王孪琤+袁莎莎

摘 要：3D打印技术是现在的一个流行用语，它出现在人们生活的各个方面，影响着人们观察世界、认知世界的种种想法和行为，并且它对大学教学也产生了一定的影响。在课改的过程中，将3D打印技术运用到人机工学的学习中，有利于扩充和丰富课程的内容、对未来设计的各方面产生影响，让学生拥有更清晰、更真切的认知和体验。此外，由于3D打印技术本身就是一项重大的设计改革，作为未来要成为设计师的各位同学，更早地接触这种技术并运用于设计中是非常有必要的。

关键词：3D打印技术；人机工程；设计创新；教学改革

在教育部颁发的《全国普通高等学校公共艺术课程指导方案》中，提到了“了解、吸纳中外优秀的艺术成果，理解并尊重多元文化，发展形象思维，培养创新精神和实践能力”等的要求。并且，人机工程学作为一切公共艺术课程的基础学科，是与人相关的科学信息在对对象、体系和环境进行设计中的应用，它涉及人类生活的方方面面，理想的设计应当在工作体系、运动、休闲、健康和安全等诸多方面充分体现人机工程学的原理。随着全球一体化的发展，民俗、文化、科技、经济等方面越来越多地进行了撞击和融合，由此也带来了更多新的技术与观念。3D打印技术是创新技术的产物，它作为对未来生活具有颠覆性作用的科技创新产品，同样在人机工程学中起到了非常重要的作用。

3D打印（学名“增材制造”），就是从毫米级的微细粉末开始，通过逐层累积的方式制造出立体的物体。它的研发大大缩短了产品的研制周期，节约了成本，提高了生产率，被多领域、行业引入并运用，如医疗、建筑、交通、工业产品、消费品、航天航空、文化创意、文物保护等。这为全球科技的进步发展作出了极大的贡献，相信在不久的将来，3D技术会逐步普及、进入家庭，为人类的生活带来更多惊喜。

3D打印技术作为当今社会的尖端科技还有一个很大的潜力，即教育，而中国传统文化对教育是非常重视的。作为高校教师，有义务和责任不再只限于理论讲解，而是要大量地运用理论联系实际，只有这样才能更好地培养出应用型人才。提到“实践教学”，其实际上只是提高应用型教学质量的辅助手段，要想真正提高应用型教学的质量，关键还是要提高课堂教学应用的品质。比如，本科生是最富有创新创业能力与活力的社会群体，我们应该提高大学生的专业创新能力，逐步实现大学生专业学习从以教师“灌输、传授”为主向以学生“内化、运用”为主的转型，而3D打印技术为我们提供了这个绝佳条件。一是作为提高教学成果的载体，3D技术可以让学生绘制的草图在直观的视觉、知觉上的效果得以增强，提高作品的合理性与美观性，使其可以在常规图纸上（如形体的结构比例）、细节微部适宜度的把握上有更好的空间掌控能力；把繁琐的图纸线条转化为简单的视觉成品，提高学生把握空间逻辑性的能力，使学生对作品形成直观的观察和认识，从而便于深入修改等。二是增强学生学习的自信心，激发创造力。3D打印可以快速展现创意方案，人机工程学课程本身就是一个边缘学科，所谓边缘学科不是说它冷门，恰恰相反，边缘学科与两种或两种以上不同领域的知识体系有着密切的联系，并借助它们的成果而发展起来的综合性科学门类。对于环境艺术设计专业来说，人机工学课程是一个基本学科，加之要想快速地印证方案的合理性等其他问题，除了使用平面推敲的手法外，使用更直观、更快捷的三维图像并加以研究，会带来更好的效果。3D打印技术与传统的造型手法完全不同，是一种“失控”的设计状态，不仅可以实现完全自由的设计，还可以制造出以往连电脑建模都难以实现的设计方案，充满未知的惊喜感，并且还可以让我们真实地触摸到和感受到。在这个过程中，我们与方案之间的相互作用会更加明显，这是一种全新的学习体验，能够将构思变为现实，学生也可近距离地触摸自己的方案成品，从而激发其对于作品的完美追求，愿意花更多的时间去学习、探索，在潜移默化中成为学习的主动方，在提高学习兴趣的同时增强了创作的热情。三是3D打印技术可以使用不同材料进行打印，如PLA、树脂、金属粉末、Poly Wood等，这为学生的研究设计方案提供了更多的可能性。学生可以在不同材料的选择和比较中设计出更合心意的方案，从而提高课程专业整体水平。四是3D打印技术有助于制作教学辅助模型，特别是在人机工程学的教学过程中，教师多采用幻灯片讲解法，学生只能从图片和文字中去了解知识，并不能亲身感受，并且学习资料是枯燥的、抽象的，不利于学生进行认知，同时也不利于培养学生的批判性思维。对此，就需要将其转化成具体的、形象的。众所周知，知识是在实践中不断地进行否定与肯定而发展的，这就需要我们具有开拓精神。3D打印技术可以把课堂上单一的画面转化为生动的场景或实在的产品，不仅能够加深学生对理论知识要点的理解，提高学生的学习效率，还能丰富教师的教学手段。因此，将3D打印技术作为人机工程学的教学资源显得尤为重要。

