專欄及撰文

 

日期: 2007 年

刊物:「今日校園」雜誌 99及100期

題目:電腦輔助設計教學分享

 

電腦輔助設計 (Computer Aided Design, CAD) 是在新產品開發及設計中利用電腦協助設計流程。它在新產品開發及設計中十分重要,它不但能在產品未面世前,讓人看見其立體外觀及內在的結構,更可以減少產品開發成本及縮短產品開發時間。

 

《《 文章內容有些東西可能不合時宜,畢竟這是多年前的作品,僅供參考 》》

 

培養中一學生對電腦輔助設計產生興趣十分困難,主要原因是絕大部分的中一學生只懂使用視窗系統中的小畫家作平面繪畫。因此,縱使現今電腦輔助設計軟件的使用如何簡化,學生在心理上只會認為絕對沒有可能完成這類作品,更遑論在每星期只有兩課節的上課時間。本人曾設計出一系列電腦輔助設計課程,只要各位同工利用得宜,中一學生也能繪出一定水準的立體圖。

 

1. 電腦輔助設計的例子比比皆是

 

讓中一學生瞭解甚麼是電腦輔助設計是很困難的,難就難在它們對產品生產的知識上不太豐富,不易產生共鳴。

不過,他們一般都對玩具及動畫有一定認知,故只要準備一些玩具生產的流程片段給他們看,他們就知道原來電腦輔助設計是很有用及圍繞在他們生活的環境當中。

 

2. 化繁為簡課程設計

 

在瞭解有關課程設計前,讓我們分享一件事情:「本人曾經出席某教學分享會議,某校讓自信心較低的學生學習樂器,並讓他們學習吹奏出一個音色。

然而,當老師用指揮棒指著一位學生時,他就只會吹奏出他所負責的一個音色。

接著老師連續揮著指揮棒,全體學生即能斷斷續續的演奏出一曲,而當學生對其演奏產生信心時,學生將會繼續自己學習下去‧‧‧」

學習電腦輔助設計也有些像以上的事情,我們學校使用 Autodesk Inventor 作為立體繪圖軟件。

這軟件功能強勁,而且價錢也不菲,學生絕不能在短短的時間內掌握其所有功能及操作理念,而更有趣的是,他們在下星期的課節前,往往就會忘了部分操作步驟,因此,要讓他們在短時間內趕緊並成功地完成一件立體繪圖才為上策。

我所設計的課題名為「方塊戰車」,而設計概念,就是來自早年的 Crush Gear 玩具車及索斯機械獸模型,這些模型玩具的共通點,就是它們都能配合不同的裝備而有不同的姿態,而學生普遍都覺得它們很「型」及很「勁」。

  

 

圖片:Crush Gear玩具車

 

3. 開始繪圖,定立零件的標準

 

我首先會教他們設定繪圖尺寸單位為公分,並且畫出一個正立方體(如:所有邊長為10公分)及一個三角柱體(如:除斜邊外,所有邊長為10公分)。

 

 

零件繪畫:正立方體

 

 

零件繪畫:三角柱體

 

4. 理論上半小時就可以開始組合車身

 

跟著,就教授學生們將之組合的技巧。所謂組合,就是有些像將LEGO積木「砌」成模型,而今次的「積木」就是「正立方體」及「三角形柱體」,而「模型」就是「方塊戰車」的車身。

由於組合過程只涉兩種零件,學生一般都可以處理得宜。而且,學生可以無限重覆使用零件,因此,大部分學生可以根據自己的喜好組合車身,即使製作過程出現問題(如檔案被刪除),學生也可以利用他人的零件(大家都是同一尺寸)來補救。

 

 

組合零件:「方塊戰車」的車身

 

5. 因材施教,控制進度

 

學生一般在兩課節內,就可以將車身組合完成,跟著就是如下圖般繪畫及安裝車輪部份。

若然學生進度未如理想(如:缺課),基於全班(甚至是全級)零件的標準是一致的,教師可以決定是否讓學生自行補畫零件圖;抑或由老師將該零件圖分享出來給學生直接使用。

 

零件繪畫:「方塊戰車」的車輪

 

零件繪畫:「方塊戰車」的車輪

 

