面向產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計課程改革探索*

袁雷池 姜 欣 趙軍靜

（武漢工程大學,湖北武漢 430000）

一、引言

產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)培養(yǎng)要求是通過學習產(chǎn)品設(shè)計的基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識，培養(yǎng)具有應(yīng)用設(shè)計原理和方法解決各種設(shè)計問題，合理協(xié)調(diào)產(chǎn)品設(shè)計與社會生態(tài)、用戶、市場、功能、色彩、結(jié)構(gòu)、材料、工藝等的相互關(guān)系，并將這些關(guān)系綜合地表現(xiàn)在產(chǎn)品及服務(wù)設(shè)計上的基本能力的學生。從培養(yǎng)要求可以看到結(jié)構(gòu)在產(chǎn)品設(shè)計教學中的重要性，所以產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)開設(shè)了結(jié)構(gòu)設(shè)計課程，然而產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)的學生在做設(shè)計時，仍因忽略產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)工藝，造成設(shè)計的產(chǎn)品過于概念化，脫離生產(chǎn)實際，可行性低。為了讓學生掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計知識，培養(yǎng)其主動性與創(chuàng)造性，課程組對結(jié)構(gòu)設(shè)計課程的教學內(nèi)容、教學方法和教學手段等方面進行了改革探索。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計課程教學中存在的主要問題

（一）產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計課程開設(shè)時間短，課程設(shè)置參考了機械設(shè)計專業(yè)，課程內(nèi)容過于工科化，這對于藝術(shù)類出身的產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)學生來說難度很大。因其數(shù)理知識較弱，邏輯思維能力較差，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計課堂中常常出現(xiàn)聽不懂、跟不上等理解困難的現(xiàn)象。

（二）哈佛大學的馬祖爾教授意識到了以教為主的弊端,提出了同伴教學的概念。國內(nèi)外很多學者在教學方法方面做了很多研究,提出了很多以學為主的學習模式,比如翻轉(zhuǎn)課堂模式、探究式學習模式、研究為導向的學習模式等。而結(jié)構(gòu)設(shè)計課程仍處于傳統(tǒng)的“知識講授主導課堂”的教學模式下，教學模式單一，學生被動地學習，缺乏積極性與主動性。有些知識點即使在課堂上多次強調(diào),學生仍然難以理解，掌握的程度達不到教學目標。

（三）當今高校新工科和OBE教學改革的一個重要方面是要改變傳統(tǒng)課堂教學中的填鴨式教學模式，提高學生實踐動手能力。而結(jié)構(gòu)設(shè)計課程教學重理論輕實踐，實踐教學內(nèi)容嚴重不足，急需增加。

三、教學改革探索與實踐

為解決在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計理論教學的同時提高學生實踐能力這一教改難題，結(jié)構(gòu)設(shè)計課程組調(diào)整了課程結(jié)構(gòu)與內(nèi)容，擴展了計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計、VR結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)品拆裝與3D打印模型制作等實驗，大幅度增加了課程的實踐動手的時間，讓學生通過大量實踐驗證相關(guān)理論知識。為提高課堂教學效率，課程組探索了新的課程教學方式，把部分課程內(nèi)容移至線上授課，線上開放課件、教學視頻、實驗流程等資源，采用了線上線下混合式的教學模式。具體實施如下。

（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計課程內(nèi)容介紹

本課程是產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)的必須課，課程主要包含兩大部分：結(jié)構(gòu)設(shè)計理論知識與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計案例實驗教學。理論知識主要講述產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計概述、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的材料、金屬鑄造與沖壓工藝、注塑工藝與塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計等。實驗部分教學主要是通過計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計、VR虛擬拆裝研究、3D打印結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)等實驗完成一款簡單生活用品，使學生認識從產(chǎn)品設(shè)計到結(jié)構(gòu)設(shè)計、再到VR虛擬拆裝結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)品、最后到實物模型驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計的完整過程，加深其對結(jié)構(gòu)設(shè)計知識理解。

