基于3D打印技術在產品設計專業中教學改革探索

周 屹

（桂林理工大學藝術學院 廣西 桂林 541004）

一、研究的主要內容

（一）提高教學效果

在產品設計的實踐教學過程中，利用3D打印技術作為教學用具和手段，設計圖紙與實物之間的快速轉化可以讓學生獲得直接的感官體驗。通過實物的視覺沖擊力，讓設計不再局限為平面或紙質，有效地提高學生的觸覺和視覺體驗感，可以改善常規課堂教學中教師經驗不足的劣勢。學習資料從抽象理論變為具體實物，再由具體實物變為形象思維，使知識傳授認知簡單化。能夠提高學生的邏輯思維能力和理解創新能力，進而能提高學習效率。

（二）促進學習效果的認知工具

3D打印的再現特點，能夠很好地解決創意和技術方案的實物再現難題，并能提供快速驗證的任務。在產品設計過程中的模型制作方面，可以借助3D打印技術根據制作的模型打印實物。通過真實的實物呈現，學生可以直觀觀察設計作品的效果，進而獲得強烈、真實的認知體驗，有利于進入深度學習狀態。

（三）培養學生的創造力

傳統的教學手段難以給學生提供探索事物真實性的機會，抑制了學生創造潛力的開發。在產品設計教學過程中借助3D打印技術，能夠將學生的設計草稿和模型直接快速轉化為實物，快捷便利，省時直觀，開辟新的教學手段。3D打印的真實物體呈現出的現場體驗感和真實情境以及學生能夠近距離地觀察和觸摸體驗自己設計的作品，這種方法能夠拓寬學生的設計思路，激發學生的無限創意。

（四）增強信心和激發學習積極性

在教學過程中，學生首先對產品設計進行實物對照，發現設計原型中存在的問題和不足，然后進行分析改進，以期達到降低設計中出錯的概率和認知出錯次數的教學效果，減輕學生在學習過程中的挫折感，提升學習自信，進而獲得愉快的學習體驗。利用3D打印技術，將虛擬的構思變為可觸摸的立體模型，將學生大腦中的抽象概念轉變為現實的真實實物，整個過程提高了學生的參與度，全身心投入，由被動接受變為主動，使學生成為真正的知識建構者和探索者。

二、教學改革目標

（一）改善教學方式方法

3D打印技術其主要目標是將抽象的概念設計變成現實產品，解決產品設計中的外觀、結構和功能等方面的問題，進而幫助學生掌握抽象概念到具象物體的轉化過程。在傳統的產品設計教學過程中，教師多采用PPT講述，主要以語言和圖片組合的形式描述教學內容，即使圖文并茂的多媒體課件展示的教學內容也無法使學生直接接觸和觀察實體對象。3D打印教學內容以有形的三維立體技術展示教學內容中提取的二維信息，也可通過個性化設計與創造將適當的教學內容轉化為教學模型，展現在課堂教學中。

（二）輔助學生創新設計

產品設計專業在實踐教學中學生可以使用3D打印完成模型制作。通過電腦直接將設計打印成微縮模型來構造設計方案，提高制作效率，節省制作時間。例如，AUTOMOTIVE DESIGN教育展示中有這么一個案例：在汽車設計教學過程甲學生討論力學問題，將理論分析總結分類，小組設計出各種汽車模型構造的方案，并將設計打印成實物，檢驗設計的承壓能力，然后進行優化，確定最終方案。

（三）激發學生學習積極性和創造力

3D打印需要學生動手實踐操作，從產品的草圖概念設計到成品打印再現，都需要學生親自參與完成，這種參與式教學能夠促進學生操作能力、觀察能力和制作能力的提升。而教學生親自動手操作與制作能力是實踐教學的基礎，在學生親自動手實踐的基礎上，學生才能發現問題，進入深入思考，進一步提高學生對設計的研究能力和創新能力。同時，3D打印能夠激發學生自己動手的興趣，通過3D打印機的便利性、可操作性以及安全性的特點，學生大腦對產品設計的虛擬構思轉變為可觸摸的立體彩色模型，增加學習的互動和趣味性，使整個教學更加生動。3D打印為產品設計的實踐教學活動開辟了新的空間，整個教學活動變得簡單易懂，學生可以從構思設計、模型制作、實物展示、實際參與等多角度融入到學習的整個過程，有效地激發學生實踐的積極性。

（四）營造愉快的學習氛圍

3D打印技術最突出的優點是它能夠迅速將設計者設計的圖形化、數字化的信息快速轉化為實物，通過實物作品的真實空間存在給學生提供感官刺激，在過程中直接觀察、修改等與操作模型互動，對模型進行全方位的深入了解，幫助學生理解虛擬的設計。對于需要動手設計和制作的實踐實訓課程來說，3D打印技術可以幫助學生節省設計的時間，學生可以在設計的早期就通過原型化排除錯誤的設計，從而幫助他們避免因為浪費時間在無用工作上，或是設計失敗帶來的挫敗感。

