借助3D快速打印的實(shí)物功能，能夠迅速完成設(shè)計(jì)再現(xiàn)的實(shí)物圖和效果圖，節(jié)省了實(shí)物制作時(shí)間，學(xué)生有足夠的時(shí)間和精力集中進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)意設(shè)計(jì)，培養(yǎng)和提高創(chuàng)新思維。學(xué)生通過打印實(shí)物分析自己的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、不斷修正和完善，利用想象力和創(chuàng)造力，最終完成個(gè)性化的產(chǎn)品實(shí)物制作。

（二）探索新的教學(xué)方法

英國(guó)3D打印技術(shù)在教學(xué)過程中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在“人類可以通過制造和分享過程產(chǎn)生學(xué)習(xí)”，通過這種理念指導(dǎo)學(xué)生在教學(xué)過程中創(chuàng)新探索。該理念的核心是“制造”和“分享”，主要強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)的真實(shí)情境中，學(xué)生通過參與式體驗(yàn)學(xué)習(xí)與探究式學(xué)習(xí)進(jìn)而獲得知識(shí)，并實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用的有效方式。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)教學(xué)過程中，教師通過3D打印技術(shù)為學(xué)生創(chuàng)造“體驗(yàn)式學(xué)習(xí)中心”空間和體系，學(xué)生需要主動(dòng)參與到真實(shí)的實(shí)踐活動(dòng)中，并通過親自動(dòng)手操作獲得直接的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提高解決問題的知識(shí)與技能水平。在3D打印技術(shù)支持下的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)中心從學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式上都有所突破。

“體驗(yàn)式教學(xué)學(xué)習(xí)中心”的學(xué)習(xí)內(nèi)容可以為課程教學(xué)中的一個(gè)專題設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，也可以是某一知識(shí)點(diǎn)的單個(gè)方面或問題的探究學(xué)習(xí)，也可以是一個(gè)設(shè)計(jì)創(chuàng)意的再現(xiàn)，也可以是這三者的交叉融合探究。在專題設(shè)計(jì)探究的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，依據(jù)教學(xué)大綱或課程需要，為學(xué)生提供一個(gè)設(shè)計(jì)參考，通過學(xué)生對(duì)例子的理解和把握，進(jìn)行自己的創(chuàng)意設(shè)計(jì)。學(xué)生在研究自己的創(chuàng)意設(shè)計(jì)時(shí)，自覺引入3D打印技術(shù)，且作為實(shí)現(xiàn)自己創(chuàng)意設(shè)計(jì)的一部分。通過這種教學(xué)活動(dòng)，教會(huì)學(xué)生利用3D打印技術(shù)將自己的創(chuàng)意設(shè)計(jì)想法變成現(xiàn)實(shí)，有利于學(xué)生的個(gè)性化和創(chuàng)新思維的發(fā)展。

“體驗(yàn)式學(xué)習(xí)”不僅僅是增強(qiáng)學(xué)生的體驗(yàn)感，還要注重學(xué)生之間的團(tuán)隊(duì)協(xié)作，結(jié)合自主學(xué)習(xí)，強(qiáng)化3D打印技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)踐與實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中的應(yīng)用。英國(guó)的大學(xué)在2012-2013年將3D打印技術(shù)引進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)課堂教學(xué)，實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)：基于3D打印技術(shù)的自主創(chuàng)新式學(xué)習(xí)能明顯提升教學(xué)效果，且還有利于產(chǎn)品的市場(chǎng)轉(zhuǎn)化。例如在抽象較強(qiáng)的學(xué)科物理和數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)過程中，教師希望能夠運(yùn)用實(shí)物進(jìn)行教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自主思考、推理和理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，積極開展以學(xué)生為主導(dǎo)的課程實(shí)驗(yàn)。這種自主學(xué)習(xí)方式最大程度地將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，教師變?yōu)檩o助，協(xié)助和引導(dǎo)學(xué)生，教學(xué)方法和教學(xué)方式的革新，不僅有利于產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展，而且有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新思維。

總的來說，通過自主、探究、參與式的教學(xué)行為，幫助學(xué)生全方位地理解和把握知識(shí)，3D打印技術(shù)與教學(xué)手段的高度融合，不僅為教師和學(xué)生提供體驗(yàn)式學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，還為學(xué)生提供搭建知識(shí)空間和體系運(yùn)用的重要技術(shù)。與新技術(shù)結(jié)合的教學(xué)方法，能夠促進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和探究設(shè)計(jì)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)以及發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維和自主學(xué)習(xí)能力。

四、結(jié)語

3D打印技術(shù)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的融合，在未來教學(xué)中將繼續(xù)大展身手，充分將學(xué)生的平面化、數(shù)字化的設(shè)計(jì)思想或理念迅速轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)存在的可觸摸實(shí)物，通過現(xiàn)場(chǎng)觀摩與探究、驗(yàn)證與構(gòu)建、修正和改進(jìn)等技術(shù)支持，為學(xué)生提供一個(gè)知識(shí)創(chuàng)新應(yīng)用空間，這個(gè)過程中充分體現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)主體性的原則，逐步提高學(xué)生的實(shí)踐性智力和創(chuàng)新性智力。