基于CDS平臺的產品功能結構設計教學模式及運行機制創新研究

劉佳 孫志學

摘要：面臨工業設計助力中國高端裝備制造發展要求所帶來的挑戰，教學平臺水平以滿足不了發展的需求，隨之也帶來了教學模式改革的要求。以OBE的理念為指導，提升創新實驗平臺的內涵，建立項目拉動課堂教學的方法體系，并以產學研合作帶動師生開闊視野，并融入課堂教學中，重點設計解決方案。設計成果獲得了認定。在創新創業試點學院教學實踐中取得了一定的成效。

關鍵詞：CDS平臺;項目驅動模式;產學研合作;課程體系建設;運行機制

中圖分類號：：G642???? 文獻標識碼：0

文章編號：1003-0069（2020）09-0128-03

Abstract：Facing the challenge of industrial design to the development of China's high-end equipment manufacturing more support，the level of teaching platform cannot meet the needs of development，and which initiated the requirements of teaching mode reform.Guided by the concept of OBE，Connotation of CDS（Creative Design Studio）is promoted.The method system of projects driving classroomteaching is established.And Models&Mechanism of University-Industry Cooperation help teacher and students to have more knowledge and study on the results.And then students can design the improvement scheme in class.Design works are identi?ed by authority organization.The effects in real teaching are concluded at the end on pilot of innovation and pioneering.

Keywords：CDS（Creative Design Studio）Method System of Projects Driving Models&Mechanism of University-Industry CooperationCurriculum System Constructionoperating mechanism

引言

CDS（Creative Design Studio）平臺是創新實踐平臺的簡稱。“工作室（Studio）”的概念來源于20世紀初期德國的“包豪斯（Bauhaus）”設計學院。基于工作室教學，開展項目式的模式，學生成為課程的主體，教師幫助輔導學生完成自己的項目。目前面臨工業設計助力中國高端裝備制造發展要求帶來的挑戰，我校現有的教學研究已經滿足不了高端制造業企業所需要的人才要求，主要原因在于實踐平臺的內涵和規模有待提高。在此平臺改革的基礎上，進一步進行教學模式的改革，采取混合式教學模式。

一、CDS平臺下教與學現狀分析

（一）國內外教學現狀

工作室教學模式是一種國外高校普遍采用的教學模式，強調項目式教學和設計研究的綜合性。重視過程管理與學生創新性主動學習能力的培養。專業工作室形式是以專業教師為主體，專業教授隨機進行參觀指導，多以歐美和日本的院校為主[1]。綜合性跨學科的工作室形式，大多是指研究性質的工作室，在卡內基梅隆大學和俄亥俄州立大學開設較好，跨學科學生參與組成設計團隊，可以培養學生的團隊合作能力。實習工廠形式，以瑞典皇家藝術學院、赫爾辛基藝術與設計大學為代表，聘請專業技術人員負責學生的技術課程，根據所需設備、材料和工藝特點在實際操作中解決學生的設計表現和技術實現的問題。挪威科技大學產品設計系，采用集中的實習工廠形式和自由工作坊形式，學生設計前期可以采取自由討論形式，完成創意，后期可以在實現工廠自己加工自己所設計的產品樣機。

目前國內各個高校加強改革推進，提高教學資源的合理利用，促進教育的良性循環。紛紛從改變教學模式入手，培養學生的設計創新與實踐能力。注重學生實踐能力的培養與提高。基于創新實踐平臺，推行導師工作制的模式，已在部分高校實施，取得了一定的成績。

自我校工業設計創辦以來，一直采用傳統的授課形式，理論與圖紙設計相結合的方式，以教師授課為主的理論教學，教師下達虛擬課題，學生完成創意設計，教師輔導驗發收。其主要問題在于重視理論知識講解，輕視創新能力和實踐能力的培養，學生缺乏感性認知，缺少對設計成果的驗證，二次改良的教學不夠理想。教學實踐薄弱，逐漸不能滿足現代工業發展的需求。面臨專業認證與按專業招生的迫切要求，我校工業設計專業的發展存在考驗與挑戰。

我校應“十三五”規劃綱要的要求，積極適應創新創業改革要求，加強素質教育[2]。2016年申報省級創新創業改革試點并獲批，工業設計專業首批被納入創新創業教育試點班。為適應這一目標要求，我校成立創新學院。目前已經開始著手工業設計實驗課程改革建設。已投入人力、物力、財力加強實驗平臺建設，設立產品設計實驗室，即產品

設計綜合表達實驗室、用戶研究工作室、功能設計工作室、結構設計工作室、SOP工作室和頭腦風暴工作室。我們急需修改本科教育模式，壓縮教學課時，適當增加實踐課時，提升內涵，引入先進的設備與方法，應用到教學實踐中去，例如，引入三維掃描與3D打印等先進的技術和手段到《計算機輔助工業設計》等課程中去，驗證設計作品迭代設計問題點，以達到持續改進的效果。