 

零件繪畫:連接車輪及車身的零件 組合零件:「方塊戰車」的車身

 

零件繪畫:連接車輪及車身的零件 組合零件:「方塊戰車」的車身

 

6. 建於平凡之上的不平凡

 

雖然車輛的形狀及設計是由學生自由發揮的,然而,當大家都一式一樣時,學生就想擁有自己的獨創作的零件,情況就像手提電話,當人人都採用同一型號的手提電話時,大家就會花心思在手機外殼或者是手機繩似的。

舉例說,男學生一般都喜歡在車上安裝大炮等等的配件設備,老師可讓學生在紙上繪出想繪圖的配件,並就學生的程度,給予他有關繪圖之尺寸或提示(簡單的大炮結構可由一個正立方體加上一個圓柱體組成)。

 

零件繪畫:不同繪畫難度的「方塊戰車」大炮

 

零件繪畫:不同繪畫難度的「方塊戰車」大炮

 

7. 分享創意,共同擁有

 

上課時間有限,學生創意太多。

這時,電腦輔助設計中零件概念就顯得重要。

學生可自由組隊分享零件及設計,由於「方塊戰車」的尺寸都是一樣(邊長10公分),因此,同班同級,甚至於師兄師姐所設計的零件隨時間形成「零件庫」,從而減輕下一年中一同學開發零件的時間,及可能引發更多設計的可能性。

因此,學生不但可以欣賞其他同學的作品,也可以繼續修改及完善他們的作品,從而設計出更有特色的車輛模型。

 

零件庫:「方塊戰車」專用車輪

 

 

零件庫:「方塊戰車」專用大炮

 

零件庫:「方塊戰車」特色配件

 學生作品

 

學生作品:各具特色的「方塊戰車」

 

8. 巧婦難為無米之炊

 

本人認為以上課程設計甚為成功,學生都能各自設計出具特色的「方塊戰車」。

只是你不難發覺,學生只能把打印出來的圖樣帶回家中與父母分享。

即使將習作檔案儲檔帶回家也沒有用,因為有關軟件價錢實在太貴,功能也實在太專業,一般學生根本沒有將之購買回家的理由。

而免費 Viewer 也不支援太舊版本的軟件,也就是說,就算對立體繪圖有相當興趣也沒有實踐的機會。

也許很多人認為學校可以考慮教授免費的立體繪圖軟件,那麼回家也能夠自習,而使該知識不至於生疏。

然而,這又涉及很多問題,例如:所謂免費的軟件,是否能「免費」給好像學校的機構組織使用呢?軟件及技術言詞有否足夠的說明,會否太專門呢?軟件是否廣泛流通,而有充足的參考書籍作自習呢?老師又是否能將軟件操作純熟呢?

因此,本人嘗試找尋概念相似,而又適合學生使用的軟件。而首先發現的,就是 LEGO Digital Designer。

 

 

LEGO Digital Designer 的確很不錯,免費的軟件配合大量的積木選擇,令人覺得很滿足。

該軟件除了有充足的說明外,也附設有完成了的模型下載,更有趣的是,你更可以網上訂購你所設計出來的LEGO模型所需要的積木,從而得到一件「實在」的模型玩具。

以下圖為例,除了可以以大約港幣170元購買所需的155件積木外,還可以設計個人化的包裝盒,只可惜有關購買服務好像不適合香港地區的使用者。

 

 

 

而且,有關程式是英語界面,對於英文不太靈光的學生,多少也會減低使用意欲。於是本人再在網上瀏覽,終於找到了一個名為「BlockCAD」的免費軟件。

 

 

 

9. 日本房車大戰極速跑車?