從時間安排上分為三個部分：a課程前，課程組開放結(jié)構(gòu)設(shè)計線上課程的課件，讓學生提前了解課程結(jié)構(gòu)，預(yù)習課程內(nèi)容與實驗流程。b課程中，采用線上理論授課與線下實驗授課混合的方式。c課程后，持續(xù)開放課程已有的課件和視頻案例教學，學生可以在線上自由加深學習。課程組會持續(xù)的改進課程內(nèi)容，豐富課程線上資源庫，學生也可以進一步擴展學習。

（二）課程實施過程

1.改變傳統(tǒng)理論知識教學為線上理論知識教學和線下作業(yè)研究

把結(jié)構(gòu)設(shè)計理論知識部分的教學轉(zhuǎn)變?yōu)榫€上教學，將原來的紙質(zhì)的教材和課程作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€上課程教學系統(tǒng)，再輔以線上多媒體課件、教學視頻、課程直播等使教學手段更加豐富多樣化。通過提前開放課程課件，學生可提前了解課程結(jié)構(gòu)，預(yù)習相關(guān)課程內(nèi)容。多媒體的運用讓結(jié)構(gòu)設(shè)計的課堂擺脫了傳統(tǒng)的枯燥課程形式，課程組把最新課程相關(guān)的教學視頻與圖片等資源融入課件中，讓知識的傳遞方式更加多樣化，讓學生學習的過程更加愉悅，更能吸引大家注意力，調(diào)動其積極性。線上直播課內(nèi)容回放功能，學生可以在課堂之外可以自由選擇時間加深學習，更有利于課程理解不透徹的學生重復觀看以加深學習。

為提高藝術(shù)類學生對結(jié)構(gòu)設(shè)計的興趣，加強他們的動手能力，針對每一次理論課程內(nèi)容，設(shè)置了對應(yīng)的線下研究作業(yè)。研究作業(yè)以小組形式完成，每組人數(shù)2～4人，團隊協(xié)作動手研究目標，討論分析結(jié)果，線上提交研究活動照片與研究結(jié)果圖片視頻等。例如，線下研究作業(yè)1：小組拆解一款產(chǎn)品，研究其結(jié)構(gòu)連接與固定方式，圖注說明。讓大家分小組進行動手實踐，通過拆解不同的產(chǎn)品，更直觀的學習到結(jié)構(gòu)設(shè)計的連接、限位與固定等知識。小組研究作業(yè)讓學生把理論知識運用到了實際動手活動中，改變了傳統(tǒng)枯燥乏味的課堂教學，提高了藝術(shù)類學生的學習興趣，調(diào)動了學生學習的積極性，并培養(yǎng)了他們團隊協(xié)作能力。

2.計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計案例教學

計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計部分的教學方式可以自由調(diào)節(jié)，可以采用線上直播授課或者線下課堂授課。線下課堂學習氛圍優(yōu)于線上直播課堂，線上課堂對學生的管控不夠全面，但是線上直播課堂更方便學生課后加深學習。也可以采用線上線下結(jié)合的方式進行，線下課堂授課，線上更新課堂視頻內(nèi)容供學生自由的加深學習。線上答疑優(yōu)于線下答疑，借助現(xiàn)在方便快捷的互動工具，線上答疑時間更加靈活，答疑形式更加方便，如可以通過QQ、微信等進行語音與視頻交流，也可以進行遠程控制學生電腦進行輕松指導等。

計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是指導學生使用CREO完成一款簡單生活產(chǎn)品的設(shè)計，包括產(chǎn)品造型設(shè)計與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計兩個部分。例如，指導學生設(shè)計一款簡單遙控器，首先完成遙控器的整體造型設(shè)計，設(shè)計上下殼分型面，電池倉分型面，按鍵分型面等，理解分型面的概念，掌握分型面于產(chǎn)品的作用。其次完成產(chǎn)品上殼與下殼的連接與固定、電池倉結(jié)構(gòu)設(shè)計、電池倉蓋與下殼的連接與裝配、硅膠按鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計、按鍵與上殼體的固定與裝配、線路板的限位與裝配等。最后進行零件裝配的干涉分析，檢測結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，對零件沖突的地方進行修改。通過計算機輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計實驗，讓學生認識到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對產(chǎn)品造型的影響，認識到產(chǎn)品設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計的密切關(guān)系，認識到產(chǎn)品設(shè)計不考慮結(jié)構(gòu)的不良后果，進而使學生在以后做設(shè)計時，能充分考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高其設(shè)計的合理性與可行性。

