3D打印技术在高职听障生动漫逆向教学设计中的应用

王　冠

(浙江特殊教育职业学院 艺术系，杭州 310023)



3D打印技术在高职听障生动漫逆向教学设计中的应用

王冠

(浙江特殊教育职业学院 艺术系，杭州 310023)

摘要：3D打印技术能够将抽象的专业知识转换为具象的实物模型，增强信息的可视化和可读性，符合高职听障学生“以目代耳”接收信息的特点。基于动漫专业教学的可操作性，结合3D打印技术的特点，文章采用逆向教学设计即从展示成果出发，借助3D扫描技术、点云数据拼合、3D打印技术等一系列手段使学生掌握展示作品的制作方法，经过反复实践研究制作过程，归纳新授知识并拓展创新设计。

关键词：逆向教学设计；3D打印技术；高职院校；特殊教育；动漫专业；听障学生

动漫专业课堂教学一般基于项目，首先，展示成品效果；其次，分析成品制作过程中所需掌握的专业知识和操作技能；第三，应用分析所得知识进行实践教学活动。高等特殊教育院校开展上述形式的教学需要借助多媒体等教辅设备，以便将信息以可视化的方式传递给高职听障学生。而传统的以“计算机+PowerPoint演示文稿”形式展示的多媒体教学已不能满足当前动漫专业的发展和改革需求。随着3D打印技术在文化创意、动漫模型等领域应用的快速发展[1]，以及其高效、便捷的性能，将这一技术介入高等特殊教育院校动漫专业教学可以有效地针对高职听障学生“以目代耳”接收信息的特点，将抽象的知识转化为具象的实物模型，辅助学生更好地掌握专业知识，提升教学有效性。

中国动漫产业发展的新趋势已然走向了产业融合。在技术革新、产业渗透、终端资源的跨界发展新形式下，现代传媒技术与造型艺术的漫画和动画之间的联系日趋紧密，形成相互合作、相互促进的生态系统[2]。故高等特殊教育院校的动漫专业教学必须强化多媒体教学教辅手段的革新，以补偿高职听障学生听分析器缺失所造成的短板。

1问题的提出

1.1教学设计固化，教学内容浅显

以浙江省高等特殊教育院校的动漫专业《Maya模型》课程为例(下述均以该课程为例)，在教学设计中大多以实例教学为主，一般设计过程为六步法(如图1所示)，即实例效果展示→制作步骤分解→新授知识解析→教师演示实例→学生实践操作→教师从旁辅导。

图1　高等特殊教育院校动漫专业常规教学设计流程

该种教学设计的授课模式过于固化、按部就班，未能进行教学改革创新；教学过程设计缺乏借助应用现代化教育技术予以强化并丰富教学内容的理念；实例教学往往侧重于某个知识点的讲授。该种传统的教学设计，达不到培养学生的知识综合应用能力的效果。长此以往会降低高职听障学生的学习兴趣，使其对专业学习感到索然乏味。

1.2教学手段单一，辅助教学简化

现行教学设计中各环节的多媒体教学辅助手段应用(如图2所示)，以多媒体辅助设备开展的教学设计大多借助“计算机+PowerPoint演示文稿”为信息呈现的载体，其形式单一，内容局限，未能充分达到以多形式、多教具辅助教学内容教授的目的，同时，也不能丰富教学内容呈现，不能较好地将抽象的知识转换成具象感官的实物用于帮助高职听障学生理解知识。“计算机+PowerPoint演示文稿”形式的多媒体辅助教学是一种平面、抽象地呈现教学内容的方式，这与高职听障学生对事物认知需以“看得见、摸得着”的具象接受信息的方式有所背离。

图2　现行高等特殊教育多媒体教学设计应用

1.3评判标准抽象，教学效果弱化

高等特殊教育院校动漫专业的教学质量评价体系未形成量化标准。对于学生创建的三维模型优劣的评判一般基于教师个体的经验，学生很难真正理解评判的标准，只能通过教师修改和讲解。观察Maya软件中虚拟模型的造型、结构、比例，可以大概了解制作的问题，但不能获取较为精准的实物对比，而实际观察创建模型得出的现实成品则便于明确制作中的错误。《Maya模型》课程教学需要借助三维软件进行设计、制作，在软件中创建虚拟模型对高职听障学生而言具有较强的抽象性，部分学生无法理解三维软件中立方体的透视(如图3所示)，在创建时会有意识地将立方体底面向上移动。教师在一对一的辅导过程中应告知学生这是立方体的透视效果，并非是其本身底面向上倾斜。事实上，这样的解释对于高职听障学生而言是一知半解的，若能通过实物模型的展现进行对比，其效果能更为直观。

