陶瓷產(chǎn)品虛擬仿真實驗平臺設(shè)計

張祖耀 王雨莎

摘要：利用現(xiàn)代科技探索陶瓷產(chǎn)品的設(shè)計維度，提升文化自信，更好地滿足學習需求及教學需求?；贠BE教育理念，從陶瓷產(chǎn)品設(shè)計的教學需求及學生需求出發(fā)，利用KANO-QFD模型分析用戶的需求權(quán)重，進而確定平臺設(shè)計要素的權(quán)重值。依據(jù)權(quán)重值大小搭建實驗平臺信息架構(gòu)，產(chǎn)出陶瓷產(chǎn)品設(shè)計虛擬仿真實驗平臺，包括知識學習、仿真實驗、實驗報告三大模塊。平臺探討了以學生為中心的藝科融合創(chuàng)新教育平臺設(shè)計的方法，為其他虛擬仿真實驗教育平臺設(shè)計提供了新思路和新方法。滿足了老師及學生對陶瓷產(chǎn)品設(shè)計的教學研究需求。

關(guān)鍵詞：BE理念；陶瓷產(chǎn)品設(shè)計；QFD模型；虛擬仿真平臺；KANO-QFD

中圖分類號：G434.0 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2023）23-0064-05

Abstract：Using modern science and technology to explore the design dimension of ceramic products，enhance cultural self-confidence，and better meet the needs of learning and teaching.Based on the concept of OBE education，starting from the teaching needs and students needs of ceramic product design，the KANOQFD model is used to analyze the weights of users needs，and then the weights of platform design elements are determined.According to the weight value，the information architecture of the experimental platform is built，and the virtual simulation experimental platform of ceramic product design is produced.The platform includes three modules：knowledge learning，simulation experiment and experimental report，which well meets the teaching and research needs of teachers and students for ceramic product design，and responds to the needs of cultural inheritance and transformation，digital intelligence trend and innovative personnel training. The platform design also discusses the design method of student-centered art and science integration innovation education platform，which provides new ideas and methods for other virtual simulation experiment education platform design.

Keywords：OBE concept；Ceramic product design；QFD Model；Virtual simulation platform；KANO-QFD

引言

近年來，隨著信息化和大數(shù)據(jù)技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)文化與高新科技的融合傳承成為推進文創(chuàng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和中國文化傳播的重要途徑。陶瓷作為一種古老的中華文化，不僅是工藝文明的燦爛瑰寶，也是民族文化的有形象征[1]。探索陶瓷產(chǎn)品設(shè)計與現(xiàn)代科技的融合，拓展陶瓷文創(chuàng)產(chǎn)品的設(shè)計維度，成為陶瓷文化傳承與產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)展的最佳舉措。新的數(shù)字時代，虛擬仿真作為一種新的教育生產(chǎn)力，具有建設(shè)周期短、成本低、反饋及時等優(yōu)點。在藝科融合教育中，學生能利用計算機對實體實驗進行虛擬模擬，極大地突破了學校教學環(huán)境條件的限制，能夠快速響應(yīng)學校實踐教學與學生產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計實踐的需求[2]。

所以，在信息化時代，學生能利用虛擬仿真實驗對學生進行陶瓷產(chǎn)品設(shè)計的實踐教學培養(yǎng)就顯得尤為重要。但是，目前關(guān)于虛擬仿真實驗設(shè)計平臺的開發(fā)，無法在教學需求與學生需求之間找到平衡點，部分平臺的教學模式偏重以教師為中心，重視教師教學內(nèi)容，導致學生參與度不高、學習成果不理想；其他小類平臺則過于注重學生需求，偏離教育平臺教學的本質(zhì)，導致教學平臺逐漸發(fā)展成學生娛樂社交平臺。研究基于學習產(chǎn)出理念（Outcome-based education，縮寫為OBE）及質(zhì)量功能展開（Quality Function Deployment，縮寫為QFD）模型，從學生的需求角度出發(fā)，利用虛擬仿真技術(shù)，創(chuàng)新型的設(shè)計開發(fā)了面向產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)的陶瓷虛擬仿真實驗平臺，提升了學生的專業(yè)實踐能力及學習效率。

一、概念闡述

質(zhì)量功能展開（QFD）是由赤尾洋二定義的一種產(chǎn)品開發(fā)和質(zhì)量保證的方法論，其利用矩陣框架的形式，將用戶需求轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品的設(shè)計要求，并確定設(shè)計要求的最終重要度權(quán)重，然后在產(chǎn)品設(shè)計階段就把需求結(jié)合到最終的產(chǎn)品開發(fā)過程，從而使產(chǎn)品更加符合用戶需求[3]。KANO模型被廣泛用于分析用戶需求、識別用戶滿意度的有用工具，通過正交軸的方式對用戶的需求元素進行分類與優(yōu)選級的排序[4]。通過卡諾模型與QFD模型結(jié)合的方式，能增強設(shè)計團隊對用戶需求的理解，以便開發(fā)的產(chǎn)品在不忽略主要要求的情況下具有吸引人的特征，從而使產(chǎn)品或服務(wù)能夠更顯著地滿足客戶，并向市場提供合格的產(chǎn)品。

