沈建+胡惠君+吳屹+何亞平
摘 要:隨著藝術(shù)教育的不斷深入,高校將藝術(shù)與科技的結(jié)合越來(lái)越緊密,大量課程對(duì)實(shí)體模型制作的要求也相應(yīng)提高,如何利用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備儀器對(duì)學(xué)生的創(chuàng)意進(jìn)行實(shí)物落地,是數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的初衷。本文以中國(guó)美術(shù)學(xué)院為例,結(jié)合作者多年實(shí)驗(yàn)室一線教學(xué)的經(jīng)驗(yàn),對(duì)數(shù)字化輸出實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)進(jìn)行分析研究,具體從硬件和軟件兩方面進(jìn)行剖析,旨在為其他高校提供切實(shí)可行的范本,希望起到拋磚引玉的效果。
關(guān)鍵詞:數(shù)字化;模型輸出;實(shí)驗(yàn)室建設(shè)
1 數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的現(xiàn)實(shí)意義
現(xiàn)今,大力發(fā)展文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為社會(huì)各界的共識(shí)。浙江省文化產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃指出:把發(fā)展文化創(chuàng)意和設(shè)計(jì)服務(wù)作為助推高端制造業(yè)發(fā)展的重要突破口,增強(qiáng)文化創(chuàng)意與設(shè)計(jì)服務(wù)對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的滲透提升和帶動(dòng)能力,推動(dòng)實(shí)現(xiàn)從“浙江制造”向“浙江創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變。藝術(shù)類高校作為復(fù)合型、創(chuàng)意型人才輸出的重要基地,改進(jìn)教學(xué)培養(yǎng)模式,進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合素質(zhì)勢(shì)在必行。實(shí)驗(yàn)室作為學(xué)生的第二課堂,在融合理論與實(shí)踐方面有著不可取代的重要作用。如何建設(shè)真正滿足學(xué)生需求、解決理論教學(xué)痛點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)室是迫在眉睫的議題,本文以中國(guó)美術(shù)學(xué)院這些年對(duì)數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)實(shí)踐為基礎(chǔ),結(jié)合作者多年實(shí)驗(yàn)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn),從多個(gè)方面對(duì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)進(jìn)行研究分析。
2 數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室的硬件建設(shè)
由于藝術(shù)類高校學(xué)生創(chuàng)作實(shí)現(xiàn)材料的多樣性,決定了數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過(guò)程中設(shè)備選型的豐富性,不能以一種加工工藝或者一類加工設(shè)備來(lái)建立實(shí)驗(yàn)室。結(jié)合多年的實(shí)驗(yàn)室一線教學(xué)的具體實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),我們認(rèn)為建立實(shí)驗(yàn)室群更能適合學(xué)生的實(shí)驗(yàn)需求和創(chuàng)作落地。根據(jù)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的要求,我們持續(xù)構(gòu)建了工作站實(shí)驗(yàn)室、精雕實(shí)驗(yàn)室、激光實(shí)驗(yàn)室、三維打印實(shí)驗(yàn)室、三維掃描實(shí)驗(yàn)室、綜合實(shí)驗(yàn)室等六大實(shí)驗(yàn)室有機(jī)組合的數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室群,以群的形式破解藝術(shù)類高校師生的海量創(chuàng)意落地難的痛點(diǎn)、以群的強(qiáng)大現(xiàn)代科技支撐服務(wù)好藝術(shù)類學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
