王　冠

(浙江特殊教育職業(yè)學(xué)院 藝術(shù)系，杭州 310023)

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3D打印技術(shù)在高職聽障生動(dòng)漫逆向教學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王冠

(浙江特殊教育職業(yè)學(xué)院 藝術(shù)系，杭州 310023)

摘要：3D打印技術(shù)能夠?qū)⒊橄蟮膶I(yè)知識轉(zhuǎn)換為具象的實(shí)物模型，增強(qiáng)信息的可視化和可讀性，符合高職聽障學(xué)生“以目代耳”接收信息的特點(diǎn)?；趧?dòng)漫專業(yè)教學(xué)的可操作性，結(jié)合3D打印技術(shù)的特點(diǎn)，文章采用逆向教學(xué)設(shè)計(jì)即從展示成果出發(fā)，借助3D掃描技術(shù)、點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼合、3D打印技術(shù)等一系列手段使學(xué)生掌握展示作品的制作方法，經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐研究制作過程，歸納新授知識并拓展創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：逆向教學(xué)設(shè)計(jì)；3D打印技術(shù)；高職院校；特殊教育；動(dòng)漫專業(yè)；聽障學(xué)生

動(dòng)漫專業(yè)課堂教學(xué)一般基于項(xiàng)目，首先，展示成品效果；其次，分析成品制作過程中所需掌握的專業(yè)知識和操作技能；第三，應(yīng)用分析所得知識進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。高等特殊教育院校開展上述形式的教學(xué)需要借助多媒體等教輔設(shè)備，以便將信息以可視化的方式傳遞給高職聽障學(xué)生。而傳統(tǒng)的以“計(jì)算機(jī)+PowerPoint演示文稿”形式展示的多媒體教學(xué)已不能滿足當(dāng)前動(dòng)漫專業(yè)的發(fā)展和改革需求。隨著3D打印技術(shù)在文化創(chuàng)意、動(dòng)漫模型等領(lǐng)域應(yīng)用的快速發(fā)展[1]，以及其高效、便捷的性能，將這一技術(shù)介入高等特殊教育院校動(dòng)漫專業(yè)教學(xué)可以有效地針對高職聽障學(xué)生“以目代耳”接收信息的特點(diǎn)，將抽象的知識轉(zhuǎn)化為具象的實(shí)物模型，輔助學(xué)生更好地掌握專業(yè)知識，提升教學(xué)有效性。

中國動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢已然走向了產(chǎn)業(yè)融合。在技術(shù)革新、產(chǎn)業(yè)滲透、終端資源的跨界發(fā)展新形式下，現(xiàn)代傳媒技術(shù)與造型藝術(shù)的漫畫和動(dòng)畫之間的聯(lián)系日趨緊密，形成相互合作、相互促進(jìn)的生態(tài)系統(tǒng)[2]。故高等特殊教育院校的動(dòng)漫專業(yè)教學(xué)必須強(qiáng)化多媒體教學(xué)教輔手段的革新，以補(bǔ)償高職聽障學(xué)生聽分析器缺失所造成的短板。

1問題的提出

1.1教學(xué)設(shè)計(jì)固化，教學(xué)內(nèi)容淺顯

以浙江省高等特殊教育院校的動(dòng)漫專業(yè)《Maya模型》課程為例(下述均以該課程為例)，在教學(xué)設(shè)計(jì)中大多以實(shí)例教學(xué)為主，一般設(shè)計(jì)過程為六步法(如圖1所示)，即實(shí)例效果展示→制作步驟分解→新授知識解析→教師演示實(shí)例→學(xué)生實(shí)踐操作→教師從旁輔導(dǎo)。

圖1　高等特殊教育院校動(dòng)漫專業(yè)常規(guī)教學(xué)設(shè)計(jì)流程

該種教學(xué)設(shè)計(jì)的授課模式過于固化、按部就班，未能進(jìn)行教學(xué)改革創(chuàng)新；教學(xué)過程設(shè)計(jì)缺乏借助應(yīng)用現(xiàn)代化教育技術(shù)予以強(qiáng)化并豐富教學(xué)內(nèi)容的理念；實(shí)例教學(xué)往往側(cè)重于某個(gè)知識點(diǎn)的講授。該種傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)，達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生的知識綜合應(yīng)用能力的效果。長此以往會(huì)降低高職聽障學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其對專業(yè)學(xué)習(xí)感到索然乏味。