在人機课堂的教学中，本文将重点放在了对残疾人使用的卫生间洁具的研究上。其之所以成为此次课改的重点研究的对象，是它针对的人群比较特殊。这样涉及的人机问题就会要求学生更多地考虑：首先是创意的畅想。一是心中有把尺。对于尺寸的敏感度，是作为环境艺术设计专业学生的看家本领，尤其是要熟记各类家具的尺寸数值。在做到心中有尺的同时就要考虑如何运用好这把尺，充分结合课题的特殊性，即卫生间洁具的尺寸如何适用上肢残障或者下肢残障的人群。对于环境艺术设计师来说，熟记各类尺寸是基本能力，一个卫生间的长、宽、高是多少，以及一个使用轮椅或拄拐的人士要用多少空间，包括其使用、转身的空间等都需要进行精确的尺寸核算。采用3D技术打印出来的模型正是这种二维图纸的体现，其在比例上的直观表达可以让同学们对于尺寸问题牢记在心。二是造型设计的实用性与美观性。在满足基本功能尺度的基础上进行造型设计，学生在调研测量和资料收集的基础之上提出各自的想法，画出草图并进行讨论。比如，残疾人使用的呼叫器的高度是250mm高好，还是400mm高好；面盆的盆檐弧形造型是否既美观又符合人体使用的要求等。类似这样的讨论有利于激发学生的学习热情，拓宽其思路，从而发掘更多的设计灵感，使其真正体会到设计的本源。此外，3D打印的首要功效就是让学生更真实地体会到自己所做的设计是什么样的，因为图纸是二维的表达，只有长与宽。要求学生在自己绘制的CAD基础上利用3D Max、Maya、犀牛（Rhino）、Blender，还有简单一些的Z Brush等三维建模软件构建三维模型，切实将平面图转化为3D效果图，再根据3D立体图进行局部效果的修改，最终达到自己满意的效果；再通过STL文件格式的数据文件支持，输入模型数值，选择匹配的打印介质和打印机参数后快速地呈现三维实体。随后，还需要对其进行后期处理，如去支撑，很多模型会有支撑；将模型打磨抛光等。这样，一件3D打印作品才完成了，其不仅能很好地表达设计者的意图，促使设计者更好地体会自己的设计、真切地研究设计的优点与不足。整个过程都需要学生的全程参与和实践，让学生在“学中做，做中学”，体会学习的乐趣。再者，快速打印的3D效果可以及时给出课程反馈，让学生在与教师的交流中更好地表达自己的主要意图（图1、图2、图3均为学生的课堂作业）。

在人机工程学课程中引入3D打印技术是非常有必要的，其有利于学生接触新事物，不断地拓宽眼界，培养创新思维与提高自身的专业能力。对于教师而言，其更要与时俱进，时刻关注新思维、新技术。3D打印技术在教学上的前驱性作用是有目共睹的，但在教学实施的过程中也会遇到诸多困难，如打印的材料的价格比较昂贵，若每门专业课作品都采用3D打印技术，以学生正常的经济能力来说是很难支付得起的。并且，一般的打印机精度不高，学生在后期还需要花一定的时间进行工艺处理。因此，随着3D打印技术的普及，笔者希望可以更多地降低材料的成本，增加材料的类型，提高3D打印的精确度与速度，增设更多3D打印的功能部件。只有这样，其才能更好地为教学服务，真正成为环境艺术设计专业必备的专业手段之一。

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