3D打印技術在高職聽障生動漫逆向教學設計中的應用

王　冠

(浙江特殊教育職業(yè)學院 藝術系，杭州 310023)

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3D打印技術在高職聽障生動漫逆向教學設計中的應用

王冠

(浙江特殊教育職業(yè)學院 藝術系，杭州 310023)

摘要：3D打印技術能夠將抽象的專業(yè)知識轉換為具象的實物模型，增強信息的可視化和可讀性，符合高職聽障學生“以目代耳”接收信息的特點。基于動漫專業(yè)教學的可操作性，結合3D打印技術的特點，文章采用逆向教學設計即從展示成果出發(fā)，借助3D掃描技術、點云數(shù)據(jù)拼合、3D打印技術等一系列手段使學生掌握展示作品的制作方法，經(jīng)過反復實踐研究制作過程，歸納新授知識并拓展創(chuàng)新設計。

關鍵詞：逆向教學設計；3D打印技術；高職院校；特殊教育；動漫專業(yè)；聽障學生

動漫專業(yè)課堂教學一般基于項目，首先，展示成品效果；其次，分析成品制作過程中所需掌握的專業(yè)知識和操作技能；第三，應用分析所得知識進行實踐教學活動。高等特殊教育院校開展上述形式的教學需要借助多媒體等教輔設備，以便將信息以可視化的方式傳遞給高職聽障學生。而傳統(tǒng)的以“計算機+PowerPoint演示文稿”形式展示的多媒體教學已不能滿足當前動漫專業(yè)的發(fā)展和改革需求。隨著3D打印技術在文化創(chuàng)意、動漫模型等領域應用的快速發(fā)展[1]，以及其高效、便捷的性能，將這一技術介入高等特殊教育院校動漫專業(yè)教學可以有效地針對高職聽障學生“以目代耳”接收信息的特點，將抽象的知識轉化為具象的實物模型，輔助學生更好地掌握專業(yè)知識，提升教學有效性。

中國動漫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢已然走向了產(chǎn)業(yè)融合。在技術革新、產(chǎn)業(yè)滲透、終端資源的跨界發(fā)展新形式下，現(xiàn)代傳媒技術與造型藝術的漫畫和動畫之間的聯(lián)系日趨緊密，形成相互合作、相互促進的生態(tài)系統(tǒng)[2]。故高等特殊教育院校的動漫專業(yè)教學必須強化多媒體教學教輔手段的革新，以補償高職聽障學生聽分析器缺失所造成的短板。

1問題的提出

1.1教學設計固化，教學內容淺顯

以浙江省高等特殊教育院校的動漫專業(yè)《Maya模型》課程為例(下述均以該課程為例)，在教學設計中大多以實例教學為主，一般設計過程為六步法(如圖1所示)，即實例效果展示→制作步驟分解→新授知識解析→教師演示實例→學生實踐操作→教師從旁輔導。

圖1　高等特殊教育院校動漫專業(yè)常規(guī)教學設計流程

該種教學設計的授課模式過于固化、按部就班，未能進行教學改革創(chuàng)新；教學過程設計缺乏借助應用現(xiàn)代化教育技術予以強化并豐富教學內容的理念；實例教學往往側重于某個知識點的講授。該種傳統(tǒng)的教學設計，達不到培養(yǎng)學生的知識綜合應用能力的效果。長此以往會降低高職聽障學生的學習興趣，使其對專業(yè)學習感到索然乏味。

1.2教學手段單一，輔助教學簡化

現(xiàn)行教學設計中各環(huán)節(jié)的多媒體教學輔助手段應用(如圖2所示)，以多媒體輔助設備開展的教學設計大多借助“計算機+PowerPoint演示文稿”為信息呈現(xiàn)的載體，其形式單一，內容局限，未能充分達到以多形式、多教具輔助教學內容教授的目的，同時，也不能豐富教學內容呈現(xiàn)，不能較好地將抽象的知識轉換成具象感官的實物用于幫助高職聽障學生理解知識。“計算機+PowerPoint演示文稿”形式的多媒體輔助教學是一種平面、抽象地呈現(xiàn)教學內容的方式，這與高職聽障學生對事物認知需以“看得見、摸得著”的具象接受信息的方式有所背離。