學習產(chǎn)出理念（Outcome-based education，縮寫為OBE）是國際工程教育界認可的先進教育理念，強調(diào)以學生為中心，以學習成果為導向的人才培養(yǎng)模式[5]。在OBE教育體系中，教育者需對學生畢業(yè)所達到的能力及水平有清楚的構(gòu)想，從宏觀上來說，OBE理念要求教育者從需求出發(fā)制定專業(yè)培養(yǎng)目標（教學成果），依據(jù)培養(yǎng)目標來決定學生畢業(yè)應(yīng)達到的要求，從而構(gòu)建綜合的課程體系[6]。從微觀上來說，我國目前正在實行的“工程教育認證”是OBE教育理念的具體實施，旨在培養(yǎng)學生的研究、分析、學習、實踐等能力，對于具體的課程內(nèi)容教學設(shè)計，可以將此認證體系作為依據(jù)建立課程目標，進而設(shè)定課程內(nèi)容[7]。因此，OBE理念的提出為教育平臺設(shè)計提供了新的參照視角和借鑒路徑。陶瓷產(chǎn)品設(shè)計虛擬仿真實驗平臺將OBE理念作為指導方式，先行對課程目標進行構(gòu)建，再進行課程內(nèi)容需求的探索與實踐，最后，學生的成果反饋不斷地改進驗證課程目標的設(shè)定及課程內(nèi)容的設(shè)計。這樣的方式既能使課程設(shè)計在滿足教學需求的同時，又能更好地滿足大學生自身發(fā)展的內(nèi)在需求，而且也在QFD設(shè)計流程中對前期需求收集提供方向，做到高效準確的設(shè)計推進。

二、陶瓷產(chǎn)品虛擬仿真實驗平臺設(shè)計方法與流程

（一）陶瓷產(chǎn)品虛擬仿真實驗平臺的創(chuàng)新研究方法

陶瓷產(chǎn)品虛擬仿真實驗平臺依據(jù)OBE教育理念的指導，不斷地對課程教學進行改進。在需求收集階段以工程認證體系為標準，首先，構(gòu)建陶瓷產(chǎn)品設(shè)計課程教學目標，即學生基礎(chǔ)能力需求目標，并依據(jù)此課程目標對具體的課程內(nèi)容需求進行分類挖掘，隨后剔除需長時間培養(yǎng)或借助其他平臺才能滿足的需求。其次，為了讓網(wǎng)站設(shè)計更好地滿足學生需求，在QFD模型的指導下，我們采用KANO模型分析學生對課程需求的滿意度，并進行需求要素權(quán)重的調(diào)整。再次，利用質(zhì)量屋矩陣框架將這些課程需求轉(zhuǎn)換為實驗平臺開發(fā)所需的設(shè)計要素，并確定網(wǎng)站的最終設(shè)計要素權(quán)重，進行優(yōu)選級的排序。對于權(quán)重大的設(shè)計要素加大其在實驗平臺中的比例；對于權(quán)重小的設(shè)計要素，考慮到OBE理念的導向性也不應(yīng)舍棄，縮小其在平臺中的設(shè)計比例。最后，基于這種OBE-QFD集成方法，為陶瓷產(chǎn)品虛擬仿真實驗平臺提供設(shè)計指導，產(chǎn)出最終的設(shè)計方案。其具體設(shè)計流程如圖1。

（二）基于OBE理念的陶瓷產(chǎn)品設(shè)計課程目標設(shè)定

基于OBE理念的教育平臺設(shè)計將以學生成果產(chǎn)出和持續(xù)改進作為重點，對于陶瓷虛擬仿真實驗課程的設(shè)計，根據(jù)工程認證體系下的畢業(yè)要求進行該課程教學設(shè)計目標的搭建，一個畢業(yè)要求可能有多個課程目標支撐，學生的成果產(chǎn)出即完成此課程目標學生應(yīng)具備的能力。

