產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理課程改革研究
——以安徽工程大學(xué)為例

程華波，劉明彬

安徽工程大學(xué)，安徽 蕪湖 241000

一、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理課程開設(shè)現(xiàn)狀及意義

（一）專業(yè)背景

工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)隸屬于工學(xué)機(jī)械類。全國開設(shè)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的高校生源大都來源于理科生，因此，該專業(yè)學(xué)生的學(xué)科背景是理工類，具有良好的數(shù)理分析及計(jì)算能力、理性思維能力。國內(nèi)部分高校的工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)設(shè)立在機(jī)械學(xué)院、建筑學(xué)院或者其他理工院系，少部分設(shè)立在藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院或信息傳播學(xué)院等文科院系。2018年教育部高等學(xué)校教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)編制的《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《國標(biāo)》），《國標(biāo)》中指出：工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)適用機(jī)械類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)科基礎(chǔ)知識應(yīng)該覆蓋以下知識領(lǐng)域核心內(nèi)容：工程圖學(xué)、力學(xué)、熱流體、電工電子學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)等，并要求數(shù)學(xué)和自然科學(xué)類課程至少占總學(xué)分15%?？傮w上，機(jī)械類專業(yè)更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生自然科學(xué)、工程科學(xué)以及機(jī)械學(xué)科及相關(guān)學(xué)科專業(yè)知識的融合，更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生只適合能力的融合，更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生設(shè)計(jì)、創(chuàng)新和工程技術(shù)應(yīng)用能力培養(yǎng)[1]。根據(jù)《國標(biāo)》要求，高校工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)開設(shè)的學(xué)科基礎(chǔ)必修課包括：機(jī)械制圖（或工程制圖）、機(jī)械基礎(chǔ)、大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)、電工學(xué)等理工課程。

目前，工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)設(shè)在理工院系，專業(yè)課出現(xiàn)“重理輕文”現(xiàn)象。例如開設(shè)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、材料學(xué)、先進(jìn)制造工藝學(xué)、電子技術(shù)、信息處理技術(shù)等大量理工課程，而產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理、產(chǎn)品設(shè)計(jì)程序、設(shè)計(jì)表現(xiàn)、電腦建模等設(shè)計(jì)學(xué)課程卻偏少。工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)設(shè)立在藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院或其他文科院系的高校，專業(yè)課出現(xiàn)“重文輕理”現(xiàn)象，開設(shè)標(biāo)志設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)思維、設(shè)計(jì)程序、家具設(shè)計(jì)、玩具設(shè)計(jì)、產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)等大量設(shè)計(jì)類課程，而機(jī)械制圖、電工學(xué)、力學(xué)等理工課程被削減，僅僅保留機(jī)械基礎(chǔ)、大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)等極少數(shù)理工課程，更有甚者，理工課程全部去掉。鑒于以上兩種極端現(xiàn)象，導(dǎo)致了工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)理工課程和設(shè)計(jì)類課程不能協(xié)調(diào)平衡發(fā)展，并且長期處于割裂狀態(tài)，少有將理工知識向設(shè)計(jì)知識過渡的課程。

（二）課程背景及意義

工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)人才需要具備解決問題的實(shí)踐能力，理工科課程培養(yǎng)的理性思維需要向感性思維轉(zhuǎn)變，科學(xué)分析能力需要與實(shí)際問題相結(jié)合，否則就容易使得機(jī)械原理、材料學(xué)等理工知識出現(xiàn)“學(xué)而無用”的尷尬局面。目前一些工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)開設(shè)較早的院校已經(jīng)意識到理工知識與設(shè)計(jì)知識相割裂、無銜接過渡的問題，專門開設(shè)了相關(guān)課程來緩解矛盾。不同于《機(jī)械基礎(chǔ)》《機(jī)械原理》課程，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理課程是作為工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生《大學(xué)物理》《機(jī)械基礎(chǔ)》后續(xù)課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生工科計(jì)算分析能力向設(shè)計(jì)思維、設(shè)計(jì)能力轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生將工程知識與設(shè)計(jì)能力融合的能力而開設(shè)的過渡性專業(yè)課，是工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)必開設(shè)的專業(yè)課之一。

