基于3D打印技术的工业设计专业教学研究与实践

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　　摘要：随着我国3D打印技术的广泛医用，社会及教育行业对其重视程度逐渐加深，工业设计作为社会经济发展的主要动力，注重对3D打印技术的教学开展，但仍处于起步阶段，面对教学研究及实践需要深入进行探索，本文就3D打印设计教学研究与实践进行分析及研究。
　　关键词：3D打印技术;工业设计;教学研究;教学实践
　　中图分类号：G64 文献标识码：A
　　文章编码：1672-7053（2019）02-0042-02
　　3D打印技术作为快速成型技术的重要种类，教育阶段中将3D打印技术作为新型课堂教学内容，必须从实际需求出发，具有批判性思维和解决实际问题能力的教学思想，开展研究教学，重视实践教学经验的吸收和学习，查找相关创新应用及技术资源，引领学生新思维、创新能力有效提升，实现数字化教学与创新发展，不断推动3D技术的有效提升。
　　1 3D打印技术理论基础
　　3D打印技术是快速成型技术的一种，以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，在逐层打印后实现物体的构造技术。在20世纪90年代中期出现，1986年美国科学家Charles Hull开发第一台商业印刷机后，3D打印技术被麻省理工学院、ZCorp公司进行深入开发运用，在2011年南安普顿大学开发出第一架3D打印的飞机，直到2019年美国加州大学利用3D打印技术制造出中枢神经系统结构的脊髓支架模仿。可见，3D打印技术应用领域从建筑工程、工业、航天、医学领域等多方面都具有应用价值，尤其在工业设计领域用于制造模型最为广泛及迅速应用，利用数字技术材料打印机实现3D打印。3D打印技术具有三维设计、切片处理及完成打印三个重要过程，通过计算机内建模软件的建模，形成三维打印的设计，将建成的三维模型“分区”进行逐层截面切片，实现打印机的逐层打印。3D打印成品真实、形象，其不需要切、削、模型等技术，加工速度极快并且生产周期较短，能够实现结构复杂、体积较小的产品完成，并且是一体成型，減少二次加工环节，既可批量完成也可实现远程操作，能够满足不同的需求。
　　2 3D打印设计教学理念
　　3D打印技术作为新兴的教学方向，必须通过合理的教学活动获得经验，提高学习者主动实践的学习能力，构建科学的教学理念，引导学生的探究精神，培养学生举一反三的能力，打破传统教学的理念及方式，积极将3D打印技术融入到工业设计课程中，根据设计不同阶段的需要，积极进行交流，实现理论与实践相结合。在教学过程中，注重搭建科学有效地教学理念，积极与现实发展相结合，为学生寻找更多的学习资料，在教学大纲基础上，与现实发展密切联系，分析成功案例，查找适合自身课程所需经验，分析解读后为学生提供相关知识，吸引学生到课堂，拓宽学生知识面，激发学习兴趣，促进教学理念的有效提升。
　　在教学理念构建过程中，要注重科学性的体现先进工艺美与精确美，工业设计不仅仅是产品造型，更要注重功能、结构的设计，实现成本最低创造最高的附加值目标。在教学过程中要根据工业设计专业的特殊性将结合，将基础教学与实践紧密结合，通过3D打印技术将产品理论与实践相结合，对每个阶段设计的不同要求进行沟通与交流，注重激发学生的主动性与参与性，教师根据各环节重点进行正确的引导，必须注重实践的教学理念搭建，实现理论与实践的有机结合，注重给学生建立工业设计必须商品化是设计追求的最终目标，在设计过程中不仅要注重设计美感，更要实现设计结果的可应用性，明确设计的目的，了解商品化的过程，实现设计与生产的统一性，保障工业设计的商品化需求。在教学过程中注重系统的教学观念确立，注重实践能力的有效提升，运用3D打印技术为学生带来设计过程的展示与学习，将3D打印技术作为重要的教学内容进行深入的学习，设计教育必须遵循发展的前沿需求，与现实发展相结合。
　　3 基于3D打印的教学方式
　　3.1 翻转课堂
　　随着教学改革的不断深入，翻转课堂模式成为教学新的模式推进，并受到各阶段教学的积极响应，在3D打印技术教学过程中采用新型模式为师生沟通建立的重要的平台，并为学生的实践动手能力提供可靠保障，在计算机的应用及3D技术的学习提升学生理论实践能力，对视觉感官和智能控制有了进一步的了解。翻转课堂突破了传统的教育观念，美国罗伯特-陶伯特在通过多年的教学实践经验基础上提出了几个重要步骤，一个是课前学生观看教师提前准备好的教学视频做相关的作业练习，在课堂中对学生进行针对性测验，提出具有问题学习理论及实践知识，最后总结和评价反馈。注重“以人为本”“因材施教”需求，在3D打印设计教学过程中重视教学环境、教师及学生能力，实现动手动脑能力有效增强。在教师进行教学视频的准备过程中，注重丰富教学的内容，将教学大纲基础与现实3D打印技术成果相结合，积累设计经验，提出创新思想，抓住工业设计过程中的住重点、难点，提出问题开展教学，坚持运用新知识引导教学，积极解决在设计课程中存在的问题，对普遍问题进行解决，促进理论与实践的相结合。一方面提升教师的备课能力及专业基础能力，一方面激发学生学习兴趣，共同开展研究学习，提升学习成效。
