三维动画技术在《包装结构设计》教学中的应用

2022-03-16樊敏

科教导刊·电子版 2022年5期

樊敏

（上海海洋大学食品学院上海 201306）

为了推进我国工程教育改革，进一步提高工程教育质量，2006年3月教育部启动了工程教育专业认证工作[1-3]。

工程认证要求以学生为中心，以培养目标和毕业要求为导向，最终保证学生在毕业时的能力都能达到毕业要求所规定的能力要求。包装工程是一门涵盖社会科学、自然科学和工程技术科学的综合交叉学科，每年为社会培养4000多名包装专业人才，《包装结构设计》课程作为包装工程专业的主干课程，一直在包装工程专业的课程体系中占有重要的地位。

1 《包装结构设计》课程特点

（1）内容多，涉及面广。其中既有计算要求，又有构造要求，还有加工成型要求；既有理论推导，又有试验数据，既有设计原理的通用性，又有各容器类别的规范要求。因此，在课程中应该合理安排教学学时，有针对的解决重点难点问题。

（2）难度较大，经验性强。课程中涉及许多成型结构，尤其是纸包装容器结构的变化非常多，每年都有很多不同的结构出现。受条件限制，在课堂上只能展示部分经典纸盒结构的成型过程，大多数结构需要通过空间想象来完成，学习起来抽象难懂、枯燥乏味。

（3）课程重点内容的学习使学生不仅掌握理论知识，还要能够运用所学理论知识，根据实际设计条件，完成包装容器从选材、到结构、到成型工艺的设计工作。

传统的教学是按照教材的章节顺序由主讲教师讲述包装容器结构特点、材料、设计制图以及成型工艺等，并列举典型作品进行说明。由于课程的内容庞杂，而且由于教学计划安排的学时数一般不多(上海海洋大学为32学时)，在教学过程中往往顾此失彼，容易陷入教学效果不佳的境地。

运用三维动画可以突破时间、空间等限制，将原本复杂、抽象、需要很强空间想象力的纸盒成型过程以生动、形象的动态影像呈现，从学生的角度出发，这种技术的应用可以帮助学生更好地理解知识点，将复杂的平面纸盒展开图与立体盒型有效链接。从教师的角度出发，运用三维动画技术，教师无须再准备大量的纸盒模型、演示的范围也不再只局限于部分同学可见，减轻了教师的教学负担，同时可以在有限的课堂时间内完成更多内容的讲解，帮助教师提升了课堂效率。

2 三维动画技术对包装结构设计课堂教学的帮助

2.1 提升学生课堂注意力和学习兴趣

三维动画技术通过动画影片的形式对折叠纸盒折叠过程进行细致呈现，或是将折叠步骤分解开来，从多角度入手对纸盒成型方式展开分析，为教师的讲解提供辅助。这种新奇且参与感较强的教学模式，使学生能够将注意力集中起来，并获得良好学习体验，长此以往，对于包装结构设计的学习兴趣自然也会增长，学生愿意参与课堂，愿意动手设计，在设计活动中纠差改错，扬长避短，加深对理论知识的理解，不断提升设计能力，为后期的自主设计工作打下良好基础。

2.2 加深学生对纸盒成型过程的理解

折叠纸盒的成型过程复杂程度差异性较大，对于简单盒型，学生通过联想就能理解这类纸盒的成型过程，但是有些盒型就比较复杂，需要若干不同的折叠方式和步骤才能完成，学生很难通过联想理解这类盒型的成型过程，如果依靠教师在课堂上用纸盒模型示范来展开教学，受观察视角、观察时间等因素的限制，学生往往只能对教师的动作进行单纯模仿，学习过程中很容易出现理解不够深入、边学边忘等一系列问题。