二、安徽工程大學(xué)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理課程介紹

安徽工程大學(xué)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)2012年開設(shè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理，持續(xù)至今，課程根據(jù)培養(yǎng)方案共有2次修訂。2018年，根據(jù)《國標(biāo)》及學(xué)校對工科實(shí)驗(yàn)課時(shí)要求。課程從純理論課調(diào)整為理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合課程。32學(xué)時(shí)中理論課時(shí)為24學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)為8學(xué)時(shí)。反向設(shè)計(jì)是從需求開始,由需求決定培養(yǎng)目標(biāo),再由培養(yǎng)目標(biāo)決定畢業(yè)要求,再由畢業(yè)要求決定課程體系[2]。因此，根據(jù)人才培養(yǎng)方案，課程由理論講解為主，開始轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)和設(shè)計(jì)為主。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理課程教學(xué)大綱從2012年制定以后，后面修訂2次。最近一次在2016年修訂，確定了課程目標(biāo)為：1.樹立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工作原理的意識，糾正工業(yè)設(shè)計(jì)僅僅是做外觀造型設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤觀念，樹立正確的、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀。2.掌握常見產(chǎn)品中的折疊構(gòu)造、契合構(gòu)造、連接構(gòu)造、力學(xué)構(gòu)造、連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征及應(yīng)用方法。具備繪制運(yùn)動(dòng)簡圖能力和原理表述能力。3.具備根據(jù)產(chǎn)品的運(yùn)作方式構(gòu)想內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理的能力，能綜合運(yùn)用所學(xué)的工學(xué)知識對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。2018年修改教學(xué)大綱，增加認(rèn)知實(shí)踐內(nèi)容。

開課之初，由于參考經(jīng)驗(yàn)較少，所以授課內(nèi)容仍以《機(jī)械原理》相關(guān)內(nèi)容考核基本知識點(diǎn)為主，以產(chǎn)品常用構(gòu)造應(yīng)用講解為輔，課程的考核方式為閉卷考試。2016年，課程內(nèi)容及授課方式進(jìn)行了調(diào)整，從單純理論講解到實(shí)踐應(yīng)用舉例與分析講解，考核方式從閉卷考試到課題設(shè)計(jì)。經(jīng)過調(diào)整后，課程效果比較好，一直沿用至今。

三、課程所遇到的問題及思考

2012年，開設(shè)該課程的目的是解決工科知識和設(shè)計(jì)學(xué)實(shí)踐相脫離的問題，“在新工科建設(shè)中，工科優(yōu)勢高校要立足產(chǎn)業(yè)、立足工科，主動(dòng)出擊，積極吸收最新科技成果，同時(shí)消除傳統(tǒng)工科間的隔閡，展自身學(xué)科所長，加速工科間的交叉融合，拓展工科專業(yè)的內(nèi)涵和建設(shè)重點(diǎn)，打造工程學(xué)科專業(yè)的升級版”[3]。安徽工程大學(xué)是一所以工科為主的高校，工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)設(shè)立在藝術(shù)學(xué)院，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理在授課過程遇到了不少問題。

1.注重理論講授，關(guān)注對“物”及其原理的講解，缺少設(shè)計(jì)思維及發(fā)現(xiàn)問題能力的培養(yǎng)。國內(nèi)相關(guān)課程不多，體系不完善，教材較少，因此缺乏好的經(jīng)驗(yàn)。安徽工程大學(xué)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理課程最早征訂的教材是2011年由葉丹、孔敏編著的《產(chǎn)品構(gòu)造原理》，該教材是藝術(shù)設(shè)計(jì)類專業(yè)指導(dǎo)叢書，主要對產(chǎn)品的普通構(gòu)造進(jìn)行了普及講解，比較適合產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生使用；2014年，課程教材采用的是劉寶順編著、中國建筑工業(yè)出版社的《產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》。該教材是將材料加工工藝與機(jī)械原理相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行整理，注重產(chǎn)品工作原理講解，比較適合機(jī)械類專業(yè)學(xué)生；2016年，課程改用葉丹、董潔晶編著的《構(gòu)造原理——產(chǎn)品構(gòu)造設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》。該教材與《產(chǎn)品構(gòu)造原理》內(nèi)容基本相同，比較適合沒有工科背景的學(xué)生使用。2018年，教材改用中國輕工業(yè)出版社繆元吉、張子然編著的《產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——結(jié)構(gòu)活動(dòng)型產(chǎn)品》，該教材對鉸鏈機(jī)構(gòu)演變及應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)講解，并對案例進(jìn)行了詳細(xì)分析，注重設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。每本教材偏重都不一樣，印證了將工程知識與設(shè)計(jì)相融合的難度和各院校的特色。

