基于3D打印技術的工業設計專業教學研究與實踐

陳思

摘要：隨著我國3D打印技術的廣泛醫用，社會及教育行業對其重視程度逐漸加深，工業設計作為社會經濟發展的主要動力，注重對3D打印技術的教學開展，但仍處于起步階段，面對教學研究及實踐需要深入進行探索，本文就3D打印設計教學研究與實踐進行分析及研究。

關鍵詞：3D打印技術;工業設計;教學研究;教學實踐

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）02-0042-02

3D打印技術作為快速成型技術的重要種類，教育階段中將3D打印技術作為新型課堂教學內容，必須從實際需求出發，具有批判性思維和解決實際問題能力的教學思想，開展研究教學，重視實踐教學經驗的吸收和學習，查找相關創新應用及技術資源，引領學生新思維、創新能力有效提升，實現數字化教學與創新發展，不斷推動3D技術的有效提升。

1 3D打印技術理論基礎

3D打印技術是快速成型技術的一種，以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，在逐層打印后實現物體的構造技術。在20世紀90年代中期出現，1986年美國科學家Charles Hull開發第一臺商業印刷機后，3D打印技術被麻省理工學院、ZCorp公司進行深入開發運用，在2011年南安普頓大學開發出第一架3D打印的飛機，直到2019年美國加州大學利用3D打印技術制造出中樞神經系統結構的脊髓支架模仿。可見，3D打印技術應用領域從建筑工程、工業、航天、醫學領域等多方面都具有應用價值，尤其在工業設計領域用于制造模型最為廣泛及迅速應用，利用數字技術材料打印機實現3D打印。3D打印技術具有三維設計、切片處理及完成打印三個重要過程，通過計算機內建模軟件的建模，形成三維打印的設計，將建成的三維模型“分區”進行逐層截面切片，實現打印機的逐層打印。3D打印成品真實、形象，其不需要切、削、模型等技術，加工速度極快并且生產周期較短，能夠實現結構復雜、體積較小的產品完成，并且是一體成型，減少二次加工環節，既可批量完成也可實現遠程操作，能夠滿足不同的需求。

2 3D打印設計教學理念

3D打印技術作為新興的教學方向，必須通過合理的教學活動獲得經驗，提高學習者主動實踐的學習能力，構建科學的教學理念，引導學生的探究精神，培養學生舉一反三的能力，打破傳統教學的理念及方式，積極將3D打印技術融入到工業設計課程中，根據設計不同階段的需要，積極進行交流，實現理論與實踐相結合。在教學過程中，注重搭建科學有效地教學理念，積極與現實發展相結合，為學生尋找更多的學習資料，在教學大綱基礎上，與現實發展密切聯系，分析成功案例，查找適合自身課程所需經驗，分析解讀后為學生提供相關知識，吸引學生到課堂，拓寬學生知識面，激發學習興趣，促進教學理念的有效提升。

在教學理念構建過程中，要注重科學性的體現先進工藝美與精確美，工業設計不僅僅是產品造型，更要注重功能、結構的設計，實現成本最低創造最高的附加值目標。在教學過程中要根據工業設計專業的特殊性將結合，將基礎教學與實踐緊密結合，通過3D打印技術將產品理論與實踐相結合，對每個階段設計的不同要求進行溝通與交流，注重激發學生的主動性與參與性，教師根據各環節重點進行正確的引導，必須注重實踐的教學理念搭建，實現理論與實踐的有機結合，注重給學生建立工業設計必須商品化是設計追求的最終目標，在設計過程中不僅要注重設計美感，更要實現設計結果的可應用性，明確設計的目的，了解商品化的過程，實現設計與生產的統一性，保障工業設計的商品化需求。在教學過程中注重系統的教學觀念確立，注重實踐能力的有效提升，運用3D打印技術為學生帶來設計過程的展示與學習，將3D打印技術作為重要的教學內容進行深入的學習，設計教育必須遵循發展的前沿需求，與現實發展相結合。

3 基于3D打印的教學方式

3.1 翻轉課堂

隨著教學改革的不斷深入，翻轉課堂模式成為教學新的模式推進，并受到各階段教學的積極響應，在3D打印技術教學過程中采用新型模式為師生溝通建立的重要的平臺，并為學生的實踐動手能力提供可靠保障，在計算機的應用及3D技術的學習提升學生理論實踐能力，對視覺感官和智能控制有了進一步的了解。翻轉課堂突破了傳統的教育觀念，美國羅伯特-陶伯特在通過多年的教學實踐經驗基礎上提出了幾個重要步驟，一個是課前學生觀看教師提前準備好的教學視頻做相關的作業練習，在課堂中對學生進行針對性測驗，提出具有問題學習理論及實踐知識，最后總結和評價反饋。注重“以人為本”“因材施教”需求，在3D打印設計教學過程中重視教學環境、教師及學生能力，實現動手動腦能力有效增強。在教師進行教學視頻的準備過程中，注重豐富教學的內容，將教學大綱基礎與現實3D打印技術成果相結合，積累設計經驗，提出創新思想，抓住工業設計過程中的住重點、難點，提出問題開展教學，堅持運用新知識引導教學，積極解決在設計課程中存在的問題，對普遍問題進行解決，促進理論與實踐的相結合。一方面提升教師的備課能力及專業基礎能力，一方面激發學生學習興趣，共同開展研究學習，提升學習成效。