根據(jù)“工程認證體系”的其中5個標準：工程知識、問題分析、設(shè)計解決方案、溝通、終身學習，分析陶瓷產(chǎn)品設(shè)計課程目標。得到陶瓷產(chǎn)品設(shè)計課程目標主要包括5部分：陶瓷知識應(yīng)用能力，即掌握陶瓷產(chǎn)品設(shè)計的基礎(chǔ)知識與方法；陶瓷生產(chǎn)制作能力，即能夠應(yīng)用陶瓷相關(guān)知識制作陶瓷；陶瓷產(chǎn)品創(chuàng)新能力，即能夠設(shè)計符合規(guī)范、滿足用戶日常需求的陶瓷產(chǎn)品；陶瓷文化傳播能力，即能夠就陶瓷產(chǎn)品設(shè)計問題與業(yè)界交流，撰寫設(shè)計文稿；陶瓷產(chǎn)品設(shè)計計算機輔助能力即能跟蹤技術(shù)前沿，思考利用計算機知識跟進陶瓷產(chǎn)品設(shè)計，適應(yīng)社會發(fā)展。

（三）基于OBE理念的陶瓷虛擬仿真實驗平臺內(nèi)容需求分析

基于OBE認證體系得到了陶瓷產(chǎn)品設(shè)計課程目標，對于課程內(nèi)容的設(shè)計，需要綜合協(xié)調(diào)學校、老師、學生、社會行業(yè)等多方利益相關(guān)者的意見，依據(jù)課程目標進行需求的調(diào)研，進而轉(zhuǎn)化為陶瓷虛擬仿真實驗平臺需求。本研究采用市場分析、文獻查閱、訪談等方法收集利益相關(guān)者關(guān)于陶瓷產(chǎn)品設(shè)計五個課程目標下的具體需求，共計原始需求81條，利用親和圖法（KJ法）剔除相同需求進行聚類分析，得到陶瓷產(chǎn)品設(shè)計課程需求共19項，如圖2。由于陶瓷虛擬仿真實驗只是陶瓷產(chǎn)品設(shè)計課程中的一部分，綜合考慮剔除需要學生長期積累及借助其他軟件平臺的需求：能進行陶瓷造型草圖繪制、能利用3D軟件設(shè)計陶瓷造型、能利用平面軟件繪制陶瓷裝飾紋樣、能繪制陶瓷設(shè)計構(gòu)造圖。

（四）基于KANO-QFD模型的需求權(quán)重確定

通過OBE理念指導下的課程需求帶有一定的主觀性，需要利用相關(guān)參數(shù)量化進行需求要素權(quán)重的計算。在QFO的設(shè)計流程中，質(zhì)量屋通過直觀的矩陣框架表達需求轉(zhuǎn)換的過程。其中需求要素權(quán)重主要由需求初始重要度與市場競爭性評估決定，市場競爭性評估通常分兩個步驟，其一是調(diào)查用戶對目前產(chǎn)品的滿意度及競爭對手的產(chǎn)品滿意度，其二是設(shè)計者要根據(jù)第一個步驟獲得的數(shù)據(jù)進行需求目標滿意度的設(shè)定，即新產(chǎn)品開發(fā)后希望達到的用戶滿意度值，通過這兩個步驟可以計算需求的原始滿意度改進率[8]。KANO模型的滿意度系數(shù)特性能讓設(shè)計者判斷哪些用戶需求需要優(yōu)先考慮，所以根據(jù)Tan和Tontini的研究，可在需求滿意度改進率的計算中加入滿意度系數(shù)，結(jié)合KANO分類屬性K值（對于魅力型需求、期望需求、基本型需求、無關(guān)需求，K對應(yīng)的取值分別為1.5、1、0.5、0）計算滿意度改進率[9]。最后，需求要素權(quán)重（Wi）的具體值是由用戶需求初始重要度（Ki）、滿意度系數(shù)（Fi）、KANO需求分類參數(shù)（k）、需求原始滿意度改進率（IRo）的綜合計算所得，具體計算見公式1。

陶瓷虛擬仿真實驗平臺由于各設(shè)計要素權(quán)重值不同，各功能模塊中信息層級的劃分與界面展現(xiàn)也不同。對于權(quán)重值較高的部分，應(yīng)將其作為重點設(shè)計內(nèi)容，著重考慮且放在界面顯眼的地方，降低用戶的界面操作復雜度；對于權(quán)重值相對較低的部分可以減少其在平臺中的比例，依據(jù)實際情況精簡設(shè)計。得到的平臺架構(gòu)圖，如圖5所示。

（二）平臺界面設(shè)計

平臺界面設(shè)計是信息架構(gòu)的具體化產(chǎn)出，合理規(guī)劃排布各設(shè)計元素的位置關(guān)系，思考設(shè)計元素的具體展現(xiàn)方式，并進行對應(yīng)的視覺設(shè)計，其部分界面設(shè)計圖如圖6所示。

