藝術(shù)類高校數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的研究

沈建+胡惠君+吳屹+何亞平

摘 要：隨著藝術(shù)教育的不斷深入，高校將藝術(shù)與科技的結(jié)合越來(lái)越緊密，大量課程對(duì)實(shí)體模型制作的要求也相應(yīng)提高，如何利用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備儀器對(duì)學(xué)生的創(chuàng)意進(jìn)行實(shí)物落地，是數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的初衷。本文以中國(guó)美術(shù)學(xué)院為例，結(jié)合作者多年實(shí)驗(yàn)室一線教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)數(shù)字化輸出實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)進(jìn)行分析研究，具體從硬件和軟件兩方面進(jìn)行剖析，旨在為其他高校提供切實(shí)可行的范本，希望起到拋磚引玉的效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；模型輸出；實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

1 數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的現(xiàn)實(shí)意義

現(xiàn)今，大力發(fā)展文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為社會(huì)各界的共識(shí)。浙江省文化產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃指出：把發(fā)展文化創(chuàng)意和設(shè)計(jì)服務(wù)作為助推高端制造業(yè)發(fā)展的重要突破口，增強(qiáng)文化創(chuàng)意與設(shè)計(jì)服務(wù)對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的滲透提升和帶動(dòng)能力，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)從“浙江制造”向“浙江創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變。藝術(shù)類高校作為復(fù)合型、創(chuàng)意型人才輸出的重要基地，改進(jìn)教學(xué)培養(yǎng)模式，進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合素質(zhì)勢(shì)在必行。實(shí)驗(yàn)室作為學(xué)生的第二課堂，在融合理論與實(shí)踐方面有著不可取代的重要作用。如何建設(shè)真正滿足學(xué)生需求、解決理論教學(xué)痛點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)室是迫在眉睫的議題，本文以中國(guó)美術(shù)學(xué)院這些年對(duì)數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)實(shí)踐為基礎(chǔ)，結(jié)合作者多年實(shí)驗(yàn)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，從多個(gè)方面對(duì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)進(jìn)行研究分析。

2 數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室的硬件建設(shè)

由于藝術(shù)類高校學(xué)生創(chuàng)作實(shí)現(xiàn)材料的多樣性，決定了數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過(guò)程中設(shè)備選型的豐富性，不能以一種加工工藝或者一類加工設(shè)備來(lái)建立實(shí)驗(yàn)室。結(jié)合多年的實(shí)驗(yàn)室一線教學(xué)的具體實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我們認(rèn)為建立實(shí)驗(yàn)室群更能適合學(xué)生的實(shí)驗(yàn)需求和創(chuàng)作落地。根據(jù)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的要求，我們持續(xù)構(gòu)建了工作站實(shí)驗(yàn)室、精雕實(shí)驗(yàn)室、激光實(shí)驗(yàn)室、三維打印實(shí)驗(yàn)室、三維掃描實(shí)驗(yàn)室、綜合實(shí)驗(yàn)室等六大實(shí)驗(yàn)室有機(jī)組合的數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室群，以群的形式破解藝術(shù)類高校師生的海量創(chuàng)意落地難的痛點(diǎn)、以群的強(qiáng)大現(xiàn)代科技支撐服務(wù)好藝術(shù)類學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

各個(gè)實(shí)驗(yàn)室單獨(dú)來(lái)看，設(shè)備型號(hào)有所區(qū)別，加工能力各有側(cè)重。但是在整體上是有機(jī)結(jié)合、相互補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)室群，這個(gè)群應(yīng)該有這樣的共性：采用矢量化的建模軟件進(jìn)行數(shù)字化建模，然后對(duì)模型進(jìn)行分析解構(gòu)，對(duì)應(yīng)不同材料、不同的結(jié)合方式采用不同的數(shù)字化加工手段進(jìn)行加工制作，根據(jù)加工過(guò)程中出現(xiàn)的不同狀況，在專業(yè)實(shí)驗(yàn)老師的指導(dǎo)下，及時(shí)調(diào)整制作材料和工藝，最后達(dá)到創(chuàng)意變成實(shí)物的過(guò)程。

