工業(yè)設計跨學科實踐平臺建設及應用研究

欒江峰 劉廣博 肖 軍 袁劍鋒

北京師范大學珠海分校 廣東珠海 519087

實驗室與實訓基地及平臺建設

工業(yè)設計跨學科實踐平臺建設及應用研究

欒江峰 劉廣博 肖 軍 袁劍鋒

北京師范大學珠海分校 廣東珠海 519087

伴隨信息技術在制造業(yè)中的廣泛應用，工業(yè)設計理念與技術手段也在快速變化。以增強學生在新行業(yè)環(huán)境中的實踐能力為目標，提出了一種模塊化的工業(yè)設計跨學科實踐平臺建設與應用方案。硬件上建立了完備的自制造環(huán)境，將真實的產(chǎn)品設計流程在平臺中濃縮復現(xiàn)，提高了學生的知識應用與協(xié)同創(chuàng)新能力。軟件上通過平臺構建推動專業(yè)課程體系優(yōu)化與師資隊伍建設，在應用型人才培養(yǎng)中發(fā)揮了重要作用。

工業(yè)設計；跨學科；實踐教學

進入21世紀，世界主要發(fā)達國家陸續(xù)開展了“再工業(yè)化”的進程。我國也于2015年正式發(fā)布《中國制造2025》作為工業(yè)轉型升級的行動綱領?？v觀各個國家的規(guī)劃，盡管表述不同，其核心思想均是制造業(yè)的智能化與網(wǎng)絡化，加快制造技術與信息技術的深度融合。設計是制造業(yè)的靈魂，制造業(yè)的變革必然會引起工業(yè)設計行業(yè)的改變，也會對工業(yè)設計專業(yè)人才培養(yǎng)提出新的要求?，F(xiàn)階段，國內高校眾多工業(yè)設計專業(yè)對學生創(chuàng)意培養(yǎng)已經(jīng)比較成熟，各類專業(yè)競賽中涌現(xiàn)出了眾多的優(yōu)秀設計作品。但不論競賽抑或日常教學中的創(chuàng)意，最終轉化為產(chǎn)品的卻寥寥無幾。眾多創(chuàng)意、方案終結于圖紙，作品模型也多數(shù)停留在外形制作上，對功能和結構缺乏深入的驗證[1]。在此背景下，如何有效利用各種新興技術提高工業(yè)設計專業(yè)人才的創(chuàng)新實踐能力、滿足信息化、智能化制造業(yè)對設計人才的需求，成為一個亟待解決的新問題。對此，本文提出了一種工業(yè)設計專業(yè)跨學科實踐平臺的建設方案，對其在人才培養(yǎng)中的應用方式與作用也進行了初步的研究。

1 跨學科實踐平臺建設的必要性

1.1 學生利用各種新技術進行設計活動的必然要求

工業(yè)設計與制造業(yè)的發(fā)展密切相關，制造技術的進步為工業(yè)設計提供了更多先進的工具。目前，3D打印、智能硬件等新技術的蓬勃發(fā)展正為設計方法帶來一場新的變革：3D打印只需數(shù)小時即可將作品造型由虛擬轉變?yōu)楝F(xiàn)實；各種先進傳感器的出現(xiàn)可以讓設計者完成比以往更復雜、更完善的功能設計。在此形勢下，工業(yè)設計教學應當順應時代發(fā)展，加強培養(yǎng)學生對各種新技術的熟練運用能力。而這種能力的培養(yǎng)，離不開相關軟、硬件平臺，離不開大量的儀器、工具和材料[2]。這種培養(yǎng)環(huán)境既無法在圖書館中建立，也無法在多媒體教室中建立，只能依靠跨學科的實踐教學平臺實現(xiàn)。

1.2 實現(xiàn)課程教育與行業(yè)需求無縫對接的必要保障

工業(yè)設計一直以來都被認定為“應用型”的學科，但是接受專業(yè)教育后的學生在工作中卻常被冠以“高分低能”的評價。造成此種局面的一個重要因素即學校教育與行業(yè)需求間沒有很好的銜接。工業(yè)設計真正的基礎不是外觀造型設計，而是用技術實現(xiàn)的能力。工業(yè)設計教育不能是脫離制造業(yè)的學院式教育[3]。課程中的實踐教學往往沒有將真實行業(yè)中的材料工藝、成本、市場等限制因素考慮其中，學生可以在很寬松的環(huán)境中自由發(fā)揮，對于設計能否轉換為實物缺乏基本的判斷能力。因此，在工業(yè)設計教學中需要構建跨學科的實踐平臺，為學生提供完備的“自制造”環(huán)境，使其在動手過程中深刻理解技術、材料及工藝對設計的影響，以縮小課程教育與行業(yè)實際需求之間的差距。