圖2　現(xiàn)行高等特殊教育多媒體教學設計應用

1.3評判標準抽象，教學效果弱化

高等特殊教育院校動漫專業(yè)的教學質量評價體系未形成量化標準。對于學生創(chuàng)建的三維模型優(yōu)劣的評判一般基于教師個體的經(jīng)驗，學生很難真正理解評判的標準，只能通過教師修改和講解。觀察Maya軟件中虛擬模型的造型、結構、比例，可以大概了解制作的問題，但不能獲取較為精準的實物對比，而實際觀察創(chuàng)建模型得出的現(xiàn)實成品則便于明確制作中的錯誤。《Maya模型》課程教學需要借助三維軟件進行設計、制作，在軟件中創(chuàng)建虛擬模型對高職聽障學生而言具有較強的抽象性，部分學生無法理解三維軟件中立方體的透視(如圖3所示)，在創(chuàng)建時會有意識地將立方體底面向上移動。教師在一對一的輔導過程中應告知學生這是立方體的透視效果，并非是其本身底面向上傾斜。事實上，這樣的解釋對于高職聽障學生而言是一知半解的，若能通過實物模型的展現(xiàn)進行對比，其效果能更為直觀。

圖3　Maya軟件中立方體透視效果

2原因分析

2.1教輔手段單一，教輔設備匱乏

對于教材的轉化使用和教學內容的二次開發(fā)，未能充分利用多媒體教學設備，知識解析的可視化及教學設計停留在“就軟件講解命令應用”和“就實例解析知識”階段，不能充分利用除“計算機+PowerPoint演示文稿”外的多媒體教學技術手段。教師自身知識結構更新過慢，導致了新興的多媒體教學技術和設備出現(xiàn)后沒有被及時掌握并應用于教學設計中。另外，現(xiàn)行的教室多采用傳統(tǒng)“計算機+投影儀”的多媒體設備，沒有及時更新、增添新的教輔設備，即便部分教師掌握了新的多媒體教學手段，也因為設備的缺乏而受到制約。

2.2教學設計保守，缺乏綜合設計

教學設計的墨守成規(guī)是導致教學改革創(chuàng)新無法推進的重要因素之一。按部就班地將紙質的教材轉變?yōu)殡娮诱n件，將實例操作步驟照搬照抄地在教學過程中予以演示，一是缺乏教學的靈動性，二是缺乏引導高職聽障學生對知識的綜合應用。教學設計僅針對一個個小實例是不足以讓學生形成知識體系的，需要立足小實例的知識點并將其串聯(lián)設計成為仿真項目，以培養(yǎng)學生對于知識的綜合應用能力。

2.3教輔介入淺顯，內容過于抽象

教學設計制作時未能深入挖掘多媒體技術與專業(yè)課程的結合點，也未嘗試使用新興的媒介教授知識。現(xiàn)行的教學設計未能將抽象的知識、虛擬的操作與具象的實物、實際的模型對比予以點對點的銜接，教學形式過于抽象。而優(yōu)秀的教學設計需依賴于多重輔助手段的共同呈現(xiàn)，在進行知識點的講授時，可以結合使用文字注釋、圖示說明、實例演示、實物比對等不同形式的教輔手段介入與之相適應的教學內容中，從而發(fā)揮各種教輔手段在教學中的優(yōu)勢。

3應用研究

基于上述問題，結合動漫專業(yè)教學的實際，在教學設計環(huán)節(jié)融入3D打印技術將虛擬三維模型轉化為實物模型，便于高職聽障學生理解空間關系、透視原理等抽象的知識，以逆向教學設計開展教學，使學生在充分動手實踐后，探索研究得出建模的方法和優(yōu)化設計方案。3D打印技術介入高職聽障學生動漫專業(yè)逆向教學設計流程如圖4所示。