硬件建設(shè)分為兩部分：場(chǎng)地的選擇及規(guī)劃、設(shè)備的選型及搭配。

2.1 場(chǎng)地的規(guī)劃和選擇

場(chǎng)地的規(guī)劃要考慮加工材料的類別特性及水、電、氣的配套和分布，特別需要注意的是供電要考慮負(fù)荷，要請(qǐng)專業(yè)的電氣工程師結(jié)合使用的設(shè)備型號(hào)幫助計(jì)算負(fù)荷，如不滿足，要及時(shí)改造供電線路，不能等設(shè)備入場(chǎng)后才開(kāi)始動(dòng)工[1]。整體的規(guī)劃要有前瞻性，兼顧考慮設(shè)備的增減及更新?lián)Q代。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室在空間整體上規(guī)劃出設(shè)備置放區(qū)、設(shè)備操作區(qū)、公共通道區(qū)、獨(dú)立工作區(qū)等幾部分來(lái)規(guī)范學(xué)生的使用。不同加工設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室還要有所側(cè)重：如激光切割實(shí)驗(yàn)室要注意廢氣的無(wú)毒害處理及排放、精雕實(shí)驗(yàn)室要注意各種材料粉塵的收集及處理、三維打印實(shí)驗(yàn)室要特別注意保持空間溫度和濕度的恒定。

2.2 設(shè)備的選型及搭配

設(shè)備的選型要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際需求，要充分考慮加工材料多樣性，材料可總體歸類為這五大類：木質(zhì)材料、塑料材料、金屬材料、有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料。木質(zhì)材料包括：實(shí)木板材、人造板等；塑料材料包括：PVC、有機(jī)玻璃、ABS等；金屬材料包括：銅、鋁、不銹鋼等；有機(jī)材料包括：紙、布、皮、革等；無(wú)機(jī)材料包括：石膏、玻璃等。如何對(duì)這五大類材料進(jìn)行數(shù)字化加工，顯然不是一類設(shè)備所能夠勝任的，經(jīng)過(guò)廣泛的市場(chǎng)調(diào)研和考察，我們選擇了以下設(shè)備：精雕機(jī)（數(shù)控機(jī)床）、激光切割機(jī)、等離子切割機(jī)、三維掃描儀、三維打印機(jī)、uv打印機(jī)等數(shù)字化的現(xiàn)代加工設(shè)備。不同設(shè)備的加工能力有所側(cè)重，精雕機(jī)（數(shù)控機(jī)床）通過(guò)小刀具高度旋切和精密進(jìn)給，可以對(duì)木質(zhì)材料、塑料材料、金屬材料以及石膏等無(wú)機(jī)材料實(shí)現(xiàn)雕刻和銑削的高精度加工；激光切割機(jī)利用高功率密度的激光束，作用于材料表面，使其吸收激光能量而發(fā)生熔化、氣化，達(dá)到切斷材料的目的，根據(jù)激光管的類型和功率大小，可以切割紙、布、皮、革、有機(jī)玻璃、不銹鋼板材等材料；等離子切割是利用高溫等離子電弧產(chǎn)生的熱量使工件切口處局部瞬間熔化或蒸發(fā)，并借助高速等離子的動(dòng)量排除熔融金屬以形成切口的一種加工方法，可以加工銅板、鋁板和不銹鋼板。三維打印是一種增材制造技術(shù)，對(duì)數(shù)字模型進(jìn)行空間分層，最后以不同的平面加工技術(shù)，對(duì)所有數(shù)據(jù)切片逐層“打印”繼而壘積實(shí)現(xiàn)整體造型，[2]所用材料必須與設(shè)備相匹配，有ABS、PLA、光敏樹(shù)脂和粉末等。UV打印利用免制版全彩色數(shù)碼印刷技術(shù)，可以在木質(zhì)材料、塑料材料、金屬材料等表面進(jìn)行彩色照片級(jí)印刷。以上這些現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)備有機(jī)組合、相互補(bǔ)位、取長(zhǎng)補(bǔ)短，形成具有強(qiáng)大加工能力的數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室，滿足大部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)需求。