 

雖然 BlockCAD 的使用界面並不如 LEGO Digital Designer 般華麗,積木也不及它多,但勝在程式操作簡單易上手,反應快速,因而在使用方面較 LEGO Digital Designer更勝一籌。

  

 

 

 【BlockCAD操作小提示】

 

1. 按﹝ESC﹞取消正在選取中的積木。

2. 先按滑鼠「左鍵」選取積木,按﹝DELETE﹞消除已被選取之積木(紅色)。

3. 按﹝SHIFT﹞及按滑鼠「左鍵」可提取已放下之積木。

4. 按滑鼠「右鍵」令積本改變放向及轉顏色。

5. 拍照存檔時,須用滑鼠按拍照視窗頂端的視窗列(按下拍照視窗中左上角之圓形)

雖然程式是英語界面,但是會修改的人士,還是可以將之改成中文界面。

 
BlockCAD 的基本原理和 Autodesk Inventor 有些相似,程式內置了一些積木,學生可以以簡單方式砌合模型並存檔,而且,學生亦可將已完成之模型,當成是「零件」的方式加入新作品中,因此,使用此軟件 時,學生亦可以像Autodesk Inventor般分工合作,以組件方式完成一件作品。

對於學生來說,功能太過強勁的軟件程式,其實沒有太大意思。

情況就像在香港駕駛跑車一樣,在香港50至100公里的街道車速限制及眾多的紅綠燈下,極速跑車的平均時速未必能快過日本房車太多。

BlockCAD程式小巧、修改容易及免費下載,網上亦有其他愛好者分享完成作品,要是學生能發揮創意,以BlockCAD作為其他用途也是可能的。

舉例來說,我們可以教授學生以BlockCAD製作立體繪圖,並應用在賀卡、動畫甚至是襟章製作上。

 

應用例子:襟章

 

應用例子:聖誕卡

 

應用例子:室內設計

 

 

 

應用例子:動畫

 

綜合以上,你不難發現縱使免費軟件的功能比不上昂貴的軟件,然而在一星期兩節的課堂上,簡單的軟件可能讓學生更能發揮創意!正是由於BlockCAD這軟件 功能不強,反而成為學生喜愛使用的軟件,再加上香港每年有LEGO展,各式各樣的LEGO模型更能促進學生的創作意念。

 

 

 

2005 年在沙田舉行的LEGO展覽

 

10. 問題回歸,立體繪圖能否以立體展示?

 

雖然到目前為止,使用BlockCAD好像很好似的,然而,立體模型以平面展示始終有點兒不是味道。

若然學校能使用Lazer Cutter製作立體模型當然好,只是無論製作成本及所需時間並不足以令所有同學都擁有其作品。

因此,在學校教授立體繪圖所遇到的主要問題是,學校不能將學生的立體創意,具體化的表現出來。

這 令我回想在中學時期的美術課節,美術老師讓我們搓揉陶泥器皿,可恨的是老師只能將班中製作最精美的陶泥習作燒出來給學生帶走,其他的作品因為燒陶泥很花時 間的關係,下星期就會在陶泥堆中看見它們(銷毀並重新成為陶泥),整個課節頓時變得很虛無似的,長大了至今也沒有再接觸過陶泥活動(最多只是搓揉泥膠)。

基於這個考慮,我在網上不斷找尋答案。

有趣的是,我找到了一隻名為「紙藝大師」Pepakura Designer (http://www.tamasoft.co.jp/pepakura-en/) 的軟件。

此軟件聲稱能將3D模型展開成平面,經後段處理後更可由印表機打印出「好看、有趣、容易作」的紙模型展開圖。

而有關的展開圖更可以以BMP格式儲存,或利用免費的Pepakura Viewer程式,將資料傳送給他人瀏覽。

 

 

雖然「紙藝大師」主力支援「六角大王」的立體繪圖軟件,然而,它亦有限度支援 Wavefront, AutoCAD,Metasequoia,3D Studio 及 Lightwave 等的程式。

 

 

若能將自己所設計的模型,轉化成立體的紙模型作品並分享出來給大家使用,那種感覺有多棒呢?

 「紙藝大師」的網站上亦有免費的紙模型,讓大定下載及瞭解。

 

 

「紙藝大師」的紙模型成品照片

 

結論

 

培養中一學生對電腦輔助設計產生興趣是很困難的,強勁的繪圖軟件不一定能收到滿意的教學效果,免費的軟件也可以刺激學生創意思維。

課程計設成功與否,在於能否令學生對所學內容產生成就感。

 

 

 

凡事都可行.但不都有益處。凡事都可行.但不都造就人。無論何人、不要求自己的益處、乃要求別人的益處。 【哥林多前書10:23-24】

 

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