（二）要解決的教學問題

項目式驅動教學模式可以拉動課程之間的聯系，以達到持續改進的效果。教學活動以學生自主學習為主，提倡教師為輔的教學模式，教師講授學生所需的知識結構，并縮小授課規模。對于學生來講，以現實實際問題作為設計研發的起點，明確設計的目的性，拉近與將來工作氛圍的距離。

工作室教學平臺可進行可變式設計，以符合不同的設計題目的需要。面積較大的工作室應盡量滿足多功能的需求。小教室，主要滿足于小組討論，小組學習。

運行機制研究，將所設計的教學模式，在實踐平臺運行，制定運行規則與管理辦法。驗證工作室教學模式是否能適應工業設計試點班的培養目標與要求。是否能夠符合素質教育與創新創業教育的要求。同時也應符合工業發展趨勢的要求。

二、建立CDS教學模式的培養目標

課程改革從平臺基礎先開始。在該平臺基礎上，以逆向設計理論為指導，引入先進的設備與手段，從而獲取設計數據，對設計成果進行論證和多次迭代出優良的設計方案。例如，以3D掃描與3D打印為手段形成閉環模式[3]。達到產品改良的效果，整個過程有驗證過程、支撐理論和評價驗證過程。在此平臺上，通過逆向設計了解先進的技術、手段，現有高科技產品的構架、結構，以及人機關系如何協調。

大學生科技創新平臺有利于培養學生實踐能力，以大學生科技活動為手段，促進設計成果的認可與轉化。我校大學生活動中心購置了模塊化機器人和3D打印機，為加強學生實踐能力和動手能力的培養搭建了平臺。本課題研究的另一個重點在于這一平臺下，如何更有效地促進實踐能力的培養。促進良性循環，學生以教師的科研項目為基礎指導，根據自己的興趣與當前所需要解決的現實問題為出發點，完成自己的課程學習，提高了動手能力，并將成果在大學生課外科技活動平臺，轉化為學習成果或者經濟效益，從而推動自己學習的動力，并且為今后的就業打下一定的基礎。對于專業建設而言，可以吸取到更多的外來力量，促進對外交流，加強專業建設，吸納優秀生源，逐步提升專業水平。

三、教學實施機制分析

（一）工作室教學模式與平臺設計

工作室教學模式將成為工業設計類專業實現教學改革的重要途徑。設計出適合我校工業設計專業的工作室教學模式的重點在于創新平臺的設計：以學生自主學習為主，提倡教師為輔的教學模式，教師講授學生所需的知識結構，并縮小授課規模。《產品設計I》采取小班授課模式，以逆向設計理論為指導，以功能技術系統法為方法體系，拆裝，評價現有產品，收集建立支撐數據，改良展示產品，模擬交互過程。

1.?? 實驗平臺建設：本次研究的重點在功能設計工作室、結構設計工作室和SOP工作室三個教學實踐平臺的建設。學生在實踐平臺中發揮主觀能動性，設計并實現自己的作品。如果校內的實踐平臺達不到教學要求，可以拓展到企業平臺，實現設計樣機的制作。

2.?? 教學模式研究：問題式的教學模式探討。在理論實踐相結合的基礎之上。根據教師的科研項目為基礎，提出議題，根據議題，分析現有產品的結構、功能，提出思路與想法。

工作室教學模式研究。根據教學實踐平臺的硬件基礎，充分由學生設計研發產品樣機，并展示成果。

企業專家走進課堂項目研究。近三年來，企業專家定期開展企業課堂活動，邀請企業一線設計師為我校工業設計學生作報告達到6次以上。目前，已經成為每一學年比較成熟的第二課堂活動。良性機制的運行管理是是本項目規范化與持久化的保證，如何加強管理保證機制運行，是研究的首要問題。

（二）運行機制

教學運行分為理論教學與工作室實踐兩個部分，內容圍繞五個模塊運行。課程體系分為五個模塊：產品拆解模塊、產品功能分析模塊、產品結構分析模塊、產品改良模塊以及產品綜合表達模塊。通過平臺，達到教學成果轉化，培養學生的實踐能力，鼓勵學生實現成果轉化的目的。

根據課程之間的聯系與課程體系的分析，使得一個課題可以得到延續，從而達到產品系統形成和持續改進的目的。

如圖1中的逆向設計課程體系運行流程展示所示，每個項目建立一個目標，提出一個技術源點，這個技術源點來源于機械設計基礎中所學的機械知識，例如，減速器的原理。在計算機輔助工程設計主要學習結構設計表達的方法，可以構建產品殼體結構。產品設計I中學習，功能與結構設計的理論與方法，再通過拆解相關的產品，認知產品原理與結構，例如多功能豆漿機的拆解與改良設計。計算機輔助工業設計中對改良的產品進行表達，主要表現改良過程，產品原理與系統構建，效果圖表現，結構設計，動畫展示產品殼體零件結構。人機界面設計，主要對相關的智能控制部分進行交互設計。在知識產權與保護中，形成成果認定與保護。

