工程鏈?zhǔn)焦I(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與實(shí)踐

劉玉梅王紀(jì)嬋 金玉潔

摘要：為探索適應(yīng)新工科要求的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和實(shí)踐教學(xué)模式，解決工程實(shí)踐教學(xué)中普遍存在實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與產(chǎn)業(yè)界要求差異較大，專業(yè)、課程之間交融性差、柔性不足等問題。文章以面向地方院校教學(xué)特色的學(xué)術(shù)方向、學(xué)科交叉、工程能力培養(yǎng)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，突出“應(yīng)用型”特色，構(gòu)建了“產(chǎn)品認(rèn)識(shí)—產(chǎn)品拆裝—產(chǎn)品開發(fā)—模型制作—樣品制造—組裝調(diào)試—上色—包裝”工程鏈?zhǔn)降墓I(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，并對(duì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室發(fā)展方向進(jìn)行探討，為工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)人才培養(yǎng)提供借鑒，以期共同提高我國地方應(yīng)用型高校工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：新工科;工業(yè)設(shè)計(jì);工程能力;創(chuàng)新能力;工程鏈?zhǔn)綄?shí)驗(yàn)室

中圖分類號(hào)：G642????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069（2020）10-0134-03

Abstract：In order to explore the laboratory construction and practical teaching mode to meet the requirements of new engineering disciplines，and to solve the problems in engineering practice teaching，such as the large difference between the practice teaching content and the requirements of the industry，the poor integrationand?exibility between major and courses.This paper is oriented to the academic direction，interdisciplinary，engineering ability and innovation ability training of local colleges，highlighting the characteristics of"application-oriented"，and constructed aperfect engineering chain industrial design laboratory. Additionally，thedevelopmentdirection of professional laboratory also discussed.This paper could provide a scienti?c basis for improving the quality of industrial design talents training in applied colleges in China.

Keywords：New engineering Industrial design Engineering ability Innovation abilityEngineering chain laboratory

引言

“新工科”教育改革背景下，地方應(yīng)用型高校承載著培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的綜合應(yīng)用型人才的使命，“新工科”對(duì)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)也被賦予新內(nèi)涵，新要求。多學(xué)科交叉和產(chǎn)學(xué)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生工程能力的重要途徑。工業(yè)設(shè)計(jì)是一門注重應(yīng)用實(shí)踐型學(xué)科[1]如何圍繞本校專業(yè)特色，改革實(shí)驗(yàn)室陳舊格局，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室在培養(yǎng)人才的作用，建設(shè)新的實(shí)驗(yàn)室體系，提升工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生的工程能力和與社會(huì)對(duì)接能力，實(shí)現(xiàn)新工科要求的應(yīng)用型人才培養(yǎng)是地方應(yīng)用型院校的重要研究課題。

一、工程鏈?zhǔn)降膶I(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)框架

高等工程教育的核心是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和工程能力，尤其是工業(yè)設(shè)計(jì)，產(chǎn)品的創(chuàng)新與創(chuàng)意是設(shè)計(jì)師生存關(guān)鍵，工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)具有各學(xué)科知識(shí)交融性、知識(shí)無界性、變遷性的特點(diǎn)，學(xué)生畢業(yè)面臨就業(yè)行業(yè)的寬泛性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和工程能力是專業(yè)教育的根本點(diǎn)。而實(shí)踐教學(xué)是直接培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)，通過實(shí)踐從而產(chǎn)生各種新觀念、新理論、新技術(shù)達(dá)到培養(yǎng)工程能力和創(chuàng)新能力目的，實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)建設(shè)是實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)的硬件保障。

（一）以地方院校教學(xué)特色和學(xué)術(shù)研究方向?yàn)楹诵?/p>

高校的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室不僅服務(wù)于教學(xué)，也是教師從事研究的平臺(tái)，二者相輔相承，緊密結(jié)合，因此地方應(yīng)用型院校專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)應(yīng)根據(jù)其所處地域及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展情況確立學(xué)科的自有特色和學(xué)術(shù)方向。長沙師范學(xué)院是一所具有學(xué)前教育百年歷史地方應(yīng)用型院校，其工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)是以設(shè)計(jì)學(xué)、機(jī)械工程、電子信息、物聯(lián)網(wǎng)、美學(xué)、文化、經(jīng)濟(jì)、管理等學(xué)科為支撐，以兒童玩具為載體，以現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈為平臺(tái)開展教學(xué)、科研和服務(wù)。根據(jù)專業(yè)的發(fā)展確立實(shí)驗(yàn)室的學(xué)術(shù)方向?yàn)閮和婢咴O(shè)計(jì)與開發(fā)和工業(yè)品設(shè)計(jì)，以此來進(jìn)行重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室。

