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基于3D打印技术在产品设计专业中教学改革

【摘 要】产品设计作为应用型学科,具有较强的实践性,属于多学科交叉学科.3D打印作为新兴产品设计的实践手段,具有明显的优势,利用3D打印技术易操作、造物强的优点,结合产品设计专业的课程教学目标、特点,经过实践发现通过借助3D打印技术能够为学生提供产品设计的真实感,便利的产品实物呈现直观的为学生提供产品设计分析、评估和动手实践能力,大大促进了教学中学生进行产品设计的分析能力与创新性思维以及设计的系统思维.

【关键词】产品设计;3D打印;教学运用

中图分类号:G642.41        文献标志码:A

文章编号:11007-0125(2018)33-0157-02

一、研究的主要内容

(一)提高教学效果

在产品设计的实践教学过程中,利用3D打印技术作为教学用具和手段,设计图纸与实物之间的快速转化可以让学生获得直接的感官体验.通过实物的视觉冲击力,让设计不再局限为平面或纸质,有效地提高学生的触觉和视觉体验感,可以改善常规课堂教学中教师经验不足的劣势.学习资料从抽象理论变为具体实物,再由具体实物变为形象思维,使知识传授认知简单化.能够提高学生的逻辑思维能力和理解创新能力,进而能提高学习效率.

(二)促进学习效果的认知工具

3D打印的再现特点,能够很好地解决创意和技术方案的实物再现难题,并能提供快速验证的任务.在产品设计过程中的模型制作方面,可以借助3D打印技术根据制作的模型打印实物.通过真实的实物呈现,学生可以直观观察设计作品的效果,进而获得强烈、真实的认知体验,有利于进入深度学习状态.

(三)培养学生的创造力

传统的教学手段难以给学生提供探索事物真实性的机会,抑制了学生创造潜力的开发.在产品设计教学过程中借助3D打印技术,能够将学生的设计草稿和模型直接快速转化为实物,快捷便利,省时直观,开辟新的教学手段.3D打印的真实物体呈现出的现场体验感和真实情境以及学生能够近距离地观察和触摸体验自己设计的作品,这种方法能够拓宽学生的设计思路,激发学生的无限创意.

(四)增强信心和激发学习积极性

在教学过程中,学生首先对产品设计进行实物对照,发现设计原型中存在的问题和不足,然后进行分析改进,以期达到降低设计中出错的概率和认知出错次数的教学效果,减轻学生在学习过程中的挫折感,提升学习自信,进而获得愉快的学习体验.利用3D打印技术,将虚拟的构思变为可触摸的立体模型,将学生大脑中的抽象概念转变为现实的真实实物,整个过程提高了学生的参与度,全身心投入,由被动接受变为主动,使学生成为真正的知识建构者和探索者.

二、教学改革目标

(一)改善教学方式方法

3D打印技术其主要目标是将抽象的概念设计变成现实产品,解决产品设计中的外观、结构和功能等方面的问题,进而帮助学生掌握抽象概念到具象物体的转化过程.在传统的产品设计教学过程中,教师多采用PPT讲述,主要以语言和图片组合的形式描述教学内容,即使图文并茂的多媒体课件展示的教学内容也无法使学生直接接触和观察实体对象.3D打印教学内容以有形的三维立体技术展示教学内容中提取的二维信息,也可通过个性化设计与创造将适当的教学内容转化为教学模型,展现在课堂教学中.

(二)辅助学生创新设计

产品设计专业在实践教学中学生可以使用3D打印完成模型制作.通过电脑直接将设计打印成微缩模型来构造设计方案,提高制作效率,节省制作时间.例如,AUTOMOTIVE DESIGN教育展示中有这么一个案例:在汽车设计教学过程甲学生讨论力学问题,将理论分析总结分类,小组设计出各种汽车模型构造的方案,并将设计打印成实物,检验设计的承压能力,然后进行优化,确定最终方案.

(三)激发学生学习积极性和创造力

3D打印需要学生动手实践操作,从产品的草图概念设计到成品打印再现,都需要学生亲自参与完成,这种参与式教学能够促进学生操作能力、观察能力和制作能力的提升.而教学生亲自动手操作与制作能力是实践教学的基础,在学生亲自动手实践的基础上,学生才能发现问题,进入深入思考,进一步提高学生对设计的研究能力和创新能力.同时,3D打印能够激发学生自己动手的兴趣,通过3D打印机的便利性、可操作性以及安全性的特点,学生大脑对产品设计的虚拟构思转变为可触摸的立体彩色模型,增加学习的互动和趣味性,使整个教学更加生动.3D打印为产品设计的实践教学活动开辟了新的空间,整个教学活动变得简单易懂,学生可以从构思设计、模型制作、实物展示、实际参与等多角度融入到学习的整个过程,有效地激发学生实践的积极性.

