雕刻貝殼實踐教學的探索

吳敬權，吳香林，李德榮，安芬菊，張靜，陳典龍

（1.廣東海洋大學機械與動力工程學院；2.廣東省海洋裝備及制造工程技術研究中心，廣東 湛江 524088）

1 背景

貝殼飾品有酒具、煙灰缸、紐扣、首飾（項鏈、胸針、耳墜等）、傘柄、燈具、座鐘、掛屏、屏風等。現代人通常利用技術的個性化對貝克進行雕刻、切割、上色處理等，貝殼工藝品被大范圍的推廣到世界各個角落，備受人們喜愛。湛江是全國所有的地級市中海岸線最長的，海域面積廣闊，擁有豐富的海洋資源。值得一提的是，湛江市是貝類養殖大市，據不完全統計，全市年產貝殼約10000t以上（不包括蠔殼）。充分利用貝殼減少污染，助力貝殼產業做細做強，把得天獨厚資源優勢轉化為教學資源。把貝殼作為材料運用到實踐教學當中。工程訓練課程，是理工類學生必修的實踐課程，是一門實踐基礎課，是機械類各專業學生學習工程材料及機械制造基礎等課程必不可少的選修課，是非機類有關專業教學計劃中重要的實踐教學節。這對于培養我們的動手能力有很大的意義。但工業設計專業在金工實習實踐過程中教學內容上沒有體現出其專業的特性。應該根據其專業特點和學校所屬區域特色適當增開設相關工種，以滿足學生創新實踐。提升學生的逆向設計能力和創新思維能力。現在的大學生對先進科技很有興趣，對新技術的接受能力強，喜歡在實踐學習的同時展現創新思維。如逆向成型技術、三維軟件的使用、數控加工技術應用等，貝殼設計雕刻實習課的開設能夠使學生熟悉先進的逆向設計、三維設計、數控雕刻機及整個操作工藝流程。該課有浮雕制作、雕銑。使學生熟悉快速逆向設計概念，會用三維設計軟件，了解精雕軟件的基礎知識，熟悉應用工具的各項功能，能夠激發學生創新性思維展現學生的創新型。課程的開設積極推進傳統金工中心向現代化工程訓練中心的快速轉變,使訓練中心成為技術型人才培養的基地。

2 雕刻貝殼實踐課設計和教學流程

2.1 教學內容的選擇

在生活當中將常看到精美的雕刻飾品，特別是貝殼雕刻出來的飾品更是光彩華麗高檔。湛江市是貝類養殖大市，貝殼資源豐富。讓學生在完成三維掃描儀的使用、三維軟件逆向設計、雕刻機床的操作中，將理論知識和生產實際完美的結合。激發同學們的學習興趣，促進學生的創新思維能力。根據班級人數和實習時間的安排，將學生分組。合理安排充分利用三維掃描儀和雕刻機床。保證每個學生都能積極參加實習，滿足學生的貝殼創意設計、完成貝殼工藝品雕刻。為了保證金工實習雕刻工種教學項目順利進行，將整個教學過程分為安全教育、實例示范、任務要求、任務實施、總體評價5個階段。

2.2 實踐教學設備

掃描儀器：實習使用的三維掃描儀設備型號為Prince335手持式非接觸激光掃描儀；軟件：使用思看三維掃描自帶的的編輯軟件Scanviewer--Quick editing和達索公司的CATIA三維設計軟件；加工軟件采用北京精雕軟件。雕刻機：捷豐泰科技型號CNC6090雕刻機床；雕刻材料：馬氏珠母貝貝殼。

2.3 實踐教學流程

實習學生到來之前，提前做好教學準備工作，檢查及設備能否正常使用；備好實踐所需的貝殼材料。根據學校現有設備情況班級人數，布置具體實習任務。

（1）安全教育。實習實踐教學課不同于理論課，決不允許有半點的失誤，不能發生任何安全事故。如若不然，將會給學校帶來負面影響，同時，自己也必將后悔一生。實習安全重于泰山。學生上課前一定要強調實習安全及雕刻機床操作注意事項。學生實習期間必須嚴格遵守相關制度和各工種的安全操作規程，聽從現場指導教師安排。必須穿工作服，做好勞動保護工作，工作服必須緊袖，女同學必須戴安全帽，不得散發在前額或兩側，不準穿裙子、高跟鞋、涼鞋、戴圍巾等。男同學不準穿背心、拖鞋上崗，經檢查不合格者不能參加實習。老師的注意力始終要集中，時刻提醒學生提高安全防范意識。