利用三维动画技术，教师通过虚拟的纸盒成型三维动画来向学生展示成型过程中的各个折叠步骤和折叠方式，并将整个型流程动态化呈现。这样的教学手段，可以帮助学生轻松理解复杂纸盒的成型过程，理解纸盒各个结构之间的关联，同时，学生可以明确地将折叠纸盒的平面展开图结构和立体结构联系起来，清楚掌握什么样的平面展开结构对应什么样的立体结构，对学生后期自己完成折叠纸盒的设计工作起到有效的引导作用，并且对于培养学生的纸盒结构设计能力具有明显的补益效果。在复杂的或关键的折叠步骤，还能够通过停止、放大、慢放、重复观看等操作来加深理解和记忆。此外，因为教师不用再使用纸盒模型进行折叠示范，在课堂上教师可以将更多的精力用于进行折叠步骤讲解，并且能将更多的精力用于观察学生的学习情况，这对于教学效率和教学质量的提升同样具有补益作用。

2.3 减轻教师教学负担

折叠纸盒形态千变万化，每一种盒型对应的都是不同的平面展开结构，虽然有些盒型比较相似，学生们可以根据某一款盒型举一反三进行学习，但是还有很多结构差异很大的折叠纸盒，只能单独进行学习。针对这种情况，传统的教学方式是教师挑选一些纸盒模型，在课堂上对应着相应的平面展开结构进行演示教学，这种演示行为的效果有限，受众往往只有教师面前的一小部分学生，为了力求大多数学生能够掌握相应的知识点，教师可能要重复多次演示，重复的演示会让学生失去课堂注意力，既费时又费力，课堂效果不佳。而且，大量的纸盒模型的准备和携带也给教师带来了巨大的教学负担和压力，课堂上无法顾及的内容只能留给学生课下自学。而利用三维动画技术，可以根据教学需求来制作相应的纸盒成型三维动画，课堂上从平面展开结构图逐步折叠成为最后的立体盒型，教师不用再演示，放映的动画所有人可以同时看到，讲解起来也比较轻松，可以大大减轻教师教学负担。

3 三维动画技术在包装结构设计教学中的应用

3.1 重视情景模拟教学

三维动画技术加持的课堂教学虽然比较新颖有趣，能够在一定程度上激发学生学习兴趣，然而当新鲜感消失后，学生的学习兴趣很难保持下去。因此，在课堂上运用三维动画技术要结合情景教学，将学生引入课程内容相关的虚拟场景之中，以培养学生的长期学习兴趣。例如，在折叠纸盒尺寸设计的教学中，学生需要将被包装物、折叠纸盒结构、内部配件等诸多元素进行综合考量，才能完成折叠纸盒的尺寸设计，由于涉及到的影响因素太多，学生往往顾此失彼，会出现诸多问题。针对这一情况，教师就可以在制作本章教学内容时，可以根据设计要素分步骤进行教学设计，同时还可以用学生常见的错误来制作几组比较具有代表性的错误案例，并模拟出被包装物从一级包装到二级包装、再到运输包装以及消费者手中的应用场景。课堂教学中教师需要先围绕设计要素分步骤进行基础讲解，在学生学习各个设计要领并进行过初步尺寸设计实践后，再引导学生进入到模拟的实际应用场景之中，进行综合设计。通过情景模拟教学，学生不仅能够明确折叠纸盒尺寸设计中的常见错误，并且会在设计实践中自觉加以规避，同时在扮演“消费者”的趣味情景中，也可以充分感受到设计的乐趣，实现身心的愉悦，长期下来，学生对于《包装结构设计》的学习兴趣自然就会得到提升。

3.2 帮助理解课程难点

《包装结构设计》有一些难点内容很难通过讲解和展示达到良好的教学效果。例如，管式折叠纸盒的作业线在管式折叠纸盒的盒体设计中非常重要。作业线的设计，要求采用最少折叠次数把管式纸盒压成平板状。如果是简单的纸盒结构，学生可以比较轻松地理解作业线的选择，一旦盒型比较复杂，比如说内分隔的双层盒或者异形盒，学生就很难理解作业线怎么设计选择。借助三维动画技术，教师可以将这些复杂盒型的展开图先进行展示，然后分步骤、按照不同折叠方式沿着不同的折叠线进行折叠展示，让学生更直观地理解压成平板状和最少折叠次数的含义，学生可以自行对比沿着哪些线可以把纸盒折叠成平板，沿着哪些线可以实现最少折叠次数，以及异形盒要怎么进行设计。将抽象的内容转变为亲自参与的体验，加强对知识点的理解与掌握。