（二）以設(shè)計(jì)+工學(xué)為基礎(chǔ)漸進(jìn)式培養(yǎng)工程能力

能力是指能夠順利完成某種活動(dòng)所必需的主觀條件，是直接影響活動(dòng)效率，并使活動(dòng)得以順利進(jìn)行的心理特征。對(duì)于工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)畢業(yè)生應(yīng)具備的工程能力[2]，學(xué)界從各自角度進(jìn)行了論證普遍認(rèn)為是

①工程基礎(chǔ)知識(shí)的能力;②解決一般性工程問題②能夠識(shí)別、表達(dá)、分析復(fù)雜的工業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)際問題，以獲得有效結(jié)論。③能夠設(shè)計(jì)針對(duì)復(fù)雜工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)的解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的系統(tǒng)、單元或設(shè)計(jì)流程，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素[3]。④能夠基于工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)背景知識(shí)進(jìn)行合理分析，評(píng)價(jià)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)涉及的工程實(shí)踐。⑤具有人文社會(huì)科學(xué)素養(yǎng)、社會(huì)責(zé)任感，能夠在產(chǎn)品設(shè)計(jì)及產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)踐中理解并遵守工業(yè)設(shè)計(jì)職業(yè)道德和規(guī)范，履行責(zé)任。⑥能夠在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊(duì)中承擔(dān)個(gè)體、團(tuán)隊(duì)成員以及負(fù)責(zé)人的角色[3]。⑦具備一定的國際視野，能夠在業(yè)界同行及跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流。⑧具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識(shí)，有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力?；诠I(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)生的培養(yǎng)目標(biāo)，實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的基本功能是訓(xùn)練學(xué)生的應(yīng)用專業(yè)技術(shù)能力，“漸進(jìn)式”培養(yǎng)工程能力。因此，專業(yè)實(shí)驗(yàn)室以設(shè)計(jì)和工學(xué)相互滲透為基礎(chǔ)，突出“玩具產(chǎn)品”特色，圍繞“工程化”建設(shè)。

（二）以不同學(xué)科深度結(jié)合交融為導(dǎo)向

隨著人類互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新工藝的發(fā)展和行業(yè)、學(xué)科之間的界限模糊，要求高校培養(yǎng)多元化知識(shí)結(jié)構(gòu)的人才適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的要求。工業(yè)設(shè)計(jì)屬于知識(shí)密集型行業(yè)，它以創(chuàng)新為源動(dòng)力[4]。整合創(chuàng)新、跨界合作已成為工業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)，“跨界設(shè)計(jì)、創(chuàng)新思維、人文基礎(chǔ)、跨文化視野”是新的產(chǎn)業(yè)形式對(duì)設(shè)計(jì)教育提出的挑戰(zhàn)[5]，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是工業(yè)設(shè)計(jì)國際化必要條件，因此，工業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)要共享電子信息、物聯(lián)網(wǎng)、包裝工程、藝術(shù)設(shè)計(jì)等多學(xué)科實(shí)踐教學(xué)資源，形成以工業(yè)設(shè)計(jì)為核心，共同搭建跨學(xué)科、跨專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，打破學(xué)科和專于業(yè)界線，充分實(shí)現(xiàn)不同的學(xué)科的深度結(jié)合和交叉，開闊視眼，解決目前我國的工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)學(xué)科交融性、自主創(chuàng)新性不足的弊端。

（四）以培養(yǎng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力為目標(biāo)