1.2教學(xué)手段單一，輔助教學(xué)簡化

現(xiàn)行教學(xué)設(shè)計(jì)中各環(huán)節(jié)的多媒體教學(xué)輔助手段應(yīng)用(如圖2所示)，以多媒體輔助設(shè)備開展的教學(xué)設(shè)計(jì)大多借助“計(jì)算機(jī)+PowerPoint演示文稿”為信息呈現(xiàn)的載體，其形式單一，內(nèi)容局限，未能充分達(dá)到以多形式、多教具輔助教學(xué)內(nèi)容教授的目的，同時(shí)，也不能豐富教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)，不能較好地將抽象的知識轉(zhuǎn)換成具象感官的實(shí)物用于幫助高職聽障學(xué)生理解知識?！坝?jì)算機(jī)+PowerPoint演示文稿”形式的多媒體輔助教學(xué)是一種平面、抽象地呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的方式，這與高職聽障學(xué)生對事物認(rèn)知需以“看得見、摸得著”的具象接受信息的方式有所背離。

圖2　現(xiàn)行高等特殊教育多媒體教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)用

1.3評判標(biāo)準(zhǔn)抽象，教學(xué)效果弱化

高等特殊教育院校動(dòng)漫專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量評價(jià)體系未形成量化標(biāo)準(zhǔn)。對于學(xué)生創(chuàng)建的三維模型優(yōu)劣的評判一般基于教師個(gè)體的經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生很難真正理解評判的標(biāo)準(zhǔn)，只能通過教師修改和講解。觀察Maya軟件中虛擬模型的造型、結(jié)構(gòu)、比例，可以大概了解制作的問題，但不能獲取較為精準(zhǔn)的實(shí)物對比，而實(shí)際觀察創(chuàng)建模型得出的現(xiàn)實(shí)成品則便于明確制作中的錯(cuò)誤?！禡aya模型》課程教學(xué)需要借助三維軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)、制作，在軟件中創(chuàng)建虛擬模型對高職聽障學(xué)生而言具有較強(qiáng)的抽象性，部分學(xué)生無法理解三維軟件中立方體的透視(如圖3所示)，在創(chuàng)建時(shí)會(huì)有意識地將立方體底面向上移動(dòng)。教師在一對一的輔導(dǎo)過程中應(yīng)告知學(xué)生這是立方體的透視效果，并非是其本身底面向上傾斜。事實(shí)上，這樣的解釋對于高職聽障學(xué)生而言是一知半解的，若能通過實(shí)物模型的展現(xiàn)進(jìn)行對比，其效果能更為直觀。

圖3　Maya軟件中立方體透視效果

2原因分析

2.1教輔手段單一，教輔設(shè)備匱乏

對于教材的轉(zhuǎn)化使用和教學(xué)內(nèi)容的二次開發(fā)，未能充分利用多媒體教學(xué)設(shè)備，知識解析的可視化及教學(xué)設(shè)計(jì)停留在“就軟件講解命令應(yīng)用”和“就實(shí)例解析知識”階段，不能充分利用除“計(jì)算機(jī)+PowerPoint演示文稿”外的多媒體教學(xué)技術(shù)手段。教師自身知識結(jié)構(gòu)更新過慢，導(dǎo)致了新興的多媒體教學(xué)技術(shù)和設(shè)備出現(xiàn)后沒有被及時(shí)掌握并應(yīng)用于教學(xué)設(shè)計(jì)中。另外，現(xiàn)行的教室多采用傳統(tǒng)“計(jì)算機(jī)+投影儀”的多媒體設(shè)備，沒有及時(shí)更新、增添新的教輔設(shè)備，即便部分教師掌握了新的多媒體教學(xué)手段，也因?yàn)樵O(shè)備的缺乏而受到制約。

2.2教學(xué)設(shè)計(jì)保守，缺乏綜合設(shè)計(jì)

教學(xué)設(shè)計(jì)的墨守成規(guī)是導(dǎo)致教學(xué)改革創(chuàng)新無法推進(jìn)的重要因素之一。按部就班地將紙質(zhì)的教材轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮诱n件，將實(shí)例操作步驟照搬照抄地在教學(xué)過程中予以演示，一是缺乏教學(xué)的靈動(dòng)性，二是缺乏引導(dǎo)高職聽障學(xué)生對知識的綜合應(yīng)用。教學(xué)設(shè)計(jì)僅針對一個(gè)個(gè)小實(shí)例是不足以讓學(xué)生形成知識體系的，需要立足小實(shí)例的知識點(diǎn)并將其串聯(lián)設(shè)計(jì)成為仿真項(xiàng)目，以培養(yǎng)學(xué)生對于知識的綜合應(yīng)用能力。