3.VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入結(jié)構(gòu)設(shè)計課程——VR虛擬拆裝結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)品

為了進一步提高學生對課程的興趣，提高其實踐動手能力，提高學生對VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的認知，基于學院的VR虛擬實驗教學平臺，開發(fā)了產(chǎn)品拆裝與造型設(shè)計輔助系統(tǒng)，把VR虛擬現(xiàn)技術(shù)實融入結(jié)構(gòu)設(shè)計課程中，設(shè)置了VR虛擬產(chǎn)品拆裝實驗。實驗課程前，線上開放VR虛擬產(chǎn)品拆裝實驗流程、方法與注意事項等，學生可以預(yù)習實驗流程，提前做好實驗準備工作。課程中輔導學生把CREO完成的結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)品模型導入進渲染軟件中，為自己的遙控器設(shè)置好環(huán)境、材質(zhì)、貼圖與光效等，最后導入到VR虛擬拆裝系統(tǒng)中，設(shè)置各部件的拆裝順序，通過VR眼鏡觀測產(chǎn)品的三維立體虛擬仿真效果，也可以通過操縱手柄對產(chǎn)品進行拆卸與組裝。通過VR虛擬產(chǎn)品拆裝實驗，學生可以更直觀地觀察自己設(shè)計的遙控器的造型與結(jié)構(gòu)，加深對產(chǎn)品內(nèi)部空間的認識，還可以找出結(jié)構(gòu)設(shè)計中的缺點與不足。學生對這種把VR虛擬現(xiàn)實融入結(jié)構(gòu)設(shè)計課程的新型教學方式充滿了熱情，積極性很高。

4.3D打印技術(shù)融入結(jié)構(gòu)設(shè)計課程——3D打印零件組裝結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)品

為進一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計課程理論教學與實踐教學的比重，加深學生對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的理解，課程組把3D打印技術(shù)也融入結(jié)構(gòu)設(shè)計課程中，設(shè)置了3D打印實驗。學院3D打印實驗室設(shè)有4臺3D打印機，學生可以使用3D打印機制作實物模型。實驗課程前，線上開放3D打印軟件的基礎(chǔ)教學、3D打印實驗流程與注意事項等，學生可以預(yù)習相關(guān)知識，提前做好實驗準備工作。課程中，教師輔導學生把CREO完成的結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)品模型導入進3D打印軟件中，設(shè)置打印精度、切片厚度、填充率等相關(guān)3D打印參數(shù)，打印出結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)品的各個零件，并手工把零件組裝產(chǎn)品模型。學生通過觀察與觸摸實物模型，可以更直觀地分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性與可行性，在實際動手操作中學習結(jié)構(gòu)設(shè)計知識，真正地做到理論聯(lián)系實際。這個實驗環(huán)節(jié)不僅增強了學生對結(jié)構(gòu)設(shè)計知識點的理解，提高了學生課程教學活動參與度和動手能力，有效地提高了教學效果，還讓學生掌握了基礎(chǔ)的3D打印知識。

四、結(jié)語

通過調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計課程結(jié)構(gòu)，大幅度增加了實踐動手課程內(nèi)容，讓學生在實踐中驗證理論，加深學生對結(jié)構(gòu)設(shè)計知識點的掌握程度，課程教學方式轉(zhuǎn)變?yōu)槔碚撆c實踐并重型；通過采用線上線下混合式的教學模式，擺脫了傳統(tǒng)的枯燥課堂，使課程的教學方法更加豐富，讓知識的傳遞方式更加多樣化。結(jié)構(gòu)設(shè)計課程改革，有效調(diào)動起藝術(shù)類學生的學習興趣，提高了其主動性與積極性，提高了教學效果，使課程更適配產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)，更符合OBE教學改革的要求，對產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)的課程體系構(gòu)建與人才培養(yǎng)具有重要意義。