高校專業(yè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)置，很多情況下是按照滿足各學(xué)科、專業(yè)課程教學(xué)所需開設(shè)的實(shí)驗(yàn)來建設(shè)實(shí)驗(yàn)室的，這樣各實(shí)驗(yàn)獨(dú)立成為孤島，沒有形成達(dá)到工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，學(xué)生只是單純完成某一門課程的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的工程意識(shí)，能力培養(yǎng)收效甚微。本著培養(yǎng)學(xué)生綜合工程能力和創(chuàng)新能力，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)圍繞“產(chǎn)品認(rèn)識(shí)—產(chǎn)品拆裝—產(chǎn)品開發(fā)—模型制作—樣品制造—組裝調(diào)試—上色—包裝”的工程鏈模式建設(shè)，煥發(fā)實(shí)驗(yàn)室活力，以專題設(shè)計(jì)和校企合作項(xiàng)目為載體，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生工程能力和創(chuàng)新能力的目標(biāo)。

綜上，工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建框架如圖1。

二、工業(yè)設(shè)計(jì)工程鏈?zhǔn)綄?shí)驗(yàn)室建設(shè)

根據(jù)學(xué)校在區(qū)域的定位、工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)特色和專業(yè)發(fā)展，在中央和地方財(cái)政扶持下，我校工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)有產(chǎn)品認(rèn)識(shí)類實(shí)驗(yàn)室（工業(yè)產(chǎn)品展示廳、玩具拆裝實(shí)驗(yàn)室）、設(shè)計(jì)開發(fā)類實(shí)驗(yàn)室（工作室、模型制作實(shí)驗(yàn)室）、原理創(chuàng)新類設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室、學(xué)科交叉類實(shí)驗(yàn)室、跨專業(yè)共享實(shí)驗(yàn)室。打破原按專業(yè)、課程分類設(shè)置的實(shí)驗(yàn)室，確立以產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、包裝的工程鏈?zhǔn)降膶?shí)驗(yàn)室（圖2），建立階梯漸進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

（一）產(chǎn)品認(rèn)識(shí)類實(shí)驗(yàn)室

產(chǎn)品認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)室使學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)有一個(gè)整體認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的歷史背景、專業(yè)的行業(yè)特點(diǎn)、發(fā)展現(xiàn)狀、對(duì)兒童玩具的概念、設(shè)計(jì)理念、結(jié)構(gòu)，控制、制作工藝等整體知識(shí)的認(rèn)識(shí)，有玩具展廳和玩具拆裝實(shí)驗(yàn)室。玩具展廳陳列有國內(nèi)外不同年代不同種類的兒章玩具，有歷屆畢生生優(yōu)秀作品，低年級(jí)學(xué)生進(jìn)行認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)，明確專業(yè)學(xué)習(xí)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣和學(xué)習(xí)積極性，為后續(xù)的專業(yè)教學(xué)奠定基礎(chǔ)。玩具拆裝實(shí)驗(yàn)室備有遙控機(jī)動(dòng)玩具類、交通玩具類、拼板玩具類、滑板車、積木等玩具供學(xué)生拆裝，達(dá)到認(rèn)識(shí)不同類型的玩具產(chǎn)品的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、材料、產(chǎn)品總成與部件、構(gòu)件之間的關(guān)系以及構(gòu)件之間的連接方式，突出自主學(xué)習(xí)、自我探索的教育理念，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。

（三）原理創(chuàng)新類設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室

創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)有機(jī)構(gòu)陳列展柜和機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺(tái)，認(rèn)識(shí)組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，構(gòu)件之間的連接方式，并根據(jù)機(jī)構(gòu)的組成原理，針對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的功能要求，利用機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺(tái)，不同構(gòu)件通過合理的運(yùn)動(dòng)副組裝成不同的機(jī)構(gòu)，擬定多個(gè)設(shè)計(jì)方案，分析機(jī)構(gòu)的優(yōu)劣勢(shì)，確定最終設(shè)計(jì)方案，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)的創(chuàng)新能力。