在陶瓷實驗平臺的知識學習模塊設(shè)計中，思考了各個知識點的連貫性，平臺以知識鏈為主線按層次遞進構(gòu)建陶瓷產(chǎn)品的相關(guān)理論知識體系，搭建了相應(yīng)的知識架構(gòu)[17]。對權(quán)重值最高的經(jīng)典陶瓷的造型及美感解析、風格解析部分設(shè)置了視頻及鼠標觸摸互動顯示解析文字，同時加入在線互動專欄區(qū)，學生可自由發(fā)表自己的想法，增加了平臺的趣味性。

在3D仿真實驗?zāi)K的設(shè)計中，根據(jù)陶瓷生產(chǎn)流程進行了界面功能的規(guī)劃，從陶瓷的成型到裝飾，再到燒制，最后到陳列，這是一條完整的信息流。依據(jù)各個設(shè)計要素權(quán)重值的大小，著重對陶瓷的裝飾流程進行了設(shè)計，陶瓷的陳列流程則僅設(shè)計了單個上傳按鈕，學生自由上傳陳列方案。裝飾流程中，學生能自由選擇釉上彩及釉下彩的體驗過程，包含肌理、紋樣、施釉三部分。肌理部分可拖動不同的肌理樣式，并調(diào)整其大小、密度、深度，對前期用戶做好的陶瓷坯體進行參數(shù)化雕刻設(shè)計；紋樣部分可選用紋樣庫中的裝飾紋樣，也可上傳自己繪制的紋樣圖案，并調(diào)整圖案的大小及附著角度；施釉部分根據(jù)市面上的釉色提供不同色系的釉色球，設(shè)置噴釉、淋釉、刷釉、浸釉4種施釉工具，學生可體驗不同的施釉方式。

實驗報告是其最后環(huán)節(jié)，根據(jù)每個知識模塊所占權(quán)重，設(shè)置不同個數(shù)題目及分值進行考核，實驗后能查看并導出學生各模塊分值及最終陶瓷作品報告，作品同時會分享到平臺首頁供大家交流欣賞，讓學生深入體會到實驗的成果魅力。

四、實驗平臺設(shè)計驗證

實驗后，對參與課程學習的68名學生的學習情況進行滿意度問卷調(diào)查，從學習內(nèi)容及實驗性能兩方面出發(fā)進行實驗評價。學習內(nèi)容包括對陶瓷歷史文化知識、陶瓷的生產(chǎn)制作、陶瓷產(chǎn)品的設(shè)計創(chuàng)新、陶瓷文化的傳播能力的掌握情況；實驗性能包括實驗創(chuàng)新性、實驗界面友好性、實驗操作便捷性、實驗運行穩(wěn)定性、實驗過程沉浸性。實驗共收到68份有效問卷，其結(jié)果如圖7所示。

由問卷結(jié)果可知，學生對此實驗的綜合滿意度相對較高。其中，陶瓷的生產(chǎn)制作部分學生滿意度最高，陶瓷產(chǎn)品的設(shè)計創(chuàng)新次之，說明OBE理念及QFD理論的結(jié)合教學應(yīng)用得到了學生的認可。而文化傳播能力的培養(yǎng)滿意度較低，這與前期設(shè)計分析中此部分需求權(quán)重較小，實驗中相應(yīng)減弱了此部分的設(shè)置相關(guān)，教師應(yīng)在日常教學中配合其他教學工具進行此部分知識的教學。實驗過程的沉浸性滿意度也相對較低，詢問部分學生得知由于實驗不能真正觸摸陶瓷，且操作環(huán)境相對比較嚴肅，實驗過程缺乏聲音的配合與指導，導致實驗體驗感不佳。

結(jié)論

本研究首先基于OBE理念明確了陶瓷產(chǎn)品設(shè)計課程的教學流程，并構(gòu)建了陶瓷產(chǎn)品設(shè)計課程的教學目標，進而通過調(diào)研的方式得到課程教學的需求。在此基礎(chǔ)上采用KANO-QFD集成模型對教學需求進行分析并轉(zhuǎn)化為實驗平臺的設(shè)計要素，利用QFD理論的質(zhì)量屋計算設(shè)計要素的權(quán)重值并排序，為實驗平臺的實驗設(shè)計方式及界面設(shè)計提供了方向與依據(jù)，從而構(gòu)建了新時代下的陶瓷產(chǎn)品設(shè)計語言與文化體系。整個設(shè)計流程都以學生為中心，解決了傳統(tǒng)教育平臺開發(fā)無法很好地平衡教學需求及學生需求的問題，使課程設(shè)計更好地滿足大學生自身發(fā)展的需求。通過建設(shè)此虛擬仿真實驗，能夠為陶瓷產(chǎn)品的創(chuàng)造創(chuàng)作條件，推進學生的實踐教學，學生能通過設(shè)計實踐，實現(xiàn)陶瓷產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新，提升其創(chuàng)作能力，并通過不斷的文化熏陶，培養(yǎng)創(chuàng)新與人文素養(yǎng)，提升社會責任感。

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