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3D打印技能在虚拟现实教学中的应用

发布时间:2018-11-29 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    3D打印技能在虚拟现实教学中的应用作者: 邓富强 马选民   【摘要】3D打印技能是一种快速成形的新技能,已经在许多领域得到了广泛的应用,介绍了3D打印的事务原理,探讨了将3D打印技能引入到虚拟现实教学中,提高学生的学习兴趣和动手能力,进一步激发学生的创新思想,对教师的教学和学生的学习都有明显的效果。
  【关键词】3D打印;虚拟现实;教育创新
  1.引言
  3D打印技能的思维起源于19世纪末的美国,并在20世纪80年代得到发展和推广,现在已经是日益发展成熟,成为当前最热门的新兴技能之一。2013年5月30日在北京召开的首届世界3D打印技能家当大会成立了世界3D打印技能家当联盟,标志着3D打印技能真正进入了大规模应用和研讨的阶段。
  对3D打印技能的大规模研讨引起了教育事务者的关注。《地平线汇报》是美国新媒体联盟与美国学校网络结合会合作发布的教育领域最引人关注的新技能汇报。2013年版的《地平线汇报》首次将3D打印的教育应用列入了“待普及”的新技能清单,并对3D打印作了对照详细的介绍,汇报认为,该技能将会在4到5年之内普及[1]。目前,在教育领域,3D打印技能的应用才刚刚起步,目前还有一定的局限性,有许多问题值得研讨。该项技能在教育方面极具创新潜力和广泛应用的前景,本文先介绍3D打印的原理,然后对3D打印在虚拟现实课程教学中的应用进行探讨。
  2.3D打印技能的原理
  3D打印技能是添加制造技能的一种形式,作为新兴的技能,3D打印的事务原理和传统的打印相类似,只只是打印所用的原材料由油墨换成了尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶等多种原材料。虽然不同3D打印机的材质及构造不相同,但其事务原理都是选取逐层打印,叠加成型的模式。最初得通过计算机辅助设计或计算机动画建模软件建模,再将建成的三维模型“切片”成逐层的截面数据,然后通过计算机把这些信息传输给3D打印机,3D打印机从底部起初打印,每一层的打印分为两步,最初在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水,然后在胶水上喷洒一层均匀的粉末,粉末遇到胶水会迅速固化粘结。这样在一层胶水一层粉末的交替下,实体模型将会被粘结起来,“打印”完成后,需要对打印的模型进行后期处理,例如固化、剥离、模型的修整等,最后将立体的物体呈现到人们面前。与传统模型制作相比,3D打印具有制作精度高和制作周期短等显著优势。这种方式既不会产生废料,而且还能生产出各种造型复杂的产品。并且省去了传统模型制作中向传统供应商提交数据、产生订单、等待发货以及收货等种种繁琐的程序。
  3.3D打印技能在教学中的应用
  虚拟现实教学的实践性很强,教学过程实际上便是一个不时实践的过程。学生在教师教导下独立自主地学习,通过亲身的实践活动,不时地从感性实践上升到理性认识,再反过来教导感性实践。通过这种学习,学生的观察能力、独立思索能力、动手能力得到了很好的锻炼;求实的科学立场、探究的科学精神、热爱科学的情感也得到了培养[2]。
  3.1 3D打印技能有助于激发学生的创新思想
  3D打印技能作为一种连接虚拟现实中三维设计与真实世界模型的技能,不但丰富了学生的学习环境,而且激发了学生的创新思想。3D打印机可以实现将学生的三维设计想法快速地进地生成原型,而不用花很多时间手工制作,通过快速生成的原型,在设计初期就能够更快、更平安地发现问题和不足,并且修正设计中的缺陷,教师也能准时给予教导和帮助。在这一过程中可以指引学生进行一个不时创新的设计过程,促进学生创造力的培养。利用3D打印还有助于营造一种优质的创作环境,不时强化学生的设计能力、批判性思想和问题解决能力,这些也是知识经济时代的人才培养指标之一。对于一个复杂的大型模型,还能够对学生进行分组,每组设计一局部模型,然后彼此进行交流,这种交互活动不但可以培养学生的合作精神和协作能力,而且可以充分激发学生的创造性。
  3.2 3D打印技能有助于改善教学效果
  3D打印技能的最大优势在于能拓展人们想象的空间。不论是教师还是学生一旦他们有新的想法时,都能够通过3D打印技能来实现。这就使得以后的教育将变得更灵活,使得学生以后不但仅是被动的单纯接受知识,还能够对知识进行主动的探索。在虚拟现实教学中,很多教师都希望都将电脑中三维虚拟的模型转化为可观察、可触摸的实体模型,以便学生能够更形象更直观地去理解所学的知识和技术,让学生获得切身的体验。3D打印正好解决了这个问题,并且它能够帮老师更好的传递他们的教学思维。通过3D打印,既可以帮助学生更好地掌握抽象三维虚拟模型,也为教师讲解该教学内容提供了一种更直观的方法。一个具体的实物胜过成百上千句话语的表述。因此,在虚拟现实教学中运用3D打印能够深化学生对抽象知识的领悟,提高学生的学习效率,将复杂的知识变得更容易理解。使教学活动更高效。3D打印技能能够大大激发学生在学习中的能动性和创造性,从而也更好地提高了教师的教学效果。
  3.3 3D技能打印有助于营造更愉快的学习体验
  由于成本和技能问题,传统虚拟现实教学中学生仅在电脑上完成三维设计方案,不可以制作模型。配备3D打印机以后,通过3D打印即可准时看到自己设计出的产品,学生的设计得到了快速的实现。3D打印的核心应用就在于它可以帮助学生将数字化的三维设计快速形成可触摸的实体模型。独特的实物模型能使学生获得切身的感受,并且学生还能够跟模型进行互动,从另一个角度增加对模型的明白,在这个过程中,可以帮助学生获得愉快地学习体验,增强他们记忆,避免遗忘。这将更好地激发学生的灵感,给予他们更多的想象空间,使他们更愿意去投入到自己设计自己生产作品的过程中。在虚拟现实教学中,3D打印加速了学生三维设计的过程,帮助他们避免了把时间浪费在无用事务上,也避免了最后三维设计不合理所带来的挫败感,使学生的学习体验更为愉快。
  4.结束语
  3D打印丰富了学生的学习体验。3D打印技能在性子上是多媒体技能的延伸,它拓展了人的感觉和知觉,促进了人的思想能力的进一步发展,它与教学的融合势在必行。各院校应将3D打印引入到虚拟现实教学中,促进学生综合能力的培养,拓展学生的想象空间,开发学生的发散思想,提升学生的设计能力,增强学生设计的严谨性,提高学生的动手能力。3D打印机在教学中的使用,必将会推动教学方式的变革,对传统的教学模式进行改革,未几的将来,3D打印也会像电脑和互联网一样在学校和家庭中普及。作为教育事务者绝对不应该错过使用这项新技能的大好时机。虽然目前3D打印的普及还面临着很多现实困难,但随着技能的不时进步和飞速发展,很多我们如今面临的难题都会迎刃而解。让我们在实践中继续探索3D打印技能在教学中的应用,借此推动教学活动的创新。
  参考文献
  [1]NMC.NMCHorizonReport:2013HigherEducation Edition[EB/OL].[2013-05-22].http://www.nmc.org/pdf/2013-horizon-report-HE.pdf.
  [2]劳凯声.教育学[M].天津:南开大学出版社,2001.
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