图3　Maya软件中立方体透视效果

2原因分析

2.1教辅手段单一，教辅设备匮乏

对于教材的转化使用和教学内容的二次开发，未能充分利用多媒体教学设备，知识解析的可视化及教学设计停留在“就软件讲解命令应用”和“就实例解析知识”阶段，不能充分利用除“计算机+PowerPoint演示文稿”外的多媒体教学技术手段。教师自身知识结构更新过慢，导致了新兴的多媒体教学技术和设备出现后没有被及时掌握并应用于教学设计中。另外，现行的教室多采用传统“计算机+投影仪”的多媒体设备，没有及时更新、增添新的教辅设备，即便部分教师掌握了新的多媒体教学手段，也因为设备的缺乏而受到制约。

2.2教学设计保守，缺乏综合设计

教学设计的墨守成规是导致教学改革创新无法推进的重要因素之一。按部就班地将纸质的教材转变为电子课件，将实例操作步骤照搬照抄地在教学过程中予以演示，一是缺乏教学的灵动性，二是缺乏引导高职听障学生对知识的综合应用。教学设计仅针对一个个小实例是不足以让学生形成知识体系的，需要立足小实例的知识点并将其串联设计成为仿真项目，以培养学生对于知识的综合应用能力。

2.3教辅介入浅显，内容过于抽象

教学设计制作时未能深入挖掘多媒体技术与专业课程的结合点，也未尝试使用新兴的媒介教授知识。现行的教学设计未能将抽象的知识、虚拟的操作与具象的实物、实际的模型对比予以点对点的衔接，教学形式过于抽象。而优秀的教学设计需依赖于多重辅助手段的共同呈现，在进行知识点的讲授时，可以结合使用文字注释、图示说明、实例演示、实物比对等不同形式的教辅手段介入与之相适应的教学内容中，从而发挥各种教辅手段在教学中的优势。

3应用研究

基于上述问题，结合动漫专业教学的实际，在教学设计环节融入3D打印技术将虚拟三维模型转化为实物模型，便于高职听障学生理解空间关系、透视原理等抽象的知识，以逆向教学设计开展教学，使学生在充分动手实践后，探索研究得出建模的方法和优化设计方案。3D打印技术介入高职听障学生动漫专业逆向教学设计流程如图4所示。

3.1基于3D打印技术的逆向教学设计

基于3D打印技术的逆向教学设计首先要求教师在原有教材内容的基础上进行提炼、规划、设计和总结，明确3D打印技术可介入的教学内容和实施环节，介入后能予以辅助高职听障学生更为直观、具象地理解知识，并能将知识进行综合应用；其次，逆向教学设计，即打破常规的教学方法和实施步骤，导入教学内容时从“看得见、摸得着”入手，使学生对所学知识有具象化的认知，直至引导学生完成项目，并能拓展应用。基于3D打印技术的《Maya模型》课程的逆向教学设计一般有以下环节：实物成品展示→3D扫描实物→基于扫描数据进行造型设计和建模→打印模型→对比研究→修改再次打印模型→定稿→基于制作过程优化设计制作方案→拓展创新等；第三，在对比研究过程中需数次将三维虚拟模型与实物模型进行转换和对比，以便优化三维模型的制作，最终呈现出较高质量的作品。

3.2逆向教学设计实施

3.2.1多重形式展示成品效果

一般而言，在Maya中创建三维模型需要设定稿，设定稿大多是以平面手绘稿呈现的。为增强“视”对高职听障学生视分析器的刺激，需同时展示教师提前制作好的利用3D打印技术生成的实物模型，并以“平面设定稿+3D打印实物模型”二者结合的形式展现所需制作模型的造型。多重形式展示成品效果能使学生将平面设定稿中的前、侧、顶三视图和经3D打印的实物成品有效地进行对比，填补了平面设定稿中“看不见”部分的空缺，实际上3D打印实物模型是对平面设定稿的一种补充说明，是一种“看得见、摸得着”的参考设定。

3.2.2利用3D扫描技术分析对象结构

通常在使用Maya软件创建模型前，会对所制作的对象进行比例、结构、特点上的分析，便于创建时对其造型的把握和选取事半功倍的制作方法。基于3D打印技术逆向教学设计，《Maya模型》课程中针对对象结构特征的分析是通过3D扫描仪对物体进行高速高密度测量进行的，并通过输出三维点云这一方法进行具象分析[3]，其步骤是首先利用3D扫描仪对物体的多个面进行扫描，然后将各个部分进行拼接。扫描和拼合点云的过程可以促进学生对于对象物体的细致观察。学生选取的不同扫描方式，决定了拼合数据的难易程度，经过多次试验，学生对结构和特点就会有所了解，将扫描拼合处落在不易察觉的隐蔽位置，避免结构转折较大、起伏明显处的数据合并，注重单个扫描面的完整性。上述既是3D扫描技巧实则又是三维建模制作需注意的事项，通过实践动手的操作比纯粹的“看图分析”更直观、细致、精准。