2.3教輔介入淺顯，內(nèi)容過于抽象

教學(xué)設(shè)計(jì)制作時(shí)未能深入挖掘多媒體技術(shù)與專業(yè)課程的結(jié)合點(diǎn)，也未嘗試使用新興的媒介教授知識?，F(xiàn)行的教學(xué)設(shè)計(jì)未能將抽象的知識、虛擬的操作與具象的實(shí)物、實(shí)際的模型對比予以點(diǎn)對點(diǎn)的銜接，教學(xué)形式過于抽象。而優(yōu)秀的教學(xué)設(shè)計(jì)需依賴于多重輔助手段的共同呈現(xiàn)，在進(jìn)行知識點(diǎn)的講授時(shí)，可以結(jié)合使用文字注釋、圖示說明、實(shí)例演示、實(shí)物比對等不同形式的教輔手段介入與之相適應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容中，從而發(fā)揮各種教輔手段在教學(xué)中的優(yōu)勢。

3應(yīng)用研究

基于上述問題，結(jié)合動(dòng)漫專業(yè)教學(xué)的實(shí)際，在教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)融入3D打印技術(shù)將虛擬三維模型轉(zhuǎn)化為實(shí)物模型，便于高職聽障學(xué)生理解空間關(guān)系、透視原理等抽象的知識，以逆向教學(xué)設(shè)計(jì)開展教學(xué)，使學(xué)生在充分動(dòng)手實(shí)踐后，探索研究得出建模的方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。3D打印技術(shù)介入高職聽障學(xué)生動(dòng)漫專業(yè)逆向教學(xué)設(shè)計(jì)流程如圖4所示。

3.1基于3D打印技術(shù)的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)

基于3D打印技術(shù)的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)首先要求教師在原有教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行提煉、規(guī)劃、設(shè)計(jì)和總結(jié)，明確3D打印技術(shù)可介入的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)施環(huán)節(jié)，介入后能予以輔助高職聽障學(xué)生更為直觀、具象地理解知識，并能將知識進(jìn)行綜合應(yīng)用；其次，逆向教學(xué)設(shè)計(jì)，即打破常規(guī)的教學(xué)方法和實(shí)施步驟，導(dǎo)入教學(xué)內(nèi)容時(shí)從“看得見、摸得著”入手，使學(xué)生對所學(xué)知識有具象化的認(rèn)知，直至引導(dǎo)學(xué)生完成項(xiàng)目，并能拓展應(yīng)用?；?D打印技術(shù)的《Maya模型》課程的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)一般有以下環(huán)節(jié)：實(shí)物成品展示→3D掃描實(shí)物→基于掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行造型設(shè)計(jì)和建?！蛴∧Ｐ汀鷮Ρ妊芯俊薷脑俅未蛴∧Ｐ汀ǜ濉谥谱鬟^程優(yōu)化設(shè)計(jì)制作方案→拓展創(chuàng)新等；第三，在對比研究過程中需數(shù)次將三維虛擬模型與實(shí)物模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換和對比，以便優(yōu)化三維模型的制作，最終呈現(xiàn)出較高質(zhì)量的作品。

3.2逆向教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)施

3.2.1多重形式展示成品效果

一般而言，在Maya中創(chuàng)建三維模型需要設(shè)定稿，設(shè)定稿大多是以平面手繪稿呈現(xiàn)的。為增強(qiáng)“視”對高職聽障學(xué)生視分析器的刺激，需同時(shí)展示教師提前制作好的利用3D打印技術(shù)生成的實(shí)物模型，并以“平面設(shè)定稿+3D打印實(shí)物模型”二者結(jié)合的形式展現(xiàn)所需制作模型的造型。多重形式展示成品效果能使學(xué)生將平面設(shè)定稿中的前、側(cè)、頂三視圖和經(jīng)3D打印的實(shí)物成品有效地進(jìn)行對比，填補(bǔ)了平面設(shè)定稿中“看不見”部分的空缺，實(shí)際上3D打印實(shí)物模型是對平面設(shè)定稿的一種補(bǔ)充說明，是一種“看得見、摸得著”的參考設(shè)定。