各個(gè)實(shí)驗(yàn)室單獨(dú)來(lái)看,設(shè)備型號(hào)有所區(qū)別,加工能力各有側(cè)重。但是在整體上是有機(jī)結(jié)合、相互補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)室群,這個(gè)群應(yīng)該有這樣的共性:采用矢量化的建模軟件進(jìn)行數(shù)字化建模,然后對(duì)模型進(jìn)行分析解構(gòu),對(duì)應(yīng)不同材料、不同的結(jié)合方式采用不同的數(shù)字化加工手段進(jìn)行加工制作,根據(jù)加工過(guò)程中出現(xiàn)的不同狀況,在專業(yè)實(shí)驗(yàn)老師的指導(dǎo)下,及時(shí)調(diào)整制作材料和工藝,最后達(dá)到創(chuàng)意變成實(shí)物的過(guò)程。
硬件建設(shè)分為兩部分:場(chǎng)地的選擇及規(guī)劃、設(shè)備的選型及搭配。
2.1 場(chǎng)地的規(guī)劃和選擇
場(chǎng)地的規(guī)劃要考慮加工材料的類別特性及水、電、氣的配套和分布,特別需要注意的是供電要考慮負(fù)荷,要請(qǐng)專業(yè)的電氣工程師結(jié)合使用的設(shè)備型號(hào)幫助計(jì)算負(fù)荷,如不滿足,要及時(shí)改造供電線路,不能等設(shè)備入場(chǎng)后才開(kāi)始動(dòng)工[1]。整體的規(guī)劃要有前瞻性,兼顧考慮設(shè)備的增減及更新?lián)Q代。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室在空間整體上規(guī)劃出設(shè)備置放區(qū)、設(shè)備操作區(qū)、公共通道區(qū)、獨(dú)立工作區(qū)等幾部分來(lái)規(guī)范學(xué)生的使用。不同加工設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室還要有所側(cè)重:如激光切割實(shí)驗(yàn)室要注意廢氣的無(wú)毒害處理及排放、精雕實(shí)驗(yàn)室要注意各種材料粉塵的收集及處理、三維打印實(shí)驗(yàn)室要特別注意保持空間溫度和濕度的恒定。
2.2 設(shè)備的選型及搭配
設(shè)備的選型要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際需求,要充分考慮加工材料多樣性,材料可總體歸類為這五大類:木質(zhì)材料、塑料材料、金屬材料、有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料。木質(zhì)材料包括:實(shí)木板材、人造板等;塑料材料包括:PVC、有機(jī)玻璃、ABS等;金屬材料包括:銅、鋁、不銹鋼等;有機(jī)材料包括:紙、布、皮、革等;無(wú)機(jī)材料包括:石膏、玻璃等。如何對(duì)這五大類材料進(jìn)行數(shù)字化加工,顯然不是一類設(shè)備所能夠勝任的,經(jīng)過(guò)廣泛的市場(chǎng)調(diào)研和考察,我們選擇了以下設(shè)備:精雕機(jī)(數(shù)控機(jī)床)、激光切割機(jī)、等離子切割機(jī)、三維掃描儀、三維打印機(jī)、uv打印機(jī)等數(shù)字化的現(xiàn)代加工設(shè)備。不同設(shè)備的加工能力有所側(cè)重,精雕機(jī)(數(shù)控機(jī)床)通過(guò)小刀具高度旋切和精密進(jìn)給,可以對(duì)木質(zhì)材料、塑料材料、金屬材料以及石膏等無(wú)機(jī)材料實(shí)現(xiàn)雕刻和銑削的高精度加工;激光切割機(jī)利用高功率密度的激光束,作用于材料表面,使其吸收激光能量而發(fā)生熔化、氣化,達(dá)到切斷材料的目的,根據(jù)激光管的類型和功率大小,可以切割紙、布、皮、革、有機(jī)玻璃、不銹鋼板材等材料;等離子切割是利用高溫等離子電弧產(chǎn)生的熱量使工件切口處局部瞬間熔化或蒸發(fā),并借助高速等離子的動(dòng)量排除熔融金屬以形成切口的一種加工方法,可以加工銅板、鋁板和不銹鋼板。三維打印是一種增材制造技術(shù),對(duì)數(shù)字模型進(jìn)行空間分層,最后以不同的平面加工技術(shù),對(duì)所有數(shù)據(jù)切片逐層“打印”繼而壘積實(shí)現(xiàn)整體造型,[2]所用材料必須與設(shè)備相匹配,有ABS、PLA、光敏樹(shù)脂和粉末等。UV打印利用免制版全彩色數(shù)碼印刷技術(shù),可以在木質(zhì)材料、塑料材料、金屬材料等表面進(jìn)行彩色照片級(jí)印刷。以上這些現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)備有機(jī)組合、相互補(bǔ)位、取長(zhǎng)補(bǔ)短,形成具有強(qiáng)大加工能力的數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室,滿足大部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)需求。
在數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室群塊中,各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備配備如下,工作站實(shí)驗(yàn)室:配備高性能的電腦、投影設(shè)備;精雕實(shí)驗(yàn)室:配備三軸為主,五軸為輔的精雕設(shè)備,在設(shè)備加工尺寸上,大中小的型號(hào)配備比例為1∶2∶4;激光實(shí)驗(yàn)室:配備金屬激光切割機(jī)、非金屬激光切割機(jī)和激光打標(biāo)機(jī);三維打印實(shí)驗(yàn)室:配備全彩粉末三維打印機(jī)、光敏樹(shù)脂三維打印機(jī)、PLA及ABS桌面機(jī);三維掃描實(shí)驗(yàn)室:配備固定式三維掃描儀和手持式三維掃描儀。綜合實(shí)驗(yàn)室:除了配備以上實(shí)驗(yàn)室的單件設(shè)備外,加上等離子切割機(jī)和uv打印機(jī)。
