雕刻贝壳实践教学的探索

吴敬权，吴香林，李德荣，安芬菊，张静，陈典龙

（1.广东海洋大学机械与动力工程学院；2.广东省海洋装备及制造工程技术研究中心，广东 湛江 524088）

1 背景

贝壳饰品有酒具、烟灰缸、纽扣、首饰（项链、胸针、耳坠等）、伞柄、灯具、座钟、挂屏、屏风等。现代人通常利用技术的个性化对贝克进行雕刻、切割、上色处理等，贝壳工艺品被大范围的推广到世界各个角落，备受人们喜爱。湛江是全国所有的地级市中海岸线最长的，海域面积广阔，拥有丰富的海洋资源。值得一提的是，湛江市是贝类养殖大市，据不完全统计，全市年产贝壳约10000t以上（不包括蚝壳）。充分利用贝壳减少污染，助力贝壳产业做细做强，把得天独厚资源优势转化为教学资源。把贝壳作为材料运用到实践教学当中。工程训练课程，是理工类学生必修的实践课程，是一门实践基础课，是机械类各专业学生学习工程材料及机械制造基础等课程必不可少的选修课，是非机类有关专业教学计划中重要的实践教学节。这对于培养我们的动手能力有很大的意义。但工业设计专业在金工实习实践过程中教学内容上没有体现出其专业的特性。应该根据其专业特点和学校所属区域特色适当增开设相关工种，以满足学生创新实践。提升学生的逆向设计能力和创新思维能力。现在的大学生对先进科技很有兴趣，对新技术的接受能力强，喜欢在实践学习的同时展现创新思维。如逆向成型技术、三维软件的使用、数控加工技术应用等，贝壳设计雕刻实习课的开设能够使学生熟悉先进的逆向设计、三维设计、数控雕刻机及整个操作工艺流程。该课有浮雕制作、雕铣。使学生熟悉快速逆向设计概念，会用三维设计软件，了解精雕软件的基础知识，熟悉应用工具的各项功能，能够激发学生创新性思维展现学生的创新型。课程的开设积极推进传统金工中心向现代化工程训练中心的快速转变,使训练中心成为技术型人才培养的基地。

2 雕刻贝壳实践课设计和教学流程

2.1 教学内容的选择

在生活当中将常看到精美的雕刻饰品，特别是贝壳雕刻出来的饰品更是光彩华丽高档。湛江市是贝类养殖大市，贝壳资源丰富。让学生在完成三维扫描仪的使用、三维软件逆向设计、雕刻机床的操作中，将理论知识和生产实际完美的结合。激发同学们的学习兴趣，促进学生的创新思维能力。根据班级人数和实习时间的安排，将学生分组。合理安排充分利用三维扫描仪和雕刻机床。保证每个学生都能积极参加实习，满足学生的贝壳创意设计、完成贝壳工艺品雕刻。为了保证金工实习雕刻工种教学项目顺利进行，将整个教学过程分为安全教育、实例示范、任务要求、任务实施、总体评价5个阶段。

2.2 实践教学设备

扫描仪器：实习使用的三维扫描仪设备型号为Prince335手持式非接触激光扫描仪；软件：使用思看三维扫描自带的的编辑软件Scanviewer--Quick editing和达索公司的CATIA三维设计软件；加工软件采用北京精雕软件。雕刻机：捷丰泰科技型号CNC6090雕刻机床；雕刻材料：马氏珠母贝贝壳。

2.3 实践教学流程

实习学生到来之前，提前做好教学准备工作，检查及设备能否正常使用；备好实践所需的贝壳材料。根据学校现有设备情况班级人数，布置具体实习任务。

（1）安全教育。实习实践教学课不同于理论课，决不允许有半点的失误，不能发生任何安全事故。如若不然，将会给学校带来负面影响，同时，自己也必将后悔一生。实习安全重于泰山。学生上课前一定要强调实习安全及雕刻机床操作注意事项。学生实习期间必须严格遵守相关制度和各工种的安全操作规程，听从现场指导教师安排。必须穿工作服，做好劳动保护工作，工作服必须紧袖，女同学必须戴安全帽，不得散发在前额或两侧，不准穿裙子、高跟鞋、凉鞋、戴围巾等。男同学不准穿背心、拖鞋上岗，经检查不合格者不能参加实习。老师的注意力始终要集中，时刻提醒学生提高安全防范意识。