2.內(nèi)容重復(fù)，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理課程中涉及到學(xué)生原修課程《機(jī)械基礎(chǔ)》相關(guān)內(nèi)容，例如運(yùn)動(dòng)副、自由度、平面連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)等，部分內(nèi)容重復(fù)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。

3.考核方式單一，不能真正考核學(xué)生的綜合能力。在2016年以前，課程一直以閉卷考試方式考核學(xué)生的計(jì)算分析能力，雖然內(nèi)容更加貼近設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用，但并不能考核學(xué)生工程知識與設(shè)計(jì)實(shí)踐相結(jié)合的能力，學(xué)生的思維方法與其他工程類課程相同，無法向設(shè)計(jì)思維與方法進(jìn)行轉(zhuǎn)變。

4.課程結(jié)束后，學(xué)生缺乏獲得感。由于課程的授課方式、授課內(nèi)容、考核評分方式都與其他工科課程極相似，并且課程部分內(nèi)容與先修課程重合，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性下降，除了考試高分的滿足感外，并沒有其他獲得感，與“新工科”教育理念相悖。

四、課程改革探索

在2016年，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理課程教學(xué)大綱已經(jīng)定型，目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并能將工程原理知識與設(shè)計(jì)需求相結(jié)合的能力。這需要分別從課程內(nèi)容、授課方式、考核方式等方面進(jìn)行改革實(shí)踐。

1.在課程內(nèi)容上，除了對《機(jī)械原理》相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)性講解外，加大了對產(chǎn)品的普通構(gòu)造、力學(xué)構(gòu)造、加工構(gòu)造等內(nèi)容的講解，弱化計(jì)算分析和方法內(nèi)容，強(qiáng)化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分析認(rèn)識方法、普通構(gòu)造的功能、原理分析及應(yīng)用的講解。例如在講解產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成內(nèi)容部分，采用圖解及舉實(shí)例方式講解認(rèn)識分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的方法。圍繞“結(jié)構(gòu)”，采取“含義”——“案例”——“簡圖”的方式，從字面意義的理性到實(shí)物產(chǎn)品的感性再回到知識理性的過程，避免單一字面意義的死記硬背，將理解轉(zhuǎn)變成知識。具體操作方法是：第一步，介紹《現(xiàn)代漢語詞典中》中“結(jié)構(gòu)”的概念；第二步，進(jìn)行產(chǎn)品實(shí)例解剖講解；第三步，歸納出幫助學(xué)生理解“結(jié)構(gòu)”的圖示。

2.在授課方式上，注重教學(xué)內(nèi)容對應(yīng)的教具運(yùn)用，輕理論講解，加大設(shè)計(jì)思維實(shí)踐的力度。在課下，注重教學(xué)內(nèi)容對應(yīng)的教具的研究，搜集或者自行研發(fā)各種教具，在課堂上運(yùn)用教具，對提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)質(zhì)量具有很大幫助。例如，根據(jù)九龍公道杯原理，用3D打印技術(shù)制作了一個(gè)塑料飲水杯，在課堂上進(jìn)行原理的講解，既具有現(xiàn)代制造技術(shù)的介紹，也有傳統(tǒng)設(shè)計(jì)智慧的展示，增強(qiáng)學(xué)生的知識點(diǎn)理解。在課后，布置相應(yīng)的作業(yè)，讓學(xué)生根據(jù)公道杯的原理，用礦泉水瓶和牛奶吸管，制作原理模型，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性非常高，學(xué)習(xí)效果非常好。“施教之功,貴在引路,妙在開竅”，“教得怎么樣”最終要由“學(xué)得怎么樣”來評價(jià)。這種方式教學(xué)，更接近“新工科”倡導(dǎo)的OBE理念。