實(shí)踐證明,這樣的實(shí)驗(yàn)室布局及設(shè)備配備,有利于學(xué)生根據(jù)加工材料的特性迅速找到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行創(chuàng)作。
3 數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室的軟件建設(shè)
實(shí)驗(yàn)室的硬件建設(shè)完成后,軟件建設(shè)就尤為重要。實(shí)驗(yàn)室軟件建設(shè)分為:規(guī)章制度的確立、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師隊(duì)伍的建設(shè)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程建設(shè)、構(gòu)建學(xué)研產(chǎn)一體的開(kāi)放式教學(xué)平臺(tái)。
3.1 規(guī)章制度的確立
實(shí)驗(yàn)室軟件建設(shè)的第一要?jiǎng)?wù)就是規(guī)章制度的制定并執(zhí)行。古人云:沒(méi)有規(guī)矩,不成方圓。結(jié)合數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況,制定相匹配的規(guī)章制度。具體來(lái)說(shuō),首先是安全制度,保障師生的安全是最重要的,學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前,必須進(jìn)行安全制度的培訓(xùn),培訓(xùn)完成后,進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試,測(cè)試合格后,才有資格進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后,有專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室老師對(duì)學(xué)生進(jìn)行每一種設(shè)備的安全培訓(xùn),讓學(xué)生了解每種設(shè)備的危險(xiǎn)點(diǎn):比如精雕機(jī)工作狀態(tài)時(shí),刀具每秒15000轉(zhuǎn)的速度,具有強(qiáng)大的切削能力,禁止觸碰;激光切割機(jī)、等離子切割機(jī)在切割材料時(shí)產(chǎn)生極高亮度的光束,禁止直視。其次是實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用制度:所有設(shè)備使用前,一定要進(jìn)行使用培訓(xùn),并不是所有設(shè)備都能讓學(xué)生操作,一些設(shè)備規(guī)定只有實(shí)驗(yàn)室老師才能操作使用。其他如實(shí)驗(yàn)室使用預(yù)約制度、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)制度等要相應(yīng)配套。一系列制度的確立并嚴(yán)格執(zhí)行,是為了保障學(xué)生的安全,為實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行保駕護(hù)航。
3.2 實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)老師隊(duì)伍的建設(shè)
設(shè)備是基礎(chǔ),實(shí)驗(yàn)室老師是關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)老師的水平直接影響設(shè)備的使用效率和最終成品的效果,結(jié)合學(xué)校招聘規(guī)則,構(gòu)建以老帶新,以新為中堅(jiān)力量的實(shí)驗(yàn)室?guī)熧Y隊(duì)伍模式。在我們實(shí)驗(yàn)室既有碩士文憑的實(shí)驗(yàn)師,也有社會(huì)上招聘的具有多年設(shè)備實(shí)操經(jīng)驗(yàn)的技工,還有專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室管理人員。實(shí)驗(yàn)師學(xué)歷高,課本理論知識(shí)扎實(shí),實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)較少。技工普遍學(xué)歷不高,但是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富,操作能力強(qiáng)。在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,以老帶新,技工向年輕老師傳授實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),年輕老師將經(jīng)驗(yàn)歸納總結(jié),形成系統(tǒng)知識(shí),方便傳授學(xué)生。