（2）實例示范。可以通過使用現代化多媒體設備吸引學生注意力，加強學生對實習知識的記憶。根據實例引入激發學生興趣，使學生能夠認真對待本次實習。如貝殼雕刻飾品。在工程訓練教學活動中通過一個完整實例對學生開展實踐教學活動，在此過程中，要根據各專業學生的實際學習情況，選取一個合理的實訓任務實例驅動實踐教學。這樣不僅能夠在教學活動中使學生掌握激光掃描儀的使用、逆向設計、機床操作，還能夠使學生了解一個產品快速成型的工作流程，提高學生逆向設計實踐能力和創新能力。實例具體操作步驟如下：通過激光掃描儀掃描貝殼，并用Scanviewer--Quick editing軟件進行補孔，去孤點等編輯并命名保存Stl格式文件；將保存的Stl格式文件導入CATIA三維軟件進行貝殼圖的擺正操作，通過曲面快速重建模塊將stl片體格式轉化成可編輯的三維模型并命名保存為stp格式文件如圖1；將保存的Stp格式文件再導入Jdpaint加工軟件編輯；數控雕刻機對刀和操作。

圖1 貝殼逆向建模

（3）任務要求。指導教師引導學生通過查閱資料、小組討論等，對貝殼進行工藝分析，然后對貝殼圖案工藝設計進行合理安排，指導教師與學生的討論中，主要是注重激發學生學習的主動性、創新性；并講解加工難點與重點、雕刻實施節點及質量要求。

要求學生根據貝殼特點和自己所理解，根據激光掃描貝殼圖，利用三維軟件設計貝殼圖案工藝設計，實施貝殼雕刻實際加工時，每組學生都要自行操作完成激光掃描儀、三維軟件和數控雕刻機床。進行程序傳輸、機床開關機、原點設置、對刀等實際操作，使每個學生都能得到工程實踐能力的鍛煉。

實習結束后雕刻作品并評價學生雕刻作品，上交雕刻貝殼工訓報告，在課堂教學過程中，對學生的課堂筆記或工程訓練報告進行抽查。對于實習活動中所涉及激光掃描技術要點，設計軟件指令的應用，雕刻機操作中對到操作等，教師在引導學生繪制時幫助學生捋清制作思路及時指導。紀律要求，禁止學生在課堂中使用終端電子產品，培養學生良好的課堂習慣，以便工程訓練實習教學活動能夠順利開展，提高教學質量。

（4）任務實施。各組獨立完成非接觸激光掃描儀掃描馬氏珠母貝的貝殼。運用Scanviewer--Quick editing軟件進行補孔，去孤點等編輯并命名保存Stl格式文件。將保存的Stl格式文件導入CATIA三維軟件進行貝殼圖的擺正操作，通過曲面快速重建模塊將stl片體格式轉化成可編輯的三維模型命名并保存為stp格式文件。最后導入加工軟件完成圖案設計，保存對應格式，操作機床對刀建立相對零點。為了降低廢品的產生，避免由于程序問題產生的事故。學生可以在軟件上對設計生成的程序進行模擬仿真；在整個過程中，指導教師必須隨時檢查同學們對CAD/CAM軟件掌握程度、數控機床操作熟練情況等。及時解決學生在實習過程中的各類問題，保證實習順利安全地進行。

（5）總體評價。學生在整個實習過程中，指導教師必須隨時檢查各組進展及每個同學設計操作情況，給出課堂表現部分分數，占總分數的25%。由學生對貝殼雕刻原理掌握、雕刻軟件操作、數控機床的操作給出操作部分分數，占比30%。作品完成后根據作品質量和設計創意等，小組之間、同學之間互評，占比45%。指導教師綜合匯總給學生總體評價打分。

在貝殼作品完成制作后，總結在設計制作過程中遇到的問題、解決的方式方法，歸納總結學到的貝殼工藝雕理論知識雕刻技法及雕刻機床操作技能等。以便進一步提高自身技能。班級內部要進行經驗共享，使大家共同進步，在以后的制作過程中避免其他同學出現過的問題，同時鍛煉學生的語言表達能力和溝通能力。

3 結語

通過雕刻貝殼實訓課課程的開設，豐富了工程訓練課程內容，合理地利用了湛江地區的貝殼資源，發展教育特色。逆向設計到雕刻加工的整個實訓過程，引入了激光掃描技術、三維設計軟件，同學們可以實現自己的想法，展現創意。能夠激發學生的興趣，調動學生的主觀能動性和動手的積極性，從而提高了實訓課程的教學質量。逆向成型到雕刻出作品整個實訓過程，使學生了解逆向概念、熟練操作三維軟件成型和雕刻機的操作，使學生了解貝殼材料特點，能根據貝殼自身外形特點設計相應圖案進行多種工藝品的設計，掌握數控雕基本工藝。激光掃描技術、CAD/CAM的結合，實現快速成型的方法，培養了學生的工程意識，符合本科高校新工科背景下工程實踐教育發展要求。