（2）实例示范。可以通过使用现代化多媒体设备吸引学生注意力，加强学生对实习知识的记忆。根据实例引入激发学生兴趣，使学生能够认真对待本次实习。如贝壳雕刻饰品。在工程训练教学活动中通过一个完整实例对学生开展实践教学活动，在此过程中，要根据各专业学生的实际学习情况，选取一个合理的实训任务实例驱动实践教学。这样不仅能够在教学活动中使学生掌握激光扫描仪的使用、逆向设计、机床操作，还能够使学生了解一个产品快速成型的工作流程，提高学生逆向设计实践能力和创新能力。实例具体操作步骤如下：通过激光扫描仪扫描贝壳，并用Scanviewer--Quick editing软件进行补孔，去孤点等编辑并命名保存Stl格式文件；将保存的Stl格式文件导入CATIA三维软件进行贝壳图的摆正操作，通过曲面快速重建模块将stl片体格式转化成可编辑的三维模型并命名保存为stp格式文件如图1；将保存的Stp格式文件再导入Jdpaint加工软件编辑；数控雕刻机对刀和操作。

图1 贝壳逆向建模

（3）任务要求。指导教师引导学生通过查阅资料、小组讨论等，对贝壳进行工艺分析，然后对贝壳图案工艺设计进行合理安排，指导教师与学生的讨论中，主要是注重激发学生学习的主动性、创新性；并讲解加工难点与重点、雕刻实施节点及质量要求。

要求学生根据贝壳特点和自己所理解，根据激光扫描贝壳图，利用三维软件设计贝壳图案工艺设计，实施贝壳雕刻实际加工时，每组学生都要自行操作完成激光扫描仪、三维软件和数控雕刻机床。进行程序传输、机床开关机、原点设置、对刀等实际操作，使每个学生都能得到工程实践能力的锻炼。

实习结束后雕刻作品并评价学生雕刻作品，上交雕刻贝壳工训报告，在课堂教学过程中，对学生的课堂笔记或工程训练报告进行抽查。对于实习活动中所涉及激光扫描技术要点，设计软件指令的应用，雕刻机操作中对到操作等，教师在引导学生绘制时帮助学生捋清制作思路及时指导。纪律要求，禁止学生在课堂中使用终端电子产品，培养学生良好的课堂习惯，以便工程训练实习教学活动能够顺利开展，提高教学质量。

（4）任务实施。各组独立完成非接触激光扫描仪扫描马氏珠母贝的贝壳。运用Scanviewer--Quick editing软件进行补孔，去孤点等编辑并命名保存Stl格式文件。将保存的Stl格式文件导入CATIA三维软件进行贝壳图的摆正操作，通过曲面快速重建模块将stl片体格式转化成可编辑的三维模型命名并保存为stp格式文件。最后导入加工软件完成图案设计，保存对应格式，操作机床对刀建立相对零点。为了降低废品的产生，避免由于程序问题产生的事故。学生可以在软件上对设计生成的程序进行模拟仿真；在整个过程中，指导教师必须随时检查同学们对CAD/CAM软件掌握程度、数控机床操作熟练情况等。及时解决学生在实习过程中的各类问题，保证实习顺利安全地进行。

（5）总体评价。学生在整个实习过程中，指导教师必须随时检查各组进展及每个同学设计操作情况，给出课堂表现部分分数，占总分数的25%。由学生对贝壳雕刻原理掌握、雕刻软件操作、数控机床的操作给出操作部分分数，占比30%。作品完成后根据作品质量和设计创意等，小组之间、同学之间互评，占比45%。指导教师综合汇总给学生总体评价打分。

在贝壳作品完成制作后，总结在设计制作过程中遇到的问题、解决的方式方法，归纳总结学到的贝壳工艺雕理论知识雕刻技法及雕刻机床操作技能等。以便进一步提高自身技能。班级内部要进行经验共享，使大家共同进步，在以后的制作过程中避免其他同学出现过的问题，同时锻炼学生的语言表达能力和沟通能力。

3 结语

通过雕刻贝壳实训课课程的开设，丰富了工程训练课程内容，合理地利用了湛江地区的贝壳资源，发展教育特色。逆向设计到雕刻加工的整个实训过程，引入了激光扫描技术、三维设计软件，同学们可以实现自己的想法，展现创意。能够激发学生的兴趣，调动学生的主观能动性和动手的积极性，从而提高了实训课程的教学质量。逆向成型到雕刻出作品整个实训过程，使学生了解逆向概念、熟练操作三维软件成型和雕刻机的操作，使学生了解贝壳材料特点，能根据贝壳自身外形特点设计相应图案进行多种工艺品的设计，掌握数控雕基本工艺。激光扫描技术、CAD/CAM的结合，实现快速成型的方法，培养了学生的工程意识，符合本科高校新工科背景下工程实践教育发展要求。