在數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室群塊中，各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備配備如下，工作站實(shí)驗(yàn)室：配備高性能的電腦、投影設(shè)備；精雕實(shí)驗(yàn)室：配備三軸為主，五軸為輔的精雕設(shè)備，在設(shè)備加工尺寸上，大中小的型號(hào)配備比例為1∶2∶4；激光實(shí)驗(yàn)室：配備金屬激光切割機(jī)、非金屬激光切割機(jī)和激光打標(biāo)機(jī)；三維打印實(shí)驗(yàn)室：配備全彩粉末三維打印機(jī)、光敏樹(shù)脂三維打印機(jī)、PLA及ABS桌面機(jī)；三維掃描實(shí)驗(yàn)室：配備固定式三維掃描儀和手持式三維掃描儀。綜合實(shí)驗(yàn)室：除了配備以上實(shí)驗(yàn)室的單件設(shè)備外，加上等離子切割機(jī)和uv打印機(jī)。

實(shí)踐證明，這樣的實(shí)驗(yàn)室布局及設(shè)備配備，有利于學(xué)生根據(jù)加工材料的特性迅速找到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行創(chuàng)作。

3 數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室的軟件建設(shè)

實(shí)驗(yàn)室的硬件建設(shè)完成后，軟件建設(shè)就尤為重要。實(shí)驗(yàn)室軟件建設(shè)分為：規(guī)章制度的確立、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師隊(duì)伍的建設(shè)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程建設(shè)、構(gòu)建學(xué)研產(chǎn)一體的開(kāi)放式教學(xué)平臺(tái)。

3.1 規(guī)章制度的確立

實(shí)驗(yàn)室軟件建設(shè)的第一要?jiǎng)?wù)就是規(guī)章制度的制定并執(zhí)行。古人云：沒(méi)有規(guī)矩，不成方圓。結(jié)合數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況，制定相匹配的規(guī)章制度。具體來(lái)說(shuō)，首先是安全制度，保障師生的安全是最重要的，學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前，必須進(jìn)行安全制度的培訓(xùn)，培訓(xùn)完成后，進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試，測(cè)試合格后，才有資格進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，有專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室老師對(duì)學(xué)生進(jìn)行每一種設(shè)備的安全培訓(xùn)，讓學(xué)生了解每種設(shè)備的危險(xiǎn)點(diǎn)：比如精雕機(jī)工作狀態(tài)時(shí)，刀具每秒15000轉(zhuǎn)的速度，具有強(qiáng)大的切削能力，禁止觸碰；激光切割機(jī)、等離子切割機(jī)在切割材料時(shí)產(chǎn)生極高亮度的光束，禁止直視。其次是實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用制度：所有設(shè)備使用前，一定要進(jìn)行使用培訓(xùn)，并不是所有設(shè)備都能讓學(xué)生操作，一些設(shè)備規(guī)定只有實(shí)驗(yàn)室老師才能操作使用。其他如實(shí)驗(yàn)室使用預(yù)約制度、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)制度等要相應(yīng)配套。一系列制度的確立并嚴(yán)格執(zhí)行，是為了保障學(xué)生的安全，為實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行保駕護(hù)航。

3.2 實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)老師隊(duì)伍的建設(shè)

設(shè)備是基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)室老師是關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)老師的水平直接影響設(shè)備的使用效率和最終成品的效果，結(jié)合學(xué)校招聘規(guī)則，構(gòu)建以老帶新，以新為中堅(jiān)力量的實(shí)驗(yàn)室?guī)熧Y隊(duì)伍模式。在我們實(shí)驗(yàn)室既有碩士文憑的實(shí)驗(yàn)師，也有社會(huì)上招聘的具有多年設(shè)備實(shí)操經(jīng)驗(yàn)的技工，還有專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室管理人員。實(shí)驗(yàn)師學(xué)歷高，課本理論知識(shí)扎實(shí)，實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)較少。技工普遍學(xué)歷不高，但是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富，操作能力強(qiáng)。在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，以老帶新，技工向年輕老師傳授實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，年輕老師將經(jīng)驗(yàn)歸納總結(jié)，形成系統(tǒng)知識(shí)，方便傳授學(xué)生。

在崗位晉升發(fā)展方面，完善實(shí)驗(yàn)室一線教師的評(píng)聘體系，打開(kāi)上升通道，鼓勵(lì)其不斷發(fā)展，確保實(shí)驗(yàn)室?guī)熧Y隊(duì)伍的良性發(fā)展和穩(wěn)定性。

3.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程建設(shè)