在崗位晉升發(fā)展方面,完善實(shí)驗(yàn)室一線教師的評(píng)聘體系,打開(kāi)上升通道,鼓勵(lì)其不斷發(fā)展,確保實(shí)驗(yàn)室?guī)熧Y隊(duì)伍的良性發(fā)展和穩(wěn)定性。
3.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程建設(shè)
為了讓學(xué)生盡快掌握數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室的使用方法,我們編寫(xiě)了相應(yīng)的課程,課程名稱為《材料特性和數(shù)字化加工工藝》,通過(guò)理論學(xué)習(xí)、軟件學(xué)習(xí)、實(shí)際操作練習(xí)這三部分的訓(xùn)練來(lái)完成這個(gè)課程的學(xué)習(xí)。理論學(xué)習(xí)內(nèi)容方面:了解不同材料的裝飾特性和加工特性;軟件學(xué)習(xí)內(nèi)容方面:平面軟件如ai、cad、CorelDRAW,三維軟件如3dmax、犀牛、Pro/Engineer等,熟練掌握一到兩款軟件;實(shí)際操作內(nèi)容包括:各種設(shè)備的啟動(dòng),控制及加工的性能。
在理論學(xué)習(xí)教學(xué)方法上:開(kāi)設(shè)全校范圍的專業(yè)選修課和專業(yè)必修課,采用大課堂ppt演示教學(xué);對(duì)于軟件的教學(xué):由于按照各個(gè)軟件操作順序和合理使用對(duì)應(yīng)命令是學(xué)習(xí)的關(guān)鍵點(diǎn),因此我們采用課堂實(shí)例講解加屏幕視頻錄制方法進(jìn)行授課,課堂上保證學(xué)生的聽(tīng)課效率,隨堂練習(xí)并解答,課后學(xué)生可隨時(shí)上網(wǎng)瀏覽課堂講解內(nèi)容,定點(diǎn)復(fù)習(xí)及時(shí)消除知識(shí)盲點(diǎn);在實(shí)際操作教學(xué)方面:采用現(xiàn)代多媒體手段輔助教學(xué),在不同設(shè)備的操作演示過(guò)程中,多機(jī)位錄制現(xiàn)場(chǎng)視頻,經(jīng)過(guò)剪輯后每個(gè)視屏?xí)r間控制在3 ~ 4分鐘,在這個(gè)時(shí)間段里包含一到兩個(gè)操作要點(diǎn)和注意事項(xiàng),制作好后放在網(wǎng)上及微信群中,可供學(xué)生利用碎片化時(shí)間進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)、進(jìn)一步加深理解。
3.4 構(gòu)建學(xué)研產(chǎn)一體的開(kāi)放式教學(xué)平臺(tái)
在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中,建設(shè)學(xué)校、研究所、產(chǎn)業(yè)合作互補(bǔ)的模式。近幾年數(shù)字化模型制作技術(shù)發(fā)展迅速,設(shè)備功能越來(lái)越完善,在市場(chǎng)前沿的研究所及產(chǎn)業(yè)力量的加入,能進(jìn)一步完善和提高高校實(shí)驗(yàn)室的綜合實(shí)力,給予學(xué)生更好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。通過(guò)定期邀請(qǐng)行業(yè)專家及一線高級(jí)工程師進(jìn)校開(kāi)展工作坊形式的短期課程的教學(xué),進(jìn)行頭腦風(fēng)暴,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力,進(jìn)一步提高其實(shí)踐能力。
4 結(jié)語(yǔ)
在20世紀(jì)初,包豪斯在“技術(shù)與美學(xué)統(tǒng)一”教學(xué)理念指引下對(duì)“實(shí)驗(yàn)教學(xué)”進(jìn)行了深入的研究,我們認(rèn)為這不僅是停留在歷史觀的層面而是面向現(xiàn)在與未來(lái)的,如今已經(jīng)有越來(lái)越多的藝術(shù)類高校認(rèn)識(shí)到藝術(shù)設(shè)計(jì)教育中“藝術(shù)與技術(shù)的統(tǒng)一”、“理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的統(tǒng)一”這兩大規(guī)律的重要性[3]。因此,根據(jù)各個(gè)藝術(shù)類高校的實(shí)際情況,建設(shè)適合自身發(fā)展需求的數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室,通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度的設(shè)置、深化實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中總結(jié)的配套課程、組建兼具理論知識(shí)與實(shí)際操作能力的教學(xué)隊(duì)伍、構(gòu)建學(xué)研產(chǎn)一體的開(kāi)放式教學(xué)平臺(tái),讓現(xiàn)代的數(shù)字化設(shè)備為學(xué)生創(chuàng)意服務(wù),努力把學(xué)生培養(yǎng)成為“心手合一”的創(chuàng)意人才,是藝術(shù)類高校的職責(zé)所在,也是這個(gè)時(shí)代的大勢(shì)所趨。
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