包裝定制工藝虛擬仿真實驗教學平臺的構建

何 磊，于 彥

(1.合肥師范學院 藝術傳媒學院，安徽 合肥 230601；2.安徽文達信息工程學院 藝術設計學院，安徽 合肥 230032)

隨著高校實驗教學項目的深化推廣和虛擬仿真技術的成熟，全國大中專院校逐漸建立“智能化教學”模式。為貫徹落實實踐育人工作精神，2013年，教育部印發《關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知》，提出全面提高學生創新精神和實踐能力，建設信息化實驗教學資源，推動高校實驗教學改革與創新[1]；2017年，教育部辦公廳又印發《關于2017-2020年示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》，文件要求進一步推進高等教育信息技術與實驗教學的深度整合，不斷加強高質量資源在高校教育實驗教學中的應用，努力提高教育實驗教學質量和實踐教育水平。根據國家當前教育發展政策精神，全國各高校都在積極開展虛擬仿真實驗教學平臺建設，并取得了顯著成效[2]。就目前來看，虛擬仿真教學基本以理工科專業為主，視覺傳達設計作為實踐性和應用性很強的設計學科，其虛擬仿真實驗教學的課程資源與教學平臺較少。設計學專業的實踐技能需要在實踐應用中獲得，但慕課、微課等多媒體教學以提供信息為主，不能深入呈現抽象知識和專業實驗能力培養的本質規律。最主要的是多媒體教學缺乏有效的實踐性與互動性，無法滿足設計學專業的實踐教學要求，造成課程教學與實際工作崗位能力脫節。因此，虛擬仿真實驗教學是一種可以彌補學校教育與職業教育間斷層的重要教學方式。

構建包裝定制工藝虛擬仿真實驗教學平臺，首先，要深刻認識和熟練掌握虛擬仿真實驗的特點和優勢。虛擬仿真技術實踐與實驗性項目教學是在快速信息化發展環境下衍生出的一種新型教學情景，利用計算機、大數據、信息通訊和信息可視化系統來營造“真實”的設計、生產、加工和制作流程，讓學生通過多種傳感方式在虛擬空間中操作與實踐，從中獲得仿真實踐經驗，形成學習內容的感知和理解[3]。為模擬更為逼真的實踐情境，虛擬仿真實驗教學與真實學習空間融構成一種新型綜合性復合式的學習環境空間，突出專業實踐操作。實驗教學平臺的建立，能夠減少實踐操作不熟練、實驗效果不理想不成功等問題，通過重現真實的案例設計，有助于學生更好地理解相關專業的核心知識和關鍵技術，提升學生的思維能力和創意能力，并借助虛擬仿真技術實踐教學平臺優勢搭建仿真實驗教學環境，可以優化升級實驗教學內容，改善實驗教學方法，并且，有效克服制約學生實踐操作的客觀環境問題，能夠更好地滿足學生的實踐學習需求。

一、包裝定制工藝虛擬仿真實驗教學平臺的構建

(一)教學平臺的建設目標

基于虛擬仿真實驗的包裝定制工藝設計與制作是專業課程中的重要教學內容，主要是結合相關包裝結構和定制工藝流程實現快速設計生產，這是包裝設計課程教學中產品結構與印刷定制工藝生產的重要形式。包裝定制工藝虛擬仿真實驗教學平臺建設的主要目標包括以下幾方面：

1.通過使用和操作該實驗平臺，能夠實現視覺傳達設計專業實踐的人才培養目標，并通過“政、產、學、研、用”等多種“嵌入式”“合作式”“項目化”研發的快速開展，扎實構建虛擬仿真技術的實踐教學與實訓平臺。

2.通過虛擬仿真實驗平臺建設，兼顧科學研究、項目開發、商品展示、區域服務等作用功能。實現產品材料、工藝、包裝、設計等全流程仿真生產效果；進而有效促進校企多種形式的合作與教學改革。

3.通過虛擬仿真實踐訓練平臺的建設，補充包裝定制工藝創新設計的實驗內容。結合專業定位與市場導向，不斷完善和更新實驗項目內容，積極開發符合地方經濟社會發展的項目研究，從而促進教學方式的多元化發展，形成系統性虛擬仿真實踐知識體系和實踐步驟。

(二)教學平臺的建設思路

依托合肥師范學院理工科教學資源與學科背景，再充分融合虛擬仿真實驗教學特色優勢，根據“相互補充、能實不虛、虛實結合”的原則，依托現有實訓空間、設備和師資條件，依據包裝定制的工藝流程特點和原理以及虛擬仿真技術的應用規范等，科學地規劃實驗教學系統平臺[4]。通過該平臺中包裝印刷設備的展示操作、教學設計、視頻演示、仿真實驗實訓等，使學生理解包裝設計的工藝流程、產品生產、設計與制作等重要環節。促進學校視覺傳達設計專業實踐教學內容的不斷完善，以提升其專業人才培養的高質量，進而實現學校設計類專業虛擬仿真實驗教學零突破。