3.2.2利用3D掃描技術(shù)分析對象結(jié)構(gòu)

通常在使用Maya軟件創(chuàng)建模型前，會(huì)對所制作的對象進(jìn)行比例、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)上的分析，便于創(chuàng)建時(shí)對其造型的把握和選取事半功倍的制作方法?；?D打印技術(shù)逆向教學(xué)設(shè)計(jì)，《Maya模型》課程中針對對象結(jié)構(gòu)特征的分析是通過3D掃描儀對物體進(jìn)行高速高密度測量進(jìn)行的，并通過輸出三維點(diǎn)云這一方法進(jìn)行具象分析[3]，其步驟是首先利用3D掃描儀對物體的多個(gè)面進(jìn)行掃描，然后將各個(gè)部分進(jìn)行拼接。掃描和拼合點(diǎn)云的過程可以促進(jìn)學(xué)生對于對象物體的細(xì)致觀察。學(xué)生選取的不同掃描方式，決定了拼合數(shù)據(jù)的難易程度，經(jīng)過多次試驗(yàn)，學(xué)生對結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)就會(huì)有所了解，將掃描拼合處落在不易察覺的隱蔽位置，避免結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)折較大、起伏明顯處的數(shù)據(jù)合并，注重單個(gè)掃描面的完整性。上述既是3D掃描技巧實(shí)則又是三維建模制作需注意的事項(xiàng)，通過實(shí)踐動(dòng)手的操作比純粹的“看圖分析”更直觀、細(xì)致、精準(zhǔn)。

3.2.3基于3D掃描數(shù)據(jù)再創(chuàng)作

相較于平面設(shè)定稿進(jìn)行的模型創(chuàng)作，3D打印技術(shù)的介入為模型的創(chuàng)建提供了多重參考， 拼合后的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)在軟件中形成模型，基于高職聽障學(xué)生學(xué)習(xí)能力的強(qiáng)弱，可設(shè)計(jì)兩種方式進(jìn)行分層教學(xué)。模仿能力強(qiáng)是高職聽障學(xué)生的共性，針對學(xué)習(xí)能力較弱的學(xué)生，可以在Maya軟件中對照3D掃描的模型進(jìn)行臨摹制作，同時(shí)可以結(jié)合平面設(shè)定稿及3D打印實(shí)物模型多重參考，充分了解所需制作的對象的結(jié)構(gòu)，理解其空間關(guān)系、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)折等，這減少了以往參照平面設(shè)定稿在Maya軟件中建模的難度；對于學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生，可在3D掃描模型的基礎(chǔ)上對其做加法或減法形式的調(diào)整、修改，以便在原有的造型基礎(chǔ)上進(jìn)行再創(chuàng)作，該種創(chuàng)作方法是依據(jù)固有的造型結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，放大對象的特征，使創(chuàng)建的模型基于原型進(jìn)行夸張，降低了創(chuàng)作的門檻和難度。

3.2.4使用3D打印模型檢驗(yàn)制作成果

將學(xué)生在Maya軟件中制作完成的三維模型利用3D桌面打印機(jī)進(jìn)行打印，在3D打印過程中內(nèi)外支架的搭建數(shù)量和密集程度可以用來檢驗(yàn)三維虛擬模型造型的準(zhǔn)確度和合理性，支架越多反映出打印耗材越多，說明Maya模型有待優(yōu)化。通過3D打印的模型能夠直觀地檢驗(yàn)Maya軟件中模型創(chuàng)建的比例、大小、結(jié)構(gòu)、對稱性是否正確。對于在Maya軟件模型創(chuàng)作過程中一些難以理解問題，通過3D打印所得的實(shí)物模型可以進(jìn)行較好地解答。例如，高職聽障學(xué)生在建模過程中會(huì)連續(xù)擠壓面數(shù)次，造成重疊面的問題；利用3D打印模型時(shí)遇虛擬模型有重疊面，會(huì)產(chǎn)生同一位置數(shù)次打印耗費(fèi)材料，造成打印模型的坍塌；遇到虛擬模型有嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)3D打印機(jī)會(huì)停止工作，以至于無法形成最終的實(shí)物模型。這種直觀的檢驗(yàn)方式能夠便于學(xué)生查找模型創(chuàng)建過程中的問題并進(jìn)行修改。

