传统木作技艺虚拟仿真实验教学项目

传统木作技艺是我国古老的传统手工技艺，也是最具特色的匠作手工技艺之ー，其蕴含的东方哲思造型和精细结构技艺更是我国千百年来匠作技艺传承的智慧结晶与技术精髓。然而，随着现代工业技术的发展，环境营造需求的变化，这些传统的匠作技艺也逐渐淡出人们的视野。
    中国工匠在几千年的造物过程中积累了丰富的技术工艺经验，在材料的合理选用、结构方式的确定、尺寸的权衡与计算、构件的加工与制作、节点及细部处理和组合安装等方面都有独特与系统的方法或技艺，并有相关的制式和规范。这种木作技艺在师徒之间以“言传身教”的方式世代相传，延承至今。
    传统木作技艺是产品设计、环境设计、工艺美术及建筑构造等相关专业材料构造与工艺类课程教学的重要内容之一，涉及知识点多、技术难度高，但技艺传承价值大，不仅在结构工艺等物质层面具有教学意义，在匠作匠心等精神层面也具有很大的教化意义。受传统技艺濒临失传，工艺过程的不可际遇性，以及技艺实操危险系数高等因素限制，多数学生无法亲身操作与感受，一些缺乏相关资源的单位也无法开展此类教学活动。为了更好地调动学生参与木作技艺实验教学的积极性和主动性，激发学生的学习兴趣和潜能，增强学生创新创造能力，节约木作技艺资源，充分发挥虚拟仿真实验教学的作用，扩大我国传统木作技艺教学资源的共享度与传播面，促进传统匠作技艺数字化信息技术的发展。
此教学项目依托中国美术学院国家级实验教学示范中心、跨媒体艺术国家级虚拟仿真实验示范中心、中国美术学院学科资源优势和团队优势，整合我国传统家具木作技艺及相关木艺技艺传承创新研究的实践与经验，以传统活化与东方设计学的相关理论为指导，以具有匠心的创新人才培养为目标，按照“能实不虚、虚实结合、以虚补实”的原则，采用三维等比建模、动画演示、人机交互等技术，力图达到以下目的：
1、现行的木材结构与工艺课程全部由学生手工制作，由于时间短、耗材巨大、工作繁杂，工具繁多且有一定的危险性，所以同学们一般只能够制作较为简单的作品，没有时间与精力去了解更多的传统木作技艺之魅力，此虚拟仿真项目可解决当前技艺复杂、实验周期长、实验成本高、实验危险性大、实验场所匮乏等专业化设计人才培养遇到的瓶颈问题。

2、让学生通过课程了解中国传统木作和家具的发展历史，认知传统木作技艺，掌握传统木作的结构和工艺流程。前期以典型性东方木作代表圈椅为入手案例，后续可以继续添加其他传统木作技艺的虚拟仿真项目，建设传统家具技艺文化传承教育的平台资源，方便学生熟悉和了解经典的传统木作技艺与木作文化精髓，掌握木材材性、榫卯结构、型制组合的具体内容。科技化、沉浸式的教学与兴趣体验，能够提高学生对知识与技能掌握的质量。

传统木作技艺虚拟仿真实验教学项目围绕木作技艺流程而展开，涵盖多个案例的深度分解，第一个案例为圈椅，主要涉及圈椅和传统木作文化，传统圈椅木作的选材、下料、零部件定型、节点榫接、表面装饰等详细的技艺流程。

本虚拟仿真实验主要由两部分组成，第一部分是针对传统圈椅的高精度建模，第二部分是结合了可交互模型与实作视频结合的方式仿真整个技艺流程。

项目利用Web(Html5, WebGL, Javascript)技术发布仿真实验教学平台，同时借助于计算机 Unity3D引擎的实时3D渲染技术，将传统圈椅零部件进行了3D高精度建模，动态模拟传统圈椅的木作技艺。将传统工具按照步骤纳入工艺流程，学生可以通过三维全景式的互动观察圈椅的外观、拆开观察圈椅的结构，进入技艺流程观察每个零部件的制作工艺，从一棵树到一把圈椅的工艺过程，可以逐步观察。这样的学习方式极大的提高了学生学习的直观性、互动性、参与性。

实验过程中所涉及到的知识点主要来源于前期收集的大量图面资料及专业书籍，主要涵盖
知识点：共  3  个

1 传统木作技艺及传统家具文化。主要包括传统家具文化类型源流、历史地理成因，及其工艺过程中的材料特性、型制规范等。由于这一部分偏重于实验理论的文化梳理，因而设置在引导部分。
2 传统圈椅木作结构拆解。榫接工艺。实验环节不仅仿真还原了这些结构节点的细节，还通过三维可视化拆组方式，解构其原真结构连接处“隐匿"的组合关系。

PC终端、网络服务器、《传统木作技艺虚拟仿真实验》教学网站

虚拟耗材：多种硬木材料、多种技艺流程中使用的工具（如尺子、墨斗、斧子、锯子、制子、锤子、凿子、矬子、钻子、粘胶、打磨）表面涂饰材料，如大漆等
实际耗材：本虚拟仿真实验教学项目线上基于3D建模的虚拟实验环境及虚拟实验对象，其中实作视频部分需要相应的耗材，主要是木材。

本实验教学项目坚持“学生中心、问题导向、学科融合、创新实践”的实验教学理念，回归自主学习与兴趣探究的本原。在帮助学生了解传统木作技艺时，可通过虚拟实验室让学生快速了解中国传统木作文化，通过多样性的案例，从广度和深度两方面理解木作技艺。结合学校的实际教学情况，实行了沉浸式、问题式、交互式、自主式、反思式实验教学方法，致力于培养学生的问题意识、创新精神、主动学习和自我反思的能力。确保学生通过简单的学习能迅速掌握虚拟课程的使用。