三、教學創新之處

（一）靶向培養學生的創新思維

以產品設計的實踐實訓課程教學為研究背景，基于對3D打印技術優點和功能的把握，利用該技術作為教學動力，靶向學生的主動性學習，逐步提升和培養學生的創新設計思維。

3D打印技術作為快速成型的新技術，其快捷性和便利性極易帶領學生主動參與教學，尤其好奇心的驅使，激發學生的學習興趣，明確和引導他們主動參與學習活動的動機。在實踐實訓教學中，學生借助3D打印機將自己虛擬的創新設計圖形或想法以可視化的實物呈現給教師和其他學習者，這樣教學方法不僅會激發學生的學習興趣，還能使積極主動地參與實踐實訓教學活動。通過實物的驗證，激勵產品設計的學生主動參與創新創意設計。此外，通過3D打印技術來完成學生創意設計的實物再現和教學活動的參與，能夠體現學生作為學習者的重要性和實踐教學的重要性。

另一方面，為保證實踐實訓教學的有效性，在教學過程中引入3D打印技術，我們發現學生借助3D快速打印的實物功能，能夠迅速完成設計再現的實物圖和效果圖，節省了實物制作時間，學生有足夠的時間和精力集中進行創新創意設計，培養和提高創新思維。學生通過打印實物分析自己的創新設計、不斷修正和完善，利用想象力和創造力，最終完成個性化的產品實物制作。

（二）探索新的教學方法

英國3D打印技術在教學過程中的應用主要體現在“人類可以通過制造和分享過程產生學習”，通過這種理念指導學生在教學過程中創新探索。該理念的核心是“制造”和“分享”，主要強調在設計的真實情境中，學生通過參與式體驗學習與探究式學習進而獲得知識，并實現學以致用的有效方式。在產品設計教學過程中，教師通過3D打印技術為學生創造“體驗式學習中心”空間和體系，學生需要主動參與到真實的實踐活動中，并通過親自動手操作獲得直接的學習體驗，提高解決問題的知識與技能水平。在3D打印技術支持下的體驗式學習中心從學習內容、學習方式上都有所突破。

“體驗式教學學習中心”的學習內容可以為課程教學中的一個專題設計學習，也可以是某一知識點的單個方面或問題的探究學習，也可以是一個設計創意的再現，也可以是這三者的交叉融合探究。在專題設計探究的學習活動中，依據教學大綱或課程需要，為學生提供一個設計參考，通過學生對例子的理解和把握，進行自己的創意設計。學生在研究自己的創意設計時，自覺引入3D打印技術，且作為實現自己創意設計的一部分。通過這種教學活動，教會學生利用3D打印技術將自己的創意設計想法變成現實，有利于學生的個性化和創新思維的發展。

“體驗式學習”不僅僅是增強學生的體驗感，還要注重學生之間的團隊協作，結合自主學習，強化3D打印技術在產品設計實踐與實訓教學過程中的應用。英國的大學在2012-2013年將3D打印技術引進產品設計課堂教學，實踐中發現：基于3D打印技術的自主創新式學習能明顯提升教學效果，且還有利于產品的市場轉化。例如在抽象較強的學科物理和數學學科教學過程中，教師希望能夠運用實物進行教學，引導學生自主思考、推理和理解相關知識點，積極開展以學生為主導的課程實驗。這種自主學習方式最大程度地將學習的主動權交給學生，教師變為輔助，協助和引導學生，教學方法和教學方式的革新，不僅有利于產品設計專業學生的個性化發展，而且有利于提高學生的創新思維。

總的來說，通過自主、探究、參與式的教學行為，幫助學生全方位地理解和把握知識，3D打印技術與教學手段的高度融合，不僅為教師和學生提供體驗式學習機會，還為學生提供搭建知識空間和體系運用的重要技術。與新技術結合的教學方法，能夠促進產品設計專業學生的主動學習和探究設計活動，培養學生的合作意識以及發展學生的創新思維和自主學習能力。

四、結語

3D打印技術與產品設計的融合，在未來教學中將繼續大展身手，充分將學生的平面化、數字化的設計思想或理念迅速轉化為現實存在的可觸摸實物，通過現場觀摩與探究、驗證與構建、修正和改進等技術支持，為學生提供一個知識創新應用空間，這個過程中充分體現學生在教學活動主體性的原則，逐步提高學生的實踐性智力和創新性智力。