3.2.5數(shù)次比對優(yōu)化制作

通過利用3D掃描得到的模型與在Maya軟件中創(chuàng)建的模型對比，能明確二者之間的差異，相比以往教師憑借制作經(jīng)驗(yàn)在Maya軟件中指出問題并告知修改方法，這種模型之間的造型比對更為直觀、具象、有效，同時(shí)高職聽障學(xué)生能利用該種方法通過自查的方式發(fā)現(xiàn)問題。Maya模型可以經(jīng)過數(shù)次3D打印進(jìn)行多次對比、修改，如此循環(huán)往復(fù)的調(diào)整，學(xué)生能逐步摸索出制作的手段，累積正確的制作經(jīng)驗(yàn)。每一次打印所得的實(shí)物模型都能成為可保留的制作過程，以便在后續(xù)開展教學(xué)時(shí)作為教學(xué)案例進(jìn)行解析。在數(shù)次對比和修改后，學(xué)生能夠通過模型的制作反推設(shè)定方案。根據(jù)Maya建模中存在的問題，3D打印過程中內(nèi)外支架的耗材，實(shí)物模型外觀的美觀性、實(shí)用性等，學(xué)生可以對設(shè)計(jì)方案做出優(yōu)化，明確設(shè)定稿繪制的原則，掌握設(shè)定稿繪制的優(yōu)劣及其對模型創(chuàng)建的影響。

3.2.6成品定稿拓展應(yīng)用

通過多角度、多形式對同一制作對象數(shù)次的觀察、分析、制作、設(shè)計(jì)，高職聽障學(xué)生已能掌握相應(yīng)的知識和技能，具備了對相關(guān)知識的綜合應(yīng)用能力。此時(shí)可介入諸如動(dòng)漫衍射產(chǎn)品的拓展項(xiàng)目，進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練，形成完整的平面設(shè)定稿、3D打印模型實(shí)物、動(dòng)漫衍生產(chǎn)品等。

4利用3D打印技術(shù)進(jìn)行逆向教學(xué)設(shè)計(jì)的原則

逆向教學(xué)設(shè)計(jì)不能簡單地等同于打破原有的教學(xué)常規(guī)，將各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行打散再重組。首先，需要教師在充分熟悉教學(xué)內(nèi)容和受眾對象的前提下予以實(shí)施；第二，要充分利用現(xiàn)代教學(xué)設(shè)備，將其融入到相應(yīng)的環(huán)節(jié)，使其具有實(shí)效性，而不是“花式”形式上的介入，對教學(xué)有效性沒有實(shí)質(zhì)推動(dòng)作用的介入無需設(shè)計(jì)在內(nèi)；第三，在進(jìn)行3D打印技術(shù)逆向教學(xué)設(shè)計(jì)達(dá)到教學(xué)目標(biāo)后，需幫助學(xué)生梳理學(xué)習(xí)的過程，讓學(xué)生形成系統(tǒng)的架構(gòu)，而不是碎片化的知識點(diǎn)，要能將知識點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)，進(jìn)而具備綜合應(yīng)用的能力；第四，鼓勵(lì)學(xué)生應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

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責(zé)任編輯：李鳳英

Application of 3D Printing Technology in Animation Contrary Teaching Design for Deaf Students in Higher Vocational Colleges

WANG Guan

(Art Department, Zhejiang Vocational College of Special Education， Hangzhou 310023， China)

Abstract：3D printing technology can transform abstract professional knowledge into concrete physical model, which enhances the visualization and readability of information, being in line with the characteristics of hearing-impaired students′ receiving information by ears instead of eyes. Based on the operability of animation specialty teaching, this paper, combining with the characteristics of 3D printing technology, presents a reverse teaching design, that is, by starting from displaying the present achievements, to make students master the making method of the displayed works with the help of 3D scanning technology, point clouds data merging and 3D printing technology, and then sum up new teaching knowledge and expend the innovative design after repeated practice.

Keywords：reverse teaching design；3D printing technology；high vocational colleges；special education；animation specialty；deaf students

收稿日期：2016-03-10

基金項(xiàng)目：2014年度浙江省教育技術(shù)研究規(guī)劃課題(JB127)

作者簡介：王冠(1985-)，女，浙江杭州人，講師，碩士，主要從事特殊教育及影視動(dòng)畫研究。

中圖分類號：G762

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-3907(2016)05-0120-05