為了讓學(xué)生盡快掌握數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室的使用方法，我們編寫(xiě)了相應(yīng)的課程，課程名稱為《材料特性和數(shù)字化加工工藝》，通過(guò)理論學(xué)習(xí)、軟件學(xué)習(xí)、實(shí)際操作練習(xí)這三部分的訓(xùn)練來(lái)完成這個(gè)課程的學(xué)習(xí)。理論學(xué)習(xí)內(nèi)容方面：了解不同材料的裝飾特性和加工特性；軟件學(xué)習(xí)內(nèi)容方面：平面軟件如ai、cad、CorelDRAW，三維軟件如3dmax、犀牛、Pro/Engineer等，熟練掌握一到兩款軟件；實(shí)際操作內(nèi)容包括：各種設(shè)備的啟動(dòng)，控制及加工的性能。

在理論學(xué)習(xí)教學(xué)方法上：開(kāi)設(shè)全校范圍的專業(yè)選修課和專業(yè)必修課，采用大課堂ppt演示教學(xué)；對(duì)于軟件的教學(xué)：由于按照各個(gè)軟件操作順序和合理使用對(duì)應(yīng)命令是學(xué)習(xí)的關(guān)鍵點(diǎn)，因此我們采用課堂實(shí)例講解加屏幕視頻錄制方法進(jìn)行授課，課堂上保證學(xué)生的聽(tīng)課效率，隨堂練習(xí)并解答，課后學(xué)生可隨時(shí)上網(wǎng)瀏覽課堂講解內(nèi)容，定點(diǎn)復(fù)習(xí)及時(shí)消除知識(shí)盲點(diǎn)；在實(shí)際操作教學(xué)方面：采用現(xiàn)代多媒體手段輔助教學(xué)，在不同設(shè)備的操作演示過(guò)程中，多機(jī)位錄制現(xiàn)場(chǎng)視頻，經(jīng)過(guò)剪輯后每個(gè)視屏?xí)r間控制在3 ～ 4分鐘，在這個(gè)時(shí)間段里包含一到兩個(gè)操作要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，制作好后放在網(wǎng)上及微信群中，可供學(xué)生利用碎片化時(shí)間進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)、進(jìn)一步加深理解。

3.4 構(gòu)建學(xué)研產(chǎn)一體的開(kāi)放式教學(xué)平臺(tái)

在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中，建設(shè)學(xué)校、研究所、產(chǎn)業(yè)合作互補(bǔ)的模式。近幾年數(shù)字化模型制作技術(shù)發(fā)展迅速，設(shè)備功能越來(lái)越完善，在市場(chǎng)前沿的研究所及產(chǎn)業(yè)力量的加入，能進(jìn)一步完善和提高高校實(shí)驗(yàn)室的綜合實(shí)力，給予學(xué)生更好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。通過(guò)定期邀請(qǐng)行業(yè)專家及一線高級(jí)工程師進(jìn)校開(kāi)展工作坊形式的短期課程的教學(xué)，進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，進(jìn)一步提高其實(shí)踐能力。

4 結(jié)語(yǔ)

在20世紀(jì)初，包豪斯在“技術(shù)與美學(xué)統(tǒng)一”教學(xué)理念指引下對(duì)“實(shí)驗(yàn)教學(xué)”進(jìn)行了深入的研究，我們認(rèn)為這不僅是停留在歷史觀的層面而是面向現(xiàn)在與未來(lái)的，如今已經(jīng)有越來(lái)越多的藝術(shù)類高校認(rèn)識(shí)到藝術(shù)設(shè)計(jì)教育中“藝術(shù)與技術(shù)的統(tǒng)一”、“理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的統(tǒng)一”這兩大規(guī)律的重要性[3]。因此，根據(jù)各個(gè)藝術(shù)類高校的實(shí)際情況，建設(shè)適合自身發(fā)展需求的數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度的設(shè)置、深化實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中總結(jié)的配套課程、組建兼具理論知識(shí)與實(shí)際操作能力的教學(xué)隊(duì)伍、構(gòu)建學(xué)研產(chǎn)一體的開(kāi)放式教學(xué)平臺(tái)，讓現(xiàn)代的數(shù)字化設(shè)備為學(xué)生創(chuàng)意服務(wù)，努力把學(xué)生培養(yǎng)成為“心手合一”的創(chuàng)意人才，是藝術(shù)類高校的職責(zé)所在，也是這個(gè)時(shí)代的大勢(shì)所趨。

參考文獻(xiàn)：

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