1 激发学生的学习兴趣
在虚拟的环境中，学生可以很完整和仔细的了解传统木作技艺的全部信息，条络式的学习目录和实作视频穿插进行，这种直观、实时和互动的特点激发学生了解传统木做的兴趣。
2、提升学习效率
项目以学生自主认知学习为主，教师讲授指导为辅，将学习资源开放，学习空间开放，通过学生自主实验学习体验，教师线上指导、答疑、评测，线下教学全面互动的方式，形成线上仿真实验与线下实践实验相辅相成、优势互补的新型实验教学模式。同时学生可以不受时间和空间的限制，随时随地进行实验。
3、提高专业能力
在虚拟环境里，学生既可以按部就班的学习，也可以先从自己感兴趣的一个点出发，再联系至一个面。学生还可以在自主探究版块，充分的发挥自我的创造力，进行创新和传承的设计，并且能够得到多个老师的评价和反馈，这个过程可以循环多次进行。在实验过程中，学生的专业能力不断得到提高。

项目以“任务驱动”和“向题解决”作为学生学习和研究活动的主线，在相关且有具体意义的情境中确定和讲授学习策略与技能。教师作为学习的促进者，引导、监控和评价学生的学习进程。同时，教师开发和利用各种信息资源，发布教学任务，共享课件资料、网络信息资源，支持学生自主学习。

在实验内容建设上前期以传统圈椅木作技艺为主要案例，以圈椅结构拆解为基础，将“从一根圆木到一把圈椅”的完整工艺过程进行立体的展现。将传统圈椅木作技艺“单元化、模块化、仿真化，可视化”,重点体现“分层次、交互学、重探索、多样性”教学特征。围绕实验教学环节形成了“实验认知、文化梳理、结构拆解、工艺进程、自主探究”5个先后顺序的实验模块。学生可按照顺序系统的了解圈椅木作的工艺过程，也能够在探究实验单元中自主调用可供编辑、交互的“零件模块”来构思和设计自己不同的圈椅形式。
1实验认知模块
2文化梳理模块
3结构拆解模块
4工艺流程模块
5自主探究模块
学生考核完成后，要撰写实验报告，包括实验目的、原理、实验数据处理和结果、实验结论以及对该实验的评价和建议，并提交给老师。教师能线上解答学生在实验操作中的疑惑和难题，线下与实践教学结合虚实互补，查漏补缺，形成优势互补的新型实验教学模式。

1、共享教学资源，降低教学成本
学生通过完成教学项目，能有效调动学习的积极性，既掌握实践技能，又减少了教学资源的重复投资和浪费，既学习了课程，又学习了工作方法，帮助解決问题；充分发掘学生的创造潜能，提高学生解決实际问题的综合能力。
2、提升教学效率，提高人才能力
在示范教学过程中，强调关键步骤，以及理论与技能并重。这就有利于学生知行合一，在掌握知识同时，将所学的知识运用到真实的传统圈椅技艺的传承创新设计中去。
3、服务社会，传播传统文化

2-8实验方法与步骤要求（学生交互性操作步骤应不少于10步）

1. 实验方法描述：

项目以传统活化与东方设计学的相关理论为指导，以具有匠心的创新人才培养为目标。坚持“学生中心、问题导向、学科融合、创新实践”的实验教学理念，以了解传统木作技艺为切入，掌握其工艺过程中的材料特性和型制规范等必要内容。真实还原了从一根圆木到一把圈椅的全过程，并且在此过程中更为深入的理解传统家具文化类型源流和历史地理成因等。教学实施过程中采用“层层递进”的实验教学方法，让学生在沉浸式引导、交互式练习、自助式设计、反思式评价中提升传统木作活化和创新的设计实践能力。

登录系统
漫游页
进入”实验认知模块”（A）
A模块浏览完毕，返回漫游页
进入”文化梳理模块”（B）
B模块以时间为序浏览，其中的案例可以点入详细介绍链接
B模块浏览完毕，返回漫游页
进入“结构拆解模块”（C）
拆解导引
零部件名称学习
可以自行练习拆开和组合，具有互动效果
C模块浏览完毕，返回漫游页
进入“工艺流程模块”（D）
具有一个立体的浏览效果，点任意一个部件
出现该部件的工艺流程，分为若干工序
点击其中一个工序，了解加工工具和加工方法
看实操视频
依次浏览，D模块浏览完毕之后返回漫游页
可进入“自主探究模块”（E）
分为闯关和造新两个部分
进入闯关，做测试
进入造新，可根据配件和材质的变化，组合设计新的圈椅
反馈和提问以便利贴的形式，可以出现在任意环节
完成实验报告
实验结束
退出系统
教师发布成绩。

是否记录每步实验结果：是
实验结果与结论要求：实验报告            
根据实验结果，进行实验汇报，对其应用理论的状况进行全面梳理说明。          

其他描述：

通过多个实验模块的反复练习，使学生完成传统木作技艺虚拟仿真实验从理论到实践的学习。熟悉传统木作构件的名称和功能，掌握结构的组成，理解工艺流程，掌握各工序的要点及其加工方式，并最终将自己的创新设计进行线上实验模拟，实验创新设计效果，结合线下实践验证性实验进一步调整。

浏览时间和知识点完成比率占用50%
实验报告占用20%，
学生自行设计的模型评价，占据30%

掌握设计构成、材料工艺、设计史等专业基础课程，初步具备设计思维、设计方法的能力。

• 本校上线时间 ：2021年1月