3.1基于3D打印技術的逆向教學設計

基于3D打印技術的逆向教學設計首先要求教師在原有教材內容的基礎上進行提煉、規(guī)劃、設計和總結，明確3D打印技術可介入的教學內容和實施環(huán)節(jié)，介入后能予以輔助高職聽障學生更為直觀、具象地理解知識，并能將知識進行綜合應用；其次，逆向教學設計，即打破常規(guī)的教學方法和實施步驟，導入教學內容時從“看得見、摸得著”入手，使學生對所學知識有具象化的認知，直至引導學生完成項目，并能拓展應用。基于3D打印技術的《Maya模型》課程的逆向教學設計一般有以下環(huán)節(jié)：實物成品展示→3D掃描實物→基于掃描數(shù)據(jù)進行造型設計和建模→打印模型→對比研究→修改再次打印模型→定稿→基于制作過程優(yōu)化設計制作方案→拓展創(chuàng)新等；第三，在對比研究過程中需數(shù)次將三維虛擬模型與實物模型進行轉換和對比，以便優(yōu)化三維模型的制作，最終呈現(xiàn)出較高質量的作品。

3.2逆向教學設計實施

3.2.1多重形式展示成品效果

一般而言，在Maya中創(chuàng)建三維模型需要設定稿，設定稿大多是以平面手繪稿呈現(xiàn)的。為增強“視”對高職聽障學生視分析器的刺激，需同時展示教師提前制作好的利用3D打印技術生成的實物模型，并以“平面設定稿+3D打印實物模型”二者結合的形式展現(xiàn)所需制作模型的造型。多重形式展示成品效果能使學生將平面設定稿中的前、側、頂三視圖和經(jīng)3D打印的實物成品有效地進行對比，填補了平面設定稿中“看不見”部分的空缺，實際上3D打印實物模型是對平面設定稿的一種補充說明，是一種“看得見、摸得著”的參考設定。

3.2.2利用3D掃描技術分析對象結構

通常在使用Maya軟件創(chuàng)建模型前，會對所制作的對象進行比例、結構、特點上的分析，便于創(chuàng)建時對其造型的把握和選取事半功倍的制作方法。基于3D打印技術逆向教學設計，《Maya模型》課程中針對對象結構特征的分析是通過3D掃描儀對物體進行高速高密度測量進行的，并通過輸出三維點云這一方法進行具象分析[3]，其步驟是首先利用3D掃描儀對物體的多個面進行掃描，然后將各個部分進行拼接。掃描和拼合點云的過程可以促進學生對于對象物體的細致觀察。學生選取的不同掃描方式，決定了拼合數(shù)據(jù)的難易程度，經(jīng)過多次試驗，學生對結構和特點就會有所了解，將掃描拼合處落在不易察覺的隱蔽位置，避免結構轉折較大、起伏明顯處的數(shù)據(jù)合并，注重單個掃描面的完整性。上述既是3D掃描技巧實則又是三維建模制作需注意的事項，通過實踐動手的操作比純粹的“看圖分析”更直觀、細致、精準。

3.2.3基于3D掃描數(shù)據(jù)再創(chuàng)作

相較于平面設定稿進行的模型創(chuàng)作，3D打印技術的介入為模型的創(chuàng)建提供了多重參考， 拼合后的三維點云數(shù)據(jù)在軟件中形成模型，基于高職聽障學生學習能力的強弱，可設計兩種方式進行分層教學。模仿能力強是高職聽障學生的共性，針對學習能力較弱的學生，可以在Maya軟件中對照3D掃描的模型進行臨摹制作，同時可以結合平面設定稿及3D打印實物模型多重參考，充分了解所需制作的對象的結構，理解其空間關系、結構轉折等，這減少了以往參照平面設定稿在Maya軟件中建模的難度；對于學習能力較強的學生，可在3D掃描模型的基礎上對其做加法或減法形式的調整、修改，以便在原有的造型基礎上進行再創(chuàng)作，該種創(chuàng)作方法是依據(jù)固有的造型結構進行優(yōu)化設計，放大對象的特征，使創(chuàng)建的模型基于原型進行夸張，降低了創(chuàng)作的門檻和難度。