(三)教學平臺的建設路徑

包裝定制工藝虛擬仿真實驗教學平臺主要使用交互軟件Unity 3D，按照包裝印刷行業中設計流程和制作步驟進行架構。首先，使用三維建模軟件、后期軟件等設計相關的三維產品模型、印刷工藝特效等資源，并將生成的相關資源導入到Unity 3D軟件中作為實驗素材，這些素材是虛擬仿真技術實驗教學系統重要資源庫；其次，在Unity 3D軟件中使用C#編程設置虛擬仿真實驗教學系統的操作界面和欄目功能分區，欄目功能分區主要包括實驗方法、實驗步驟、實驗項目、實驗報告和系統評價等[5]。其中，實驗項目作為整個教學系統的交互操作核心，可以幫助操作者實現虛擬場景中包裝造型設計、結構設計、排版美化、工藝選擇等效果；最后，根據使用終端的不同，設置輸出不同的虛擬仿真實驗教學平臺程序，并投放到相關終端設備中[6]。

(四)教學平臺的建設內容

1.模塊一：基礎實驗

此模塊以針對虛擬仿真實驗過程的基礎訓練為主，通過基礎實驗模塊的內容設置，幫助學生認識和了解包裝定制工藝相關理論。基礎模塊主要對定制工藝與材料等相關課程進行模塊建設分類，以課程理論和行業標準為基準，通過實踐訓練讓學生充分了解和掌握各類包裝工藝材料的制作流程和仿真效果，在創新設計的同時避免不適用的定制工藝出現。基礎實驗模塊采取引導式教學方法，選擇包裝定制的技術、材料、工藝與創新設計進行基礎應用，通過網絡提交詳細設計方案和實踐計劃書形成完整實驗數據，并以此為實驗教學藍本，逐步延伸出實驗訓練題庫。實驗教學過程中，教師可以在線上解答學生在實驗訓練過程中的各種疑惑與問題，根據基礎的實驗效果和實驗出現的突出問題進行逐步改進和優化。

2.模塊二：綜合實驗

此實驗模塊主要針對各類包裝定制工藝材料的設計、生產與加工、虛擬仿真實驗的預期效果進行全面測驗。本模塊的重點內容是訓練學生的綜合性實驗技能，對于工藝、材料、技術、結構等比較復雜的設計項目，通過綜合實驗來獲取研究數據和產品模型，把握準確的包裝定制工藝數據，盡量為后續的批量生產降低錯誤返工次數和計劃預算。綜合實驗模塊依據商品定制工藝的材料進行分類搭建，需要從真實的定制需求設計工藝入手，根據平臺系統里的資源庫選擇不同材料工藝進行模擬化實驗訓練，再利用平臺系統渲染成品，通過人機交互，觀測其定制工藝設計仿真實驗的可行性結果。通過綜合實驗訓練，可以有效地提升學生的綜合設計能力和應用能力，為學生今后的實習實訓、就業工作奠定扎實的實踐基礎。

3.模塊三：創新設計

此模塊主要是在前兩個實驗的基礎上進行包裝定制工藝的創新研發訓練。重點圍繞國家級、省級專業學科競賽、大學生創新創業訓練計劃項目，校企合作，產學研以及教師各類科研課題等為創新設計實驗實訓教學內容，在實驗的過程中加強學生的專業理論基礎學習，突出學生思維邏輯的拓展鍛煉，積極有效提高學生實訓的學習效率，重點培養學生的創意構思與設計應用實踐。通過大量的實驗案例和創新性研究項目的練習，及時更新和逐步充實教學系統平臺的實驗數據，不斷豐富實驗教學平臺的資源庫建設。在創新實驗過程中，側重解決學生對特殊材料工藝的創新設計與實際運用等關鍵性突出問題，特別是創新設計推廣與應用的空間以及未來的市場應用前景等，并有效解決傳統課堂教學與實際工作崗位實踐脫節等諸多客觀問題，結合大學生專業學科競賽、創新創業項目、科研課題等實踐項目，幫助學習者實現創新能力的快速提升[7]。構建框架如圖1。

圖1 包裝定制工藝虛擬仿真實驗教學平臺構建框架

二、包裝定制工藝虛擬仿真實驗教學平臺的特色與創新

(一)教學平臺的創建特色

包裝定制工藝虛擬仿真實驗教學平臺依托學校實驗實訓中心和數字藝術與文化創意設計中心的優質資源，通過虛擬仿真實驗技術的教學平臺系統進行實踐操作練習，構建理論與實踐融合的包裝工藝情景教學方法，解決傳統理論教學方式中實踐能力培養缺失的問題，拓展專業教學的深度和廣度，進一步完善應用型學科專業的實踐教學形式，努力培養具有卓越創新的包裝設計人才[8]。包裝定制工藝虛擬仿真實驗教學，通過多樣化的教學方法，讓學生感受從包裝工藝的設計構思、草圖設計、材料工藝、制作流程到最終成品效果等多環節的全程體驗。包裝定制工藝虛擬仿真實驗平臺建設的主要特色是突出對創新意識和專業實踐能力的有效培養，并在此基礎上積極探索以創新思想為主體的實踐應用體系，同時結合設計應用學科的專業特點，從二維平面向三維空間虛擬仿真實驗教學方式轉變，為包裝定制工藝的創新創意設計激發無限可能。同時，將虛擬仿真實驗的創新設計與實際操作能力的訓練結合起來，使學生能夠得到系統性的實踐練習。