3.在考核方式上，拋棄了理論考試方式，用課題設(shè)計(jì)作為課程考核主要方式，效果明顯。工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生在大一、大二所上的《大學(xué)物理》《機(jī)械原理》等課程都是采用的理論考試方式，考核學(xué)生對于相關(guān)概念的理解和計(jì)算能力，而本課程的目標(biāo)是將工科知識向設(shè)計(jì)運(yùn)用的轉(zhuǎn)變。在2012年至2015年，課程的考核方式還是與其他工科課程一樣，采用閉卷理論考試的方式，但結(jié)課后學(xué)生普遍認(rèn)為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理是《機(jī)械原理》相同性質(zhì)的課程，課程目標(biāo)并沒有達(dá)到。

五、課程改革的效果

（一）課程改革效果

課程自2012年開設(shè)以來，從課時(shí)、內(nèi)容、授課方式、考核方式等方面進(jìn)行改革，取得了一些成效，具體表現(xiàn)在：

1.學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性有了極大提升。在課堂上，面對有趣的內(nèi)容和教具，沒有了一言堂的理論知識的灌輸，學(xué)生上課的出勤率和課堂反應(yīng)都有了很好的提升，經(jīng)過課后調(diào)查統(tǒng)計(jì)，學(xué)生對課程的滿意度提升了很多。2020年5月，就本課程進(jìn)行了線上調(diào)查問卷，學(xué)生非常滿意比例高達(dá)52.63%，感覺滿意的比例高達(dá)43.42%，合計(jì)96.05%，比課程改革前的滿意度75%有了很大提升。

2.學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)有了提升。本課程是連接大二工科課程和大三專業(yè)課過渡的橋梁，從對學(xué)生后續(xù)專業(yè)課的設(shè)計(jì)創(chuàng)意能力對比就可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)有明顯不同。在進(jìn)行課程改革之前，由于受到課程《產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》影響，工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生在進(jìn)行后續(xù)專業(yè)課時(shí)，思維始終停留在造型上，大部分時(shí)間都在考慮“如何做一個(gè)好看的產(chǎn)品”，而不是“如何做一個(gè)好用的產(chǎn)品”。這與設(shè)計(jì)的本質(zhì)是相悖的，古語云“玉卮無當(dāng)，不如瓦器”。課程改革后，學(xué)生養(yǎng)成了專業(yè)習(xí)慣，即先確定功能結(jié)構(gòu)，后做造型，這才是正確的專業(yè)過程。

3.學(xué)生的獲得感增強(qiáng)。由于課程作業(yè)比較完整，學(xué)生直接就可以將課程考核作品提交相應(yīng)的專業(yè)賽事，一些學(xué)生因此獲得省級以上專業(yè)賽事獎(jiǎng)勵(lì)；沒有獲獎(jiǎng)的學(xué)生也經(jīng)過參加賽事，積累了一些經(jīng)驗(yàn)，為后面參加專業(yè)賽事打下良好的基礎(chǔ)，也積累了大四作品集的素材，所有學(xué)生都得到分?jǐn)?shù)之外的“實(shí)惠”。

六、結(jié)語

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理課程是工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)一門學(xué)科基礎(chǔ)課，是連接工科知識和設(shè)計(jì)實(shí)踐的橋梁課程，類似的課程還有《人機(jī)工程學(xué)》。通過對課程的內(nèi)容、授課方式、考核方式等改革，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生的知識向?qū)嵺`能力的轉(zhuǎn)化，真正實(shí)現(xiàn)“學(xué)以致用”，使得人才培養(yǎng)更符合“新工科”成果導(dǎo)向理念，為培養(yǎng)創(chuàng)新型工業(yè)設(shè)計(jì)人才打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。