3.2.4使用3D打印模型檢驗制作成果

將學生在Maya軟件中制作完成的三維模型利用3D桌面打印機進行打印，在3D打印過程中內外支架的搭建數(shù)量和密集程度可以用來檢驗三維虛擬模型造型的準確度和合理性，支架越多反映出打印耗材越多，說明Maya模型有待優(yōu)化。通過3D打印的模型能夠直觀地檢驗Maya軟件中模型創(chuàng)建的比例、大小、結構、對稱性是否正確。對于在Maya軟件模型創(chuàng)作過程中一些難以理解問題，通過3D打印所得的實物模型可以進行較好地解答。例如，高職聽障學生在建模過程中會連續(xù)擠壓面數(shù)次，造成重疊面的問題；利用3D打印模型時遇虛擬模型有重疊面，會產(chǎn)生同一位置數(shù)次打印耗費材料，造成打印模型的坍塌；遇到虛擬模型有嚴重錯誤時3D打印機會停止工作，以至于無法形成最終的實物模型。這種直觀的檢驗方式能夠便于學生查找模型創(chuàng)建過程中的問題并進行修改。

3.2.5數(shù)次比對優(yōu)化制作

通過利用3D掃描得到的模型與在Maya軟件中創(chuàng)建的模型對比，能明確二者之間的差異，相比以往教師憑借制作經(jīng)驗在Maya軟件中指出問題并告知修改方法，這種模型之間的造型比對更為直觀、具象、有效，同時高職聽障學生能利用該種方法通過自查的方式發(fā)現(xiàn)問題。Maya模型可以經(jīng)過數(shù)次3D打印進行多次對比、修改，如此循環(huán)往復的調整，學生能逐步摸索出制作的手段，累積正確的制作經(jīng)驗。每一次打印所得的實物模型都能成為可保留的制作過程，以便在后續(xù)開展教學時作為教學案例進行解析。在數(shù)次對比和修改后，學生能夠通過模型的制作反推設定方案。根據(jù)Maya建模中存在的問題，3D打印過程中內外支架的耗材，實物模型外觀的美觀性、實用性等，學生可以對設計方案做出優(yōu)化，明確設定稿繪制的原則，掌握設定稿繪制的優(yōu)劣及其對模型創(chuàng)建的影響。

3.2.6成品定稿拓展應用

通過多角度、多形式對同一制作對象數(shù)次的觀察、分析、制作、設計，高職聽障學生已能掌握相應的知識和技能，具備了對相關知識的綜合應用能力。此時可介入諸如動漫衍射產(chǎn)品的拓展項目，進行強化訓練，形成完整的平面設定稿、3D打印模型實物、動漫衍生產(chǎn)品等。

4利用3D打印技術進行逆向教學設計的原則

逆向教學設計不能簡單地等同于打破原有的教學常規(guī)，將各個教學環(huán)節(jié)進行打散再重組。首先，需要教師在充分熟悉教學內容和受眾對象的前提下予以實施；第二，要充分利用現(xiàn)代教學設備，將其融入到相應的環(huán)節(jié)，使其具有實效性，而不是“花式”形式上的介入，對教學有效性沒有實質推動作用的介入無需設計在內；第三，在進行3D打印技術逆向教學設計達到教學目標后，需幫助學生梳理學習的過程，讓學生形成系統(tǒng)的架構，而不是碎片化的知識點，要能將知識點進行串聯(lián)，進而具備綜合應用的能力；第四，鼓勵學生應用現(xiàn)代技術進行創(chuàng)新設計。

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責任編輯：李鳳英

Application of 3D Printing Technology in Animation Contrary Teaching Design for Deaf Students in Higher Vocational Colleges

WANG Guan

(Art Department, Zhejiang Vocational College of Special Education， Hangzhou 310023， China)

Abstract：3D printing technology can transform abstract professional knowledge into concrete physical model, which enhances the visualization and readability of information, being in line with the characteristics of hearing-impaired students′ receiving information by ears instead of eyes. Based on the operability of animation specialty teaching, this paper, combining with the characteristics of 3D printing technology, presents a reverse teaching design, that is, by starting from displaying the present achievements, to make students master the making method of the displayed works with the help of 3D scanning technology, point clouds data merging and 3D printing technology, and then sum up new teaching knowledge and expend the innovative design after repeated practice.

Keywords：reverse teaching design；3D printing technology；high vocational colleges；special education；animation specialty；deaf students

收稿日期：2016-03-10

基金項目：2014年度浙江省教育技術研究規(guī)劃課題(JB127)

作者簡介：王冠(1985-)，女，浙江杭州人，講師，碩士，主要從事特殊教育及影視動畫研究。

中圖分類號：G762

文獻標志碼：A

文章編號：1009-3907(2016)05-0120-05