共享式三维打印实践教学资源库构建的几点探索

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摘 要：近年来，虽然三维打印技术已成为国内外学术研究热点，但对于教学而言，其仍是一门新兴课程，具有多学科交叉、概念多、工程性强等特点。这些特点使得该课程在实践教学中需要使用大量三维打印软硬件设备，而这些设备很多涉及高精尖技术，价格不菲，因此有必要构成共享资源库的形式。为此，本文从实体资源、软件及虚拟现实资源共享等角度探索三维打印实践教学资源库构建的方法。
关键词：三维打印；实践教学；资源库构建
一、 引言
三维打印作为“工业4.0”及“中国制造2025”中重要组成之一，近年来经历了快速发展，当前已成为研究热门。虽然三维打印技术在科研角度有了长足的进步，但对于教学而言，三维打印仍是一门新兴课程。三维打印具有多学科交叉的显著特点，涉及机械、电气电子、计算机、材料等多个学科方向，基础概念多，教学难度大。此外，该课程的核心是设计制造，需要学生进行大量的动手实践，才能有效地掌握该课程知识，而这些实践过程需要各类相关的软件及硬件支撑，而且这些资源设备往往具有价格昂贵、体积庞大、操作要求高的特点。因此，本文将从实体资源、软件及虚拟资源等角度探索共享式三维打印实践教学资源库构建思路。
二、 实体资源
因为实体资源具有一定的物质形式，难于快速直接地传播分享，一般集中在一定区域小范围内共享。下文从文本类和设备类实体资源角度探讨三维打印课程的共享式实体资源的构建：
（一） 文本类实体资源
文本类实体资源主要包括教材、教学大纲、教案、实验指导书、试题试卷和相关文献资料等。目前，相比其他课程，三维打印相关的文本类实体资源仍较少，如教材类资源大多是一些集中于某特定技术的专著及教程或科普类教材，为此，我校相关专家编写了一套三维打印相关系列教材，涵盖材料、建模、工艺各方面，适用于本专科相关专业教学。这些文本类资源是三维打印课程系统构建的基础，需要各高校及研究机构多年积累，才能形成该课程丰富的文本类实体资源体系。对于文本类实体资源，如教材、实验指导书等，若已出版发行，则已形成了资源的共享，但其他一般不公开发行的文本类资源，如教学大纲等，则以电子版形式呈现，如以网络公开课程的形式，利用网络途径进行共享。
（二） 设备类实体资源
因为涉及不同的打印材料和工艺，三维打印设备种类繁多、功能各异。对于三维打印教学用途，设备类实体资源应集中于一些典型的、易于实施操作，或有示范意义的三维打印设备。由于熔融沉积成型（FDM）桌面型三维打印机具有价格低廉、易于维护、无危险废物产生、使用安全性较高等特点，目前已经成为构建三维打印教学实验室的主力机型。其他工业级三维打印设备，如光固化三维打印机，使用具有一定挥发性的液体材料，并需要紫外光或其他特种光源成型，具有一定危险性，同时价格昂贵，一般用于演示性教学使用，或用于研究生等高年级课程使用。因此，构建设备类共享式实体教学资源库，应从实际需求出发，一方面以桌面型三维打印相关设备为主构建可用于集体共享实践操作的教学实验室，另一方面，构建以工业级或其他不利于学生独立操作的共享式三维打印演示教学实验室，以老师演示操作、學生们观察学习为主。
三、 软件及虚拟现实资源
不同于实体类资源，软件及虚拟资源本身属性上就具备共享特性，下文从软件类和虚拟现实类资源角度探讨三维打印课程的共享式非实体资源的构建：
（一） 软件类资源
三维打印教学过程中涉及大量的软件，如各类三维扫描软件、三维建模设计软件、模型分层切片软件、执行代码生成软件等。这些软件可分为开源版和商业版两大类，在遵守开源授权协议的前提下，开源版软件免费使用，但不能用于商业用途，从这一角度，比较适合教学使用。但是开源版软件通常完成度不高，功能不太完善，对于三维打印入门教学使用会有所不利。针对这种情况，可以采取购买成熟商业版软件的方式，或在版权协议授权范围内，增加一些适于教学的新增功能至开源软件，形成教学版专用软件。当然，也可结合科研，自行开发所需的三维打印教学软件。除了应用软件，三维打印软件类资源还包括一系列三维模型，对于这类资源的共享可以用模型库方式构建，目前互联网上已有大量共享式的模型资源。此外，值得注意的是，上文所述三维打印设备中，一些具备智能化网络接口，可远程控制，即可将硬件实体资源通过软件的方式进行共享。
软件类资源构建共享资源库具有天生的优势，可通过一定载体，如文件传输协议（FTP）服务器、网盘、网站、远程客户端等形式进行共享，但是在共享的同时需要注意知识产权的保护。
（二） 虚拟现实资源
虚拟现实是近年来发展的热门方向之一，它是利用计算机仿真，实现多源信息融合、交互的三维动态视景和实体行为，该技术非常适合一些危险性较高或代价较高的教学用途，另外与当今学生习惯于从电子设备学习的特点相符。
三维打印教学过程中，经常涉及一些挥发性材料，或紫外线、高能激光的使用，具有一定危险性，或者对于一些尝试性的教学实验，需要消耗大量昂贵的三维打印专用材料。对于这些三维打印相关课程的教学，非常有必要结合虚拟现实技术。另外，虚拟现实技术本身就是一种便于共享的技术，通常可支持多用户同时在线以及远程操作。
四、 结语
三维打印是一门新兴的工科类专业课程，三维打印技术的特点决定了该课程在教学过程中的一些特殊之处。本文结合三维打印课程的特点，从实体资源、软件及虚拟现实资源等角度对共享式三维打印实践教学资源库的构建进行了思考和探索。该课程的各方面发展均处于起步状态，未来还需要从该课程的实际教学过程中积累并总结经验。
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作者简介：
邱鑫，杨建飞，江苏省南京市，南京师范大学电气与自动化工程学院。