廣州工程技術職業學院 郭 涌
摘要：三維建模課程是高職藝術設計類專業的必修課程。作者結合自己近年教學實踐，嘗試通過3D打印技術對三維建模教學實踐環節進行探索，旨在改革教學模式、變革教學方法，提高學生學習興趣，激發學生創新思維，使學生掌握從創意設計到三維建模到作品打印制作所需的各項技能，提高了教學效果。
關鍵詞：3D打印技術 三維建模 教學設計
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打印技術是一種快速成型技術，它無需機械加工或模具，就能直接從計算機圖形數據中生成實體模型，大大縮短了產品的研制周期。從3D打印的小件文創飾品，到鞋、燈具等生活用品，到3D打印的房屋、汽車等，應用領域越來越廣泛。在教育教學領域，3D打印技術將成為未來教育領域教育技術的重要發展之一。3D打印技術應用到課程教學，激發了學生的創新思維，拓寬了教學目標和內容，改變了教學方式和手段，對于學生創新精神和實踐能力的培養有著不可替代的意義，促進了高職院校復合型創新人才的培養。
一、3D打印技術在三維建模教學中的積極作用
（一）3D打印技術簡介
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，其首先以數字化的三維建模為依據，運用相關軟件并通過先進技術為支撐，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。人們利用這一科技成果，可以將電腦中的虛擬模型轉變成現實中真實具體的三維模型。
3D打印分三維設計過程和3D打印過程。三維設計過程是通過計算機三維建模軟件設計模型，或者通過三維掃描儀對物體進行掃描成為數字化模型。3D打印過程就是把數字化模型導入分層處理軟件，設定打印參數，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用技術得到飛速發展，滲透到工業制造、文化創意、數碼娛樂、航空航天、生物醫療、建筑工程等各個行業。
（二）激發了學生的創造思維
在傳統的三維模型課程中，學生設計制作的模型只能展現在電腦的虛擬空間里，看得見，摸不著。3D打印技術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，這大大吸引了學生的學習興趣，激發了學生的創造性思維。通過3D打印的實訓過程，提高了學生對三維建模設計制作的實操能力、3D打印的動手能力和整個過程中解決實際問題的能力。對創新型人才培養具有積極意義。
（三） 提高了學習效果
3D打印激發了學生DIY（Do It Yourself）的興趣，通過3D打印技術融入課程，學生在三維軟件中設計的三維模型轉變成真實的立體實物，使學生腦海的抽象設計變成了現實，使學習更加生動。有效地激發了學生內在的學習動力，教學效果顯著提高。
（四）促進了文創產品的開發設計
3D打印技術應用在三維建模教學中，學生的創意設計模型從虛擬的設計變成了現實的實物，利用互聯網平臺，學生將自己的作品放在網上銷售，成為了名副其實的文創設計產品（如圖1、2、3）。
二、3D打印技術對三維建模教學中的改革
（一）3D打印技術引入教學，創新了教育教學方式
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優盤把它拷貝到3D打印機中，進行打印設置后，打印機就可以把它們打印出來。因此3D打印技術的一個重要環節就是虛擬三維模型的制作。
在傳統的三維建模教學中，盡管在教學模式和教學方法上我們進行了各種嘗試和設計，比如案例教學法、講練結合法、項目實訓法進行教學改革，但是仍然有很多學生對三維建模學習感到力不從心，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習。
3D打印技術引入教學，學生在三維軟件中設計制作的模型，通過3D打印，就可以直接直觀地變成真實的物體，極大地提高了學生的學習興趣和學習三維建模的積極性，課程教學中，理論、操作講解、實訓室實訓三位一體。課堂教學從過去以教師為中心的講授式，逐步轉換為以學生為主體、教師為輔導的新型教學模式，創新了三維模型教學模式。
（二）教學內容的改革
3D打印技術引入教學，教學內容也相應作出了調整，不再是以軟件命令學習、實操為主線，而是以企業制作流程設計課程教學，以實例工程項目為主線構建教學內容，將三維建模軟件3dsmax中命令教學融入工程項目中，與3D打印技術相結合，在項目實訓過程中讓學生掌握三維建模的實操方法和技巧。
三、3D打印技術在三維建模教學的實踐
（一）通過深入企業提煉項目，結合項目實例，開展課程教學
本課程教學前期，任課教師利用假期深入相關企業進行學習實踐，在企業參與真實項目制作，將企業參與的項目內容進行提煉成該課程的實訓項目。本課程以一個個項目實例串聯起來，構成該課程的教學內容。這里以多邊形建模為例演示三維建模的教學設計過程。
教學目標：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意、設計、制作及最終的3D打印實體模型，班級2-3人為一個項目學習小組。
教學重難點：三維建模軟件3dsmax多邊形建模
教學準備：課前給學生提供課程學習網站——我校自主開發的“空中課堂”課程網站，上傳3dsmax多邊形建模操作演示微視頻，給出課堂項目實訓要求，提供參考教材。實訓室提供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（即教師在企業參與項目的制作）。提出各小組參照案例自行設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意設計及最終的3D打印卡通模型。
教學時間：4學時，其中2學時是教師進行項目講解，2學時是學生作品答辯。3D打印實訓室全天候對學生開放。
教學過程：
1.各小組創建小組名稱，開展小組討論，進行項目故事創意。
2.小組成員分工合作，開展故事角色設計過程，有故事創意設計、有手繪角色設計、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，將故事創意、設計、制作過程講述出來，將最終3D打印的卡通角色模型現場展示。教師根據作品現場考核評價。
（二）3D打印融入課程項目，教學效果顯著提高，教學成果不斷
學生通過3D打印技術的融入，分小組項目式改革課程教學，作品從創意、設計到3D打印、后期處理，最終發展成為文創產品。這樣的學習過程，促進了學生三維建模能力、創意能力、3D打印實操能力和團隊協作創新能力的發展，有利于學生自主學習鉆研能力的培養。這樣的教學改革，學生親身實踐、自主設計，運用3D打印技術進行模型制作，在過程中，發現自己設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，這種反復改進的過程是以往教學過程中缺乏和無法訓練的，這樣的過程也讓學生體驗到設計、實踐的科學性與嚴謹性。
將3D打印技術應用于三維建模的實踐教學，增加了實踐教學的途徑，對培養學生的實踐能力和學習能力起到了推動作用。自2014年以來，作者團隊指導學生完成優秀實物作品16件，正在申請國家發明專利8項，申報廣州市級創新創業項目2項，學生的課堂項目的作品參加全國三維數字化創新設計大賽“微深杯”3D打印創新設計大賽廣東省賽區特等獎1項，一等獎1項，二等獎3項。獲全國三維數字化創新設計大賽“微深杯”3D打印創新設計大賽現場總決賽一等獎1項、二等獎2項。學生的3D打印原創設計作品“原創遙控活動機器人”參加首屆廣州市屬高校創新創業教育成果展。
結語
三維建模課程是高職藝術設計專業的必修課程，3D打印技術應用于三維建模教學，的確能夠提高課程教學質量，改進教學模式，創新教學方法，使枯燥難學的內容變得生動有趣，是數字化教育的升華。3D打印技術在促進專業教育教學方面將發揮更大的作用和巨大的創新潛能。
基金項目：廣州市高校創新創業教育項目“3D打印技術在3dsmax課程中創新教學模式的應用研究” （項目編號：201727223） ；
廣州市教育科學規劃課題“高職《室內設計入門務實》課程交互式仿真教學數字資源的開發與應用研究”，面上一般課題（項目編號：1201533376 ）。
參考文獻
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