1.3 提升工業(yè)設計專業(yè)學生綜合素質的重要手段

電子類產(chǎn)品設計是本學院工業(yè)設計專業(yè)的主要方向之一。智能化是該類產(chǎn)品的一個重要發(fā)展趨勢。除外觀結構設計外，功能設計是產(chǎn)品智能化過程中不可或缺的一部分。脫離功能需求的工業(yè)設計只能是紙上談兵，注定無法產(chǎn)生優(yōu)秀作品，也無法提高學生真正的設計能力?？鐚W科實踐平臺的建立可以為不同專業(yè)的學生提供思維碰撞、技術交流的場所。通過畢業(yè)設計、學生項目等方式，將不同專業(yè)的學生聚集到跨學科實踐平臺中，共同研究解決工程問題，有利于學生把本專業(yè)知識應用在其他學科領域，或從其他學科領域學習本專業(yè)需要的技能。如此，既拓寬了學生的知識面，實現(xiàn)了知識互補；又培養(yǎng)了學生在實際工作中分析、解決問題及相互協(xié)作的能力，有利于其綜合素質的提高。

2 跨學科實踐平臺建設方案及應用效果

跨學科實踐平臺的建設不是實驗室硬件設備的簡單堆疊，還需將配套的師資隊伍、教學計劃、平臺應用方式等加以統(tǒng)籌考慮，理順其在教學過程中的地位與作用，最大程度地發(fā)揮其在人才培養(yǎng)中的效力。結合本學院現(xiàn)有實驗室基礎及專業(yè)方向，構建的跨學科實踐平臺如圖1所示。

圖1 工業(yè)設計跨學科實踐平臺的構成

2.1 平臺硬件建設方案

2.1.1 創(chuàng)意設計

以“三創(chuàng)”實驗室為核心為學生提供作品創(chuàng)意設計、創(chuàng)新制造方案設計及創(chuàng)業(yè)營銷設計的場所，培養(yǎng)學生的設計思考能力。

2.1.2 結構設計

包括計算機輔助設計(CAD)實驗室、金工實驗室與數(shù)控加工(CNC)實驗室，供學生完成作品的外觀、結構設計及實現(xiàn)。計算機輔助設計(CAD)實驗室提供Photoshop，Solidworks等設計軟件，負責作品的外觀設計、機械結構設計及后期的產(chǎn)品手冊、宣傳海報等的設計。利用Solidworks軟件還可對產(chǎn)品的結構進行力學、運動學仿真，以驗證設計的有效性與可行性。金工實驗室提供各類鋸、鉗、尺等五金工具及電鉆、電烙鐵等電動、焊接工具，用于完成簡單的外觀、結構的制作。數(shù)控加工(CNC)實驗室提供3D打印機、多軸數(shù)控加工設備，用于復雜機械零件、結構的快速成型與精細加工。

2.1.3 功能設計

包括電子電路實驗室、測控技術實驗室以及嵌入式系統(tǒng)實驗室，用于產(chǎn)品的功能設計與實現(xiàn)。3個實驗室對應的開發(fā)難度依次遞增，以應對不同復雜程度的功能設計。電子電路實驗室提供基本的電子元件與測量工具，主要針對低年級學生進行簡單的電子產(chǎn)品設計制作。只需具備基本的模擬、數(shù)字電子知識，即可實現(xiàn)一定的功能，對提升學生的學習興趣具有積極作用。測控技術實驗室主要提供基于開源平臺的Arduino控制器及相應的各類傳感器，主要面向單片機基礎較薄弱的學生進行創(chuàng)意產(chǎn)品的開發(fā)。嵌入式系統(tǒng)實驗室以51和STM32微控制器為主要開發(fā)工具，用于較復雜的功能設計開發(fā)，學生可在此將課堂知識深化拓展，進一步提升自身的專業(yè)技能。該實驗室同時也承擔了為各類專業(yè)電子競賽培養(yǎng)、選拔人才的任務。

2.1.4 行業(yè)應用

為加強專業(yè)教育與行業(yè)需求之間的聯(lián)系，專業(yè)結合本地區(qū)產(chǎn)業(yè)特點，將與企業(yè)共建的行業(yè)實驗室也納入實踐平臺，如生物醫(yī)學儀器實驗室、機器人教育實驗室等。每學期在實踐平臺中遴選優(yōu)秀學生進入實驗室，參與實際企業(yè)項目的開發(fā)。同時實踐平臺的作品也可通過該渠道接受企業(yè)考核，實現(xiàn)優(yōu)秀作品的成果轉化。

2.2 平臺軟件建設方案

2.2.1 課程體系配套建設

跨學科實踐平臺本質上是為人才培養(yǎng)服務，平臺建設不能脫離專業(yè)的教學計劃，應當與課程緊密銜接，以平臺為工具，在課程教學中貫徹“實現(xiàn)產(chǎn)品”的理念。實踐平臺各實驗室與工業(yè)設計專業(yè)課程間的對應關系如圖2所示。

圖2 實驗室、課程、能力培養(yǎng)間的對應關系

通過平臺建設過程中統(tǒng)籌規(guī)劃，每個實驗室均可作為相關課程的實踐教學場所。如此，平臺除課余時間為學生提供鞏固知識、提高能力的場所外，也能很好的融入課程教學，提高了平臺的使用效率。

