共享式三維打印實踐教學資源庫構建的幾點探索

邱鑫　楊建飛

摘 要：近年來，雖然三維打印技術已成為國內外學術研究熱點，但對于教學而言，其仍是一門新興課程，具有多學科交叉、概念多、工程性強等特點。這些特點使得該課程在實踐教學中需要使用大量三維打印軟硬件設備，而這些設備很多涉及高精尖技術，價格不菲，因此有必要構成共享資源庫的形式。為此，本文從實體資源、軟件及虛擬現實資源共享等角度探索三維打印實踐教學資源庫構建的方法。

關鍵詞：三維打印；實踐教學；資源庫構建

一、 引言

三維打印作為“工業4.0”及“中國制造2025”中重要組成之一，近年來經歷了快速發展，當前已成為研究熱門。雖然三維打印技術在科研角度有了長足的進步，但對于教學而言，三維打印仍是一門新興課程。三維打印具有多學科交叉的顯著特點，涉及機械、電氣電子、計算機、材料等多個學科方向，基礎概念多，教學難度大。此外，該課程的核心是設計制造，需要學生進行大量的動手實踐，才能有效地掌握該課程知識，而這些實踐過程需要各類相關的軟件及硬件支撐，而且這些資源設備往往具有價格昂貴、體積龐大、操作要求高的特點。因此，本文將從實體資源、軟件及虛擬資源等角度探索共享式三維打印實踐教學資源庫構建思路。

二、 實體資源

因為實體資源具有一定的物質形式，難于快速直接地傳播分享，一般集中在一定區域小范圍內共享。下文從文本類和設備類實體資源角度探討三維打印課程的共享式實體資源的構建：

（一） 文本類實體資源

文本類實體資源主要包括教材、教學大綱、教案、實驗指導書、試題試卷和相關文獻資料等。目前，相比其他課程，三維打印相關的文本類實體資源仍較少，如教材類資源大多是一些集中于某特定技術的專著及教程或科普類教材，為此，我校相關專家編寫了一套三維打印相關系列教材，涵蓋材料、建模、工藝各方面，適用于本專科相關專業教學。這些文本類資源是三維打印課程系統構建的基礎，需要各高校及研究機構多年積累，才能形成該課程豐富的文本類實體資源體系。對于文本類實體資源，如教材、實驗指導書等，若已出版發行，則已形成了資源的共享，但其他一般不公開發行的文本類資源，如教學大綱等，則以電子版形式呈現，如以網絡公開課程的形式，利用網絡途徑進行共享。

（二） 設備類實體資源

因為涉及不同的打印材料和工藝，三維打印設備種類繁多、功能各異。對于三維打印教學用途，設備類實體資源應集中于一些典型的、易于實施操作，或有示范意義的三維打印設備。由于熔融沉積成型（FDM）桌面型三維打印機具有價格低廉、易于維護、無危險廢物產生、使用安全性較高等特點，目前已經成為構建三維打印教學實驗室的主力機型。其他工業級三維打印設備，如光固化三維打印機，使用具有一定揮發性的液體材料，并需要紫外光或其他特種光源成型，具有一定危險性，同時價格昂貴，一般用于演示性教學使用，或用于研究生等高年級課程使用。因此，構建設備類共享式實體教學資源庫，應從實際需求出發，一方面以桌面型三維打印相關設備為主構建可用于集體共享實踐操作的教學實驗室，另一方面，構建以工業級或其他不利于學生獨立操作的共享式三維打印演示教學實驗室，以老師演示操作、學生們觀察學習為主。

三、 軟件及虛擬現實資源

不同于實體類資源，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實類資源角度探討三維打印課程的共享式非實體資源的構建：

（一） 軟件類資源

三維打印教學過程中涉及大量的軟件，如各類三維掃描軟件、三維建模設計軟件、模型分層切片軟件、執行代碼生成軟件等。這些軟件可分為開源版和商業版兩大類，在遵守開源授權協議的前提下，開源版軟件免費使用，但不能用于商業用途，從這一角度，比較適合教學使用。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使用會有所不利。針對這種情況，可以采取購買成熟商業版軟件的方式，或在版權協議授權范圍內，增加一些適于教學的新增功能至開源軟件，形成教學版專用軟件。當然，也可結合科研，自行開發所需的三維打印教學軟件。除了應用軟件，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建，目前互聯網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備中，一些具備智能化網絡接口，可遠程控制，即可將硬件實體資源通過軟件的方式進行共享。

軟件類資源構建共享資源庫具有天生的優勢，可通過一定載體，如文件傳輸協議（FTP）服務器、網盤、網站、遠程客戶端等形式進行共享，但是在共享的同時需要注意知識產權的保護。

（二） 虛擬現實資源

虛擬現實是近年來發展的熱門方向之一，它是利用計算機仿真，實現多源信息融合、交互的三維動態視景和實體行為，該技術非常適合一些危險性較高或代價較高的教學用途，另外與當今學生習慣于從電子設備學習的特點相符。

三維打印教學過程中，經常涉及一些揮發性材料，或紫外線、高能激光的使用，具有一定危險性，或者對于一些嘗試性的教學實驗，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課程的教學，非常有必要結合虛擬現實技術。另外，虛擬現實技術本身就是一種便于共享的技術，通常可支持多用戶同時在線以及遠程操作。

四、 結語

三維打印是一門新興的工科類專業課程，三維打印技術的特點決定了該課程在教學過程中的一些特殊之處。本文結合三維打印課程的特點，從實體資源、軟件及虛擬現實資源等角度對共享式三維打印實踐教學資源庫的構建進行了思考和探索。該課程的各方面發展均處于起步狀態，未來還需要從該課程的實際教學過程中積累并總結經驗。

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作者簡介：

邱鑫，楊建飛，江蘇省南京市，南京師范大學電氣與自動化工程學院。