(四)营造愉快的学习氛围

3D打印技术最突出的优点是它能够迅速将设计者设计的图形化、数字化的信息快速转化为实物,通过实物作品的真实空间存在给学生提供感官刺激,在过程中直接观察、修改等与操作模型互动,对模型进行全方位的深入了解,帮助学生理解虚拟的设计.对于需要动手设计和制作的实践实训课程来说,3D打印技术可以帮助学生节省设计的时间,学生可以在设计的早期就通过原型化排除错误的设计,从而帮助他们避免因为浪费时间在无用工作上,或是设计失败带来的挫败感.

三、教学创新之处

(一)靶向培养学生的创新思维

以产品设计的实践实训课程教学为研究背景,基于对3D打印技术优点和功能的把握,利用该技术作为教学动力,靶向学生的主动性学习,逐步提升和培养学生的创新设计思维.

3D打印技术作为快速成型的新技术,其快捷性和便利性极易带领学生主动参与教学,尤其好奇心的驱使,激发学生的学习兴趣,明确和引导他们主动参与学习活动的动机.在实践实训教学中,学生借助3D打印机将自己虚拟的创新设计图形或想法以可视化的实物呈现给教师和其他学习者,这样教学方法不仅会激发学生的学习兴趣,还能使积极主动地参与实践实训教学活动.通过实物的验证,激励产品设计的学生主动参与创新创意设计.此外,通过3D打印技术来完成学生创意设计的实物再现和教学活动的参与,能够体现学生作为学习者的重要性和实践教学的重要性.

另一方面,为保证实践实训教学的有效性,在教学过程中引入3D打印技术,我们发现学生借助3D快速打印的实物功能,能够迅速完成设计再现的实物图和效果图,节省了实物制作时间,学生有足够的时间和精力集中进行创新创意设计,培养和提高创新思维.学生通过打印实物分析自己的创新设计、不断修正和完善,利用想象力和创造力,最终完成个性化的产品实物制作.

(二)探索新的教学方法

英国3D打印技术在教学过程中的应用主要体现在 “人类可以通过制造和分享过程产生学习”,通过这种理念指导学生在教学过程中创新探索.该理念的核心是“制造”和“分享”,主要强调在设计的真实情境中,学生通过参与式体验学习与探究式学习进而获得知识,并实现学以致用的有效方式.在产品设计教学过程中,教师通过3D打印技术为学生创造“体验式学习中心”空间和体系,学生需要主动参与到真实的实践活动中,并通过亲自动手操作获得直接的学习体验,提高解决问题的知识与技能水平.在3D打印技术支持下的体验式学习中心从学习内容、学习方式上都有所突破.

“体验式教学学习中心”的学习内容可以为课程教学中的一个专题设计学习,也可以是某一知识点的单个方面或问题的探究学习,也可以是一个设计创意的再现,也可以是这三者的交叉融合探究.在专题设计探究的学习活动中,依据教学大纲或课程需要,为学生提供一个设计参考,通过学生对例子的理解和把握,进行自己的创意设计.学生在研究自己的创意设计时,自觉引入3D打印技术,且作为实现自己创意设计的一部分.通过这种教学活动,教会学生利用3D打印技术将自己的创意设计想法变成现实,有利于学生的个性化和创新思维的发展.

“体验式学习”不仅仅是增强学生的体验感,还要注重学生之间的团队协作,结合自主学习,强化3D打印技术在产品设计实践与实训教学过程中的应用.英国的大学在2012-2013年将3D打印技术引进产品设计课堂教学,实践中发现:基于3D打印技术的自主创新式学习能明显提升教学效果,且还有利于产品的市场转化.例如在抽象较强的学科物理和数学学科教学过程中,教师希望能够运用实物进行教学,引导学生自主思考、推理和理解相关知识点,积极开展以学生为主导的课程实验.这种自主学习方式最大程度地将学习的主动权交给学生,教师变为辅助,协助和引导学生,教学方法和教学方式的革新,不仅有利于产品设计专业学生的个性化发展,而且有利于提高学生的创新思维.

总的来说,通过自主、探究、参与式的教学行为,帮助学生全方位地理解和把握知识,3D打印技术与教学手段的高度融合,不仅为教师和学生提供体验式学习机会,还为学生提供搭建知识空间和体系运用的重要技术.与新技术结合的教学方法,能够促进产品设计专业学生的主动学习和探究设计活动,培养学生的合作意识以及发展学生的创新思维和自主学习能力.

四、结语

3D打印技术与产品设计的融合,在未来教学中将继续大展身手,充分将学生的平面化、数字化的设计思想或理念迅速转化为现实存在的可触摸实物,通过现场观摩与探究、验证与构建、修正和改进等技术支持,为学生提供一个知识创新应用空间,这个过程中充分体现学生在教学活动主体性的原则,逐步提高学生的实践性智力和创新性智力.

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