　　3.2 多媒体教学
　　在教学过程中多采用多媒体进行教学，3D打印技术与工业设计是目前的前沿科技，需要大量的新技术、新知识融入教学过程中，运用多媒体教学方式全方位地进行学习，多媒体教育突破了传统教学观念，突破“一言堂”传统模式，教学氛围更为活跃，能够达到事半功倍的教学效果。在教学过程中注重查找图像、视频、成果展示等等的视频及音频内容，利用现场环境的营造，深刻领悟工业设计、3D打印技术的真谛，能够根据自身专业特点进行积极的学习，学习重点及方向明确。教学过程中，教师通过多媒体资源的收集，对现实3D打印技术环境及工业设计发展方向具有更鲜明的了解，丰富教学资源，提高教学能力。
　　3.3 课题竞赛
　　工业设计专业学生动脑及动手能力较强，对新事物接受能力快，并能够主动进行挑战，运用任务小竞赛或课题小竞赛激发学生学习热情，发挥团队精神，能够将自身理论知识与实践知识相结合，并将知识进行融汇贯通。通过产品设计课程进行分组的形式任务布置，或采用给定主题，将学生分为几个小组，培养学生发现问题能力，分析和解决问题能力，提高学生的综合能力，可运用不同的方案进行设计及完善，对设计出现的难点及热点问题，积极查找资料，对每个步骤及个人进行考评，督促学生参与深度及广度，利用几个课时进行答辩、投票等方式，进行等级评定后给予响应奖励。通过竞赛激发学生学习热情及挑战热情，能够对自身知识进行实践，工业设计专业必须具有动脑及动手能力，竞赛方式能够敦促学生审视自身知识系统全况，查找及填补不足，教师也可在竞赛过程中对学生存在的普遍或难点问题进行深入教学、剖析，并对较为优秀的产品作为案例进行分析及推广，实现工业产品的设计与学习。 　　3.4 微课堂方式
　　随着收集终端的普及，高效率的各类手机、平板、笔记本计算机被广泛应用，工业设计专业学生对先进的技术及设备学习能力较强，能够使用相关软件进行深入学习。并可以在课余时间及零散时间进行知识的学习，教师通过制作主题较为突出且短小的片段进行知识点学习，对3D打印技术的学习及应用具有较为突出的优点，能够为学生安排较为宽松的学习环境，并能够与现实生活相联系。使学生的思维更为宽广，能够及时与教师进行沟通，摒弃传统僵化的教学方式，更符合时代性，能够激发学生学习热情。且工业设计专业在3D打印技术的学习及使用过程中需要大量的新知识，实践知识更新速度较快，通过微课程能够将现实发展情况及时进行联系，应用到现实生活中与学习紧密相联系，为教学提供更为宽广的范围及知识，促进课堂教学内容的有效丰富。通过微课堂模式激发学生学习热情，促进学生与教师联系沟通能力，提升教学的有效性。
　　4 基于3D打印的教学内容
　　4.1 基础教学
　　3D打印技术的学习及应用涉及数学、艺术、信息等众多学科，甚至还有电子、机械等学科内容，关系到多领域的综合性课程，在教学过程中，注重基础知识的有效学习，加强及加深基础理论的学习，扎实学生学习基础，对产品的形态进行设计，合理设计结构与加工工艺，选择适合材料，将产品的特有属性突出，将工业设计的真谛进行学习，在学习过程中重视对心理产生统一、协调的感受，不仅体现产品的完美，更要体现现代工业生产科技、自然和人文关系，将工业产品设计创新原则、美观原则、可行原则、合理原则、适用原则、可靠原则及经济原则等重要内容，树立正確的工业产品设计思维，引导学生积极进行创新及发展。
　　4.2 实践教学
　　3D打印技术的出现为设计提供良好的设计需求，经过计算机软件的设计及应用，目前我国软硬件技术以国产桌面级打印机为主，具有一定的限制。教学要注重加强资源的引入及应用，在实践过程中对参数设置、结构的设计进行检验，对出现损坏及不能打印状况的进行分析，对打印原理进一步学习，对目前对打印机步骤操作进一步规范，在工业设计中运用到制造模型、产品，合理降低成本，提高效率，实现个性化、高精度的产品制造，并可通过实体打印出后经过打磨、电镀以及钻孔等加工进行，满足设计需求，极大缩短产品的设计及生产时间，市场潜力巨大，并能够为未来工业制造行业发展提供可靠技术支持。注重3D打印技术的实践过程学习及控制，为工业设计教学提供可靠的经验交流平台，提升教学经验，为未来专业发展奠定良好的基础。
　　5 结语
　　3D打印设计教学需要有扎实的知识理论、灵活教学方式、丰富教学内容，将传统知识进一步夯实，注重实践经验的收集与整理，为教学开展提供可靠的保障，激发师生学习兴趣，不断推进专业课程的效率提升。3D打印设计技术发展迅速，更是我国未来制造业发展的重要方向，不断推进教育水平有效提升。
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