3.2 多媒體教學

在教學過程中多采用多媒體進行教學，3D打印技術與工業設計是目前的前沿科技，需要大量的新技術、新知識融入教學過程中，運用多媒體教學方式全方位地進行學習，多媒體教育突破了傳統教學觀念，突破“一言堂”傳統模式，教學氛圍更為活躍，能夠達到事半功倍的教學效果。在教學過程中注重查找圖像、視頻、成果展示等等的視頻及音頻內容，利用現場環境的營造，深刻領悟工業設計、3D打印技術的真諦，能夠根據自身專業特點進行積極的學習，學習重點及方向明確。教學過程中，教師通過多媒體資源的收集，對現實3D打印技術環境及工業設計發展方向具有更鮮明的了解，豐富教學資源，提高教學能力。

3.3 課題競賽

工業設計專業學生動腦及動手能力較強，對新事物接受能力快，并能夠主動進行挑戰，運用任務小競賽或課題小競賽激發學生學習熱情，發揮團隊精神，能夠將自身理論知識與實踐知識相結合，并將知識進行融匯貫通。通過產品設計課程進行分組的形式任務布置，或采用給定主題，將學生分為幾個小組，培養學生發現問題能力，分析和解決問題能力，提高學生的綜合能力，可運用不同的方案進行設計及完善，對設計出現的難點及熱點問題，積極查找資料，對每個步驟及個人進行考評，督促學生參與深度及廣度，利用幾個課時進行答辯、投票等方式，進行等級評定后給予響應獎勵。通過競賽激發學生學習熱情及挑戰熱情，能夠對自身知識進行實踐，工業設計專業必須具有動腦及動手能力，競賽方式能夠敦促學生審視自身知識系統全況，查找及填補不足，教師也可在競賽過程中對學生存在的普遍或難點問題進行深入教學、剖析，并對較為優秀的產品作為案例進行分析及推廣，實現工業產品的設計與學習。

3.4 微課堂方式

隨著收集終端的普及，高效率的各類手機、平板、筆記本計算機被廣泛應用，工業設計專業學生對先進的技術及設備學習能力較強，能夠使用相關軟件進行深入學習。并可以在課余時間及零散時間進行知識的學習，教師通過制作主題較為突出且短小的片段進行知識點學習，對3D打印技術的學習及應用具有較為突出的優點，能夠為學生安排較為寬松的學習環境，并能夠與現實生活相聯系。使學生的思維更為寬廣，能夠及時與教師進行溝通，摒棄傳統僵化的教學方式，更符合時代性，能夠激發學生學習熱情。且工業設計專業在3D打印技術的學習及使用過程中需要大量的新知識，實踐知識更新速度較快，通過微課程能夠將現實發展情況及時進行聯系，應用到現實生活中與學習緊密相聯系，為教學提供更為寬廣的范圍及知識，促進課堂教學內容的有效豐富。通過微課堂模式激發學生學習熱情，促進學生與教師聯系溝通能力，提升教學的有效性。

4 基于3D打印的教學內容

4.1 基礎教學

3D打印技術的學習及應用涉及數學、藝術、信息等眾多學科，甚至還有電子、機械等學科內容，關系到多領域的綜合性課程，在教學過程中，注重基礎知識的有效學習，加強及加深基礎理論的學習，扎實學生學習基礎，對產品的形態進行設計，合理設計結構與加工工藝，選擇適合材料，將產品的特有屬性突出，將工業設計的真諦進行學習，在學習過程中重視對心理產生統一、協調的感受，不僅體現產品的完美，更要體現現代工業生產科技、自然和人文關系，將工業產品設計創新原則、美觀原則、可行原則、合理原則、適用原則、可靠原則及經濟原則等重要內容，樹立正確的工業產品設計思維，引導學生積極進行創新及發展。

4.2 實踐教學

3D打印技術的出現為設計提供良好的設計需求，經過計算機軟件的設計及應用，目前我國軟硬件技術以國產桌面級打印機為主，具有一定的限制。教學要注重加強資源的引入及應用，在實踐過程中對參數設置、結構的設計進行檢驗，對出現損壞及不能打印狀況的進行分析，對打印原理進一步學習，對目前對打印機步驟操作進一步規范，在工業設計中運用到制造模型、產品，合理降低成本，提高效率，實現個性化、高精度的產品制造，并可通過實體打印出后經過打磨、電鍍以及鉆孔等加工進行，滿足設計需求，極大縮短產品的設計及生產時間，市場潛力巨大，并能夠為未來工業制造行業發展提供可靠技術支持。注重3D打印技術的實踐過程學習及控制，為工業設計教學提供可靠的經驗交流平臺，提升教學經驗，為未來專業發展奠定良好的基礎。

5 結語

3D打印設計教學需要有扎實的知識理論、靈活教學方式、豐富教學內容，將傳統知識進一步夯實，注重實踐經驗的收集與整理，為教學開展提供可靠的保障，激發師生學習興趣，不斷推進專業課程的效率提升。3D打印設計技術發展迅速，更是我國未來制造業發展的重要方向，不斷推進教育水平有效提升。

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