2.2.2 指導教師隊伍建設

跨學科實踐平臺包含了作品從創(chuàng)意到成品的全流程，每一環(huán)節(jié)均需配備具有相應學科背景的教師進行指導，如此才能保證平臺的教學質量。平臺師資隊伍主要由三部分組成：首先是工業(yè)設計專業(yè)教師，負責對造型、結構設計的指導；其次是學院電子相關專業(yè)的教師，負責對功能設計、數(shù)控加工的指導；最后，聘請合作單位中經(jīng)驗豐富的工程師作為兼職教師，從行業(yè)實際需求的角度對學生進行作品立意、技能鍛煉等方面的指導。

2.3 平臺應用方式探索

2.3.1 與課程教學考核緊密結合

跨學科實踐平臺的使用豐富了課程教學手段，加強了課程之間的聯(lián)系。例如，在《計算機輔助三維設計》教學中，以往只能保存于計算機中的虛擬模型，通過平臺的快速成型設備可以轉化為實物。而通過電工學課程的學習，學生可利用實踐平臺制作出具備一定功能的電路，將其與計算機輔助三維設計課程作品結合，即可完成一個作品的開發(fā)。通過這一過程，學生可從更宏觀的角度把握每一部分知識在產(chǎn)品設計中的作用，提升學習的目的性。此外，實踐平臺還為任課教師提供了新的考核方式，用提交實物作品的方式代替以往紙面考核，真正培養(yǎng)學生“學以致用”的能力。

2.3.2 與專業(yè)競賽緊密結合

除日常教學外，實踐平臺還提供了一個各級學生競賽選拔培訓的場所。自建成以來，依托CAD實驗室、測控技術實驗室培訓的選手，已在全國“高教杯”“藍橋杯”等信息建模、電子技術專業(yè)競賽中連年獲獎。

2.3.3 與企業(yè)項目緊密結合

工業(yè)設計是一個應用性很強的專業(yè)，跨學科實踐平臺建立的初衷也是為了提高學生的實際設計能力。因此利用校企共建實驗室，將企業(yè)項目引入平臺，依托大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、畢業(yè)設計等形式，使學生在學校教育階段即可接觸到真實的產(chǎn)品開發(fā)流程。在這一過程中，學生也可了解企業(yè)中不同崗位的職業(yè)能力需求，可根據(jù)自身的知識結構與興趣進行就業(yè)方向的選擇。如此既提升了學生的專業(yè)能力，又對學生就業(yè)乃至創(chuàng)業(yè)提供了有效的幫助，提升了應用型人才培養(yǎng)的效果。

3 結語

在信息技術高速發(fā)展的時代下，高校設計教育除了要培育學生的創(chuàng)新精神，還應注重各種創(chuàng)意的落地實現(xiàn)，培養(yǎng)學生在新行業(yè)環(huán)境中必備的實踐技能。跨學科實踐平臺的建設為該目標的實現(xiàn)提供了一條途徑，其價值主要體現(xiàn)在：通過機械、電子、數(shù)控加工等實驗室的構建，為學生創(chuàng)意的實體化提供了堅實的后盾。通過大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、競賽培訓、企業(yè)項目在平臺中的實施，拓寬了教學渠道，真正提升了學生的創(chuàng)新實踐能力。通過平臺中畢業(yè)設計等環(huán)節(jié)的跨學科聯(lián)合指導，提升了工業(yè)設計專業(yè)教師的工程技術素養(yǎng)，增強了指導作品時的嚴謹性與科學性。未來，若在教學計劃、教學管理、考評體系等方面繼續(xù)實施配套改革，跨學科實踐平臺在應用型工業(yè)設計人才培養(yǎng)中定能發(fā)揮更大的作用。

[1]吳青.創(chuàng)客式高職工業(yè)設計實踐教學探究[J].輕工科技,2016(3):156-157.

[2]胡福文,徐宏海,張超英.基于創(chuàng)客文化的實驗室開放平臺建設研究與探索[J].實驗技術與管理,2015,32(7):244-248.

[3]曾云鳳.工業(yè)設計專業(yè)“藝工結合”教學模式研究[D].江南大學,2013.

Research on Construction and Application of Interdisciplinary Practice Platform for Industry Design

Luan Jiangfeng, Liu Guangbo, Xiao Jun, Yuan Jianfeng
Beijing Normal University Zhuhai, Zhuhai, 519087, China

The design philosophy and methods in industry design are changing fast with the wide use of information technology in manufacture. Aiming to increase the pupillary practice faculty in the new industry environment, a kind of modularized interdisciplinary practice platform for industry design is explored. The complete self-make environment is established in which the real product design process can reappear on a small scale. By participating in these processes, the knowledge application and collaborative innovation abilities of students are improved. The curriculum system optimization and the teaching sta ff construction are also promoted during the platform establishment,which play an important role in the cultivation of applied talents for industry design.

industry design; interdisciplinary; practical teaching

欒江峰，博士，副教授。

廣東省高等教育教學研究和改革項目(一般類)(編號：2015322)。