(二)教學平臺的創建創新

包裝定制工藝虛擬仿真實驗教學依托合肥師范學院校級重點科研基地，主要分為基礎實驗、綜合實驗和創新設計三部分建設內容。其創新平臺是通過整合實驗教學資源，實現傳統式實驗工作室與地方應用型高校設計專業間的有效銜接，逐步建立包裝定制工藝實驗教學的集群化，努力實現教學數據資源的共享化，積極拓展更多仿真教學的實驗內容，通過信息設計的表現手法，著力于以數字媒體、信息傳達、傳播媒介等新型教學手段構建實踐教學創新平臺，并借助包裝定制工藝創新應用的虛擬實驗項目，創建更加開放、自主和實踐性較強的教學內容，形成一個具有啟發性和探索性精神的實踐過程，最終實現“厚基礎、寬口徑”適用于地方應用型高水平大學設計專業的人才培養模式。

三、包裝定制工藝虛擬仿真實驗教學平臺的教學實施

(一)平臺創建的教學模式

虛擬仿真教學平臺依據包裝定制工藝的生產設計流程和步驟，將虛擬仿真資源分為課程實驗所需的基礎實驗、綜合實驗、創新設計三個環節，逐漸遞進，由淺入深地強化學生對包裝工藝設計制作的理論體系和實踐能力。第一部分主要針對包裝工藝的基礎理論進行學習，并進行相關基本實驗，包括包裝的產品類型、設計構思、印刷技術，包裝工藝的選擇與特點等資源素材庫建設和積累；第二部分依托前期的基礎實驗進行綜合實驗，讓學生參與包裝定制工藝的設計開發與綜合應用，重點圍繞包裝定制工藝仿真實驗的整體流程、步驟、方法和成型效果的實踐操作訓練；第三部分重點突出包裝定制工藝的創新實驗，加強學生的創新創意思維訓練的能力培養，讓學生參與實踐教學和各類科研課題項目實施環節，最終形成涵蓋包裝工藝理論知識和實踐教學、創新發展的實踐教學模式。教學模式如圖2。

圖2 包裝定制工藝虛擬仿真實驗教學模式

(二)平臺創建的教學效果

首先，激發學習興趣。基于包裝定制工藝虛擬仿真實驗教學平臺的網絡化、開放性、嵌入式、項目研發等特點，優化包裝定制工藝設計與制作的復雜流程，通過互動性學習操作，大幅度增強趣味性和學生的參與感。通過虛擬仿真場景，讓學生真實地感受包裝工藝制作各環節的完整過程，為學生提供了一個可重復、低成本的虛擬設計平臺，縮短學生崗位工作的實習過渡周期，規避學生參加工作后容易出現的一系列問題。其次，拓展學習資源。仿真實驗教學在移動網絡環境中，通過移動終端設備隨時開展實驗，使學生對包裝設計的基礎理論、定制工藝和成品效果的實踐操作有更加全面深刻的了解。最后，通過虛擬仿真項目實踐訓練在設計應用型專業教學的實施，學生的專業應用與實踐能力提高到一個新高度。近年來，合肥師范學院藝術傳媒學院視覺傳達設計專業教師獲得各類科研項目20余項，指導學生參加國家級、省級等各類學科專業競賽獲獎100余項，獲得國家專利30余項，學生申報國家級、省級大學生創新創業訓練計劃項目10余項。由此可見，在應用型實踐教學模式下包裝定制工藝虛擬仿真實驗教學取得了顯著的預期效果。

四、結語

虛擬仿真技術在社會各個領域內已得到大范圍的運用，尤其是與教育教學的融合已經進入快車道，利用虛擬仿真實驗技術的優勢課程資源進行實踐教學是未來地方高校應用型學科專業教學的發展趨勢。虛擬仿真技術與包裝定制工藝設計有機結合，構建包裝定制工藝，虛擬仿真教學創新平臺，可以有效地推動設計專業教學方法和教學內容的升級，提升專業人才實踐技能與創新實驗能力，加強廣大學生的參與度和積極性，讓學生在建中學、研中學、用中學，在“建、研、用”結合教學模式下提升專業學科素養。隨著信息技術的發展、智慧教學的推進和課程改革的不斷深入，包裝定制工藝虛擬仿真實驗教學架構的設計與項目內容的開發仍需不斷完善與優化。