（三）設(shè)計(jì)開發(fā)類實(shí)驗(yàn)室

產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作室包含設(shè)計(jì)工作室和模型制作工作室。設(shè)計(jì)工作室團(tuán)隊(duì)由不同年級(jí)的工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生為主，并和藝術(shù)專業(yè)、電子信息專業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)、包裝工程專業(yè)學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)，這樣不同專業(yè)融匯，使設(shè)計(jì)與企業(yè)產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的需求更為契合，激發(fā)出充滿智慧的創(chuàng)意[6]。設(shè)計(jì)工作室配備手繪和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具，利用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，以教師的科研項(xiàng)目、校企合作項(xiàng)目、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)課題和虛擬課題為載體，學(xué)生分組進(jìn)行市場調(diào)研提出設(shè)計(jì)構(gòu)思和方案，利用手繪快速表達(dá)設(shè)計(jì)理念，展示產(chǎn)品的形態(tài)、色彩、材質(zhì)等屬性，通過師生企業(yè)三方論證后進(jìn)入模型制作工作室運(yùn)用油泥、石膏、泡沫塑、ABS等易塑型的材料將設(shè)計(jì)方案實(shí)物化。

模型制作工作室，配有3D打印機(jī)、模型泡沫切割機(jī)、模型雕塑工具、組合小機(jī)床、油泥模型升降平臺(tái)、套裝等主要設(shè)備，根據(jù)模型的材料不同，模型制作工作室分為陶泥模型制作室、石膏模型制作室、油泥模型制作室、木工模型制作室、塑料模型制作室等。學(xué)生動(dòng)手操作設(shè)備制作模型，直觀探索產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu)，不斷完善設(shè)計(jì)方案，然后利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、數(shù)字化設(shè)計(jì)等手段進(jìn)行方案形態(tài)和結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)完善。學(xué)生在設(shè)計(jì)理念，產(chǎn)品功能、產(chǎn)品的形態(tài)、色彩等產(chǎn)品屬性時(shí)，不斷提升理論知識(shí)和發(fā)現(xiàn)新知識(shí)，提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、相互協(xié)作和溝通能力能力，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，培養(yǎng)工程能力。

（四）學(xué)科交叉類實(shí)驗(yàn)室

1.??? 產(chǎn)品制造實(shí)驗(yàn)室隨著工業(yè)設(shè)計(jì)價(jià)值的延伸，傳統(tǒng)的以外觀審美和新型功能結(jié)構(gòu)為主要目的的設(shè)計(jì)觀將無法達(dá)到社會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)行業(yè)提出的新要求，各種功能型、智能型材料和新興的特種工藝、特種設(shè)備成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)的一大推動(dòng)力[5]。產(chǎn)品制造實(shí)驗(yàn)室配有數(shù)控加工中心（CNC）、桌面數(shù)控機(jī)床（桌面CNC）、數(shù)控車床、注塑機(jī)等設(shè)備，利用數(shù)控機(jī)床和加工中心可高效、便利加工各種不同材料的復(fù)雜的造型。產(chǎn)品制造實(shí)驗(yàn)室也實(shí)現(xiàn)了面向制造和服務(wù)教學(xué)，設(shè)計(jì)引入先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)工藝向新材料，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用新技術(shù)、新裝備進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新。

2.??? 跨專業(yè)共享實(shí)驗(yàn)室

智能兒童玩具實(shí)驗(yàn)室整合了人機(jī)交互、電子信息、物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)共享，以兒童玩具為載體，利用微控制器、各種傳感器、硬件電路和主程序、驅(qū)動(dòng)程序、服務(wù)程序?qū)?yīng)實(shí)現(xiàn)兒童玩具各項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)使兒童玩具在視覺、動(dòng)作、聲效和交互等方面的智能化，以大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)支撐創(chuàng)新設(shè)計(jì)。產(chǎn)品測(cè)試實(shí)驗(yàn)室和產(chǎn)品包裝實(shí)驗(yàn)室與包裝工程專業(yè)共享。兒童玩具在實(shí)現(xiàn)功能的前提下，必須考慮安全性、實(shí)用性和便捷性，將人—產(chǎn)品—環(huán)境作為一個(gè)統(tǒng)一和協(xié)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，利用測(cè)試獲得的基本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)存在的缺陷，并尋求解決設(shè)計(jì)問題的方法。展板設(shè)計(jì)、兒童玩具包裝設(shè)計(jì)、營銷宣傳等在數(shù)字快印實(shí)驗(yàn)室和印刷實(shí)驗(yàn)室完成。