3.2.3基于3D扫描数据再创作

相较于平面设定稿进行的模型创作，3D打印技术的介入为模型的创建提供了多重参考， 拼合后的三维点云数据在软件中形成模型，基于高职听障学生学习能力的强弱，可设计两种方式进行分层教学。模仿能力强是高职听障学生的共性，针对学习能力较弱的学生，可以在Maya软件中对照3D扫描的模型进行临摹制作，同时可以结合平面设定稿及3D打印实物模型多重参考，充分了解所需制作的对象的结构，理解其空间关系、结构转折等，这减少了以往参照平面设定稿在Maya软件中建模的难度；对于学习能力较强的学生，可在3D扫描模型的基础上对其做加法或减法形式的调整、修改，以便在原有的造型基础上进行再创作，该种创作方法是依据固有的造型结构进行优化设计，放大对象的特征，使创建的模型基于原型进行夸张，降低了创作的门槛和难度。

3.2.4使用3D打印模型检验制作成果

将学生在Maya软件中制作完成的三维模型利用3D桌面打印机进行打印，在3D打印过程中内外支架的搭建数量和密集程度可以用来检验三维虚拟模型造型的准确度和合理性，支架越多反映出打印耗材越多，说明Maya模型有待优化。通过3D打印的模型能够直观地检验Maya软件中模型创建的比例、大小、结构、对称性是否正确。对于在Maya软件模型创作过程中一些难以理解问题，通过3D打印所得的实物模型可以进行较好地解答。例如，高职听障学生在建模过程中会连续挤压面数次，造成重叠面的问题；利用3D打印模型时遇虚拟模型有重叠面，会产生同一位置数次打印耗费材料，造成打印模型的坍塌；遇到虚拟模型有严重错误时3D打印机会停止工作，以至于无法形成最终的实物模型。这种直观的检验方式能够便于学生查找模型创建过程中的问题并进行修改。

3.2.5数次比对优化制作

通过利用3D扫描得到的模型与在Maya软件中创建的模型对比，能明确二者之间的差异，相比以往教师凭借制作经验在Maya软件中指出问题并告知修改方法，这种模型之间的造型比对更为直观、具象、有效，同时高职听障学生能利用该种方法通过自查的方式发现问题。Maya模型可以经过数次3D打印进行多次对比、修改，如此循环往复的调整，学生能逐步摸索出制作的手段，累积正确的制作经验。每一次打印所得的实物模型都能成为可保留的制作过程，以便在后续开展教学时作为教学案例进行解析。在数次对比和修改后，学生能够通过模型的制作反推设定方案。根据Maya建模中存在的问题，3D打印过程中内外支架的耗材，实物模型外观的美观性、实用性等，学生可以对设计方案做出优化，明确设定稿绘制的原则，掌握设定稿绘制的优劣及其对模型创建的影响。

3.2.6成品定稿拓展应用

通过多角度、多形式对同一制作对象数次的观察、分析、制作、设计，高职听障学生已能掌握相应的知识和技能，具备了对相关知识的综合应用能力。此时可介入诸如动漫衍射产品的拓展项目，进行强化训练，形成完整的平面设定稿、3D打印模型实物、动漫衍生产品等。

4利用3D打印技术进行逆向教学设计的原则

逆向教学设计不能简单地等同于打破原有的教学常规，将各个教学环节进行打散再重组。首先，需要教师在充分熟悉教学内容和受众对象的前提下予以实施；第二，要充分利用现代教学设备，将其融入到相应的环节，使其具有实效性，而不是“花式”形式上的介入，对教学有效性没有实质推动作用的介入无需设计在内；第三，在进行3D打印技术逆向教学设计达到教学目标后，需帮助学生梳理学习的过程，让学生形成系统的架构，而不是碎片化的知识点，要能将知识点进行串联，进而具备综合应用的能力；第四，鼓励学生应用现代技术进行创新设计。

参考文献：

[1]陈焕.探访省内首家3D打印体验园[EB/OL].(2013-09-29)[2016-03-01].http://ori.hangzhou.com.cn/ornews/content/2013-09/29/content_4912396.htm.

[2]卢斌，郑玉明，牛兴侦.动漫蓝皮书·中国动漫产业发展报告(2015)[M].北京：社会科学文献出版社，2014：20.

[3]百度百科.3D扫描仪[EB/OL].(2016-01-19)[2016-03-01].http://baike.baidu.com/view/324697.htm.

[4]王永虎.3D打印技术对视觉造型设计的影响[J].重庆科技学院学报(社会科学版)，2015(2)：86-88.

[5]王娟.3D技术教育应用创新透视[J].现代远程教育研究，2015(1)：62-71.

[6]何晔.为促进理解而教:掌握逆向设计[J].高校教育管理，2007(3)：21-26.

责任编辑：李凤英

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

基金项目：2014年度浙江省教育技术研究规划课题(JB127)

作者简介：王冠(1985-)，女，浙江杭州人，讲师，硕士，主要从事特殊教育及影视动画研究。

中图分类号：G762

文献标志码：A

文章编号：1009-3907(2016)05-0120-05