（三）考核方式

實施過程評價與成果評價相結合的方法來進行考核。過程評價側重于試點班學生在學習全過程中的綜合表現，分別從創新創業熱情、學習態度、精力投入、團隊合作等方面來進行考核;成果評價是課程或環節結束后進行的一次性的評價，重點考核學生所取得的課程（環節）的成果，分別從論文、專利、大賽獲獎、項目立項（參與）、媒體報道、創業孵化、考試成績7各方面來綜合評定。過程評價和成果評價在總成績中各占50%。

課程成績實行浮動制，在畢業前該課程取得較高成績或成果可按上述標準重新計算成績，如因弄虛作假取消相關項目或獲獎對應課程也應重新核定成績。同一成果僅限在一門課程成績計算中使用。

四、學習效果評價與教學體系發展

基于課程運行實踐為案例開展本次研究，研究成果直接在教學實踐中得到論證。構建一種應用創新型人才培養的創新人才培養模式。構建一種適應本專業要求的教學運行機制，尤其是校企合作培養能適應社會的優秀人才。

（一）根據以上特點建立方法體系

1.?? 設計教學實踐平臺，實驗平臺建設與工作室建設。

2.?? 實踐法，通過產品設計Ⅰ，計算機輔助工業設計兩門課程的實際運行，根據現有的理論知識，指導教學與實踐。分析工作室教學模式的問題、過程、效果和已有成績等因素。企業專家定期開展企業課堂活動，邀請企業一線設計師為我校工業設計學生作報告，形成校企合作的模式。

3.?? 專家評價法，結合我校工業設計專業的具體情況.請有關專家對調查結果進行分析論證，為制訂具體的科技團隊建設方案提供科學依據。

（二）教學體系發展

1.?? 基礎實踐平臺建設：以教學模塊為基礎，逐步完善實驗室建設。初步建設已在在2019年上半年完成。研究硬件平臺對實踐創新的積極作用。接下來的任務逐步提升實踐平臺的內涵建設。

2.?? SOP、綠色設計理論與實際項目相結合教學模式研究：通過產品設計Ⅰ，計算機輔助工業設計兩門課程的實際運行，根據現有的理論知識，指導教學與實踐。分析工作室教學模式的問題、過程、效果和已有成績等因素。

3.?? 企業專家走入課堂運行機制研究和高校間的交流合作：企業專家定期開展企業課堂活動，邀請企業一線設計師為我校工業設計學生作報告，加強校企合作。并且在校期間選派優秀學生，在企業實習和赴臺灣樹德科技大學做交換生。學生赴工業設計產業園等設計交流平臺進行交流學習。

4.?? 課程團隊建設：團隊由專業教師、實踐人員與企業專家三部分組成。由專業教師帶頭組織協調團隊的正常運行，保證課程正常運行。

5.?? 專家論證階段：結合我校工業設計專業的具體情況.請有關專家對調查結果進行分析論證，為制訂具體的科技團隊建設方案提供科學依據。

（三）課程體系建設的發展延伸

課程體系基本搭建了產業鏈——用戶研究——產業合作——課堂教學，相互融合的基本局面。已運行的幾個課題基本上以該模式進行的。2019年5月，以惠柯評等五名同學組成的團隊根據以上教學方法參加長沙國際工程機械大賽線下組的邀請賽，取得了優異的成績。驗證了教學方法的可行性。

建立學生成果的發布平臺和成果驗證平臺。科技競賽平臺，如全國大學生互聯網+，全國大學生“挑戰杯”科技活動競賽、全國大學生工業設計大賽和全國大學生機械創新大賽等學科競賽，可發布展示學生成果。專利申報平臺，學生對自己的成果進行申報和保護。大學生科技活動立項，學生可以展示論證自己的成果。

（四）教學體系價值分析

適應實踐性人才培養的目標。培養適應學生解決實際問題的能力。研究成果可直接應用到教學實踐中去，提高教學質量。

構建一種應用創新型人才培養的創新人才培養模式。使學生在學習階段能夠有機會與實際項目相結合的機會，有助于畢業后更快地適應工作要求。

加強校企合作，培養有目標有針對的專業人才，同時又為學校創造經濟效率。

五、過程管理與教學成果的產生

以血糖儀設計改良項目為例，主要分為三個步驟進行：首先，項目立項，該項目來自于企業設計師負責的項目，校企聯合指導該項目。其次，實物分析，如表1所示，逆向工程、在SOP和FAST等理論指導下，建立原型，并提出改良方案，再通過3D打印的改良原型，驗證方案，迭代其中的問題，最后，成果認定，認定的方式比較多，設計競賽中的獲獎如圖2所示，專利的獲批，大學生科技活動立項。

在圖2中，展示了在CDS平臺上，學生設計成果產生的過程與結果。前期的實驗分析，主要在我校實驗室進行，通過對現有血糖儀的拆解分析，完成SOP執行過程列表，如表1所示，認知零件功能與殼體結構。在此基礎上完成改良產品無創血糖儀的FAST圖和產生功能結構圖，如圖中功能分解圖所示。由此產生創意結果展示，包括外觀、結構與人機關系設計。效果展示位于圖中的上部分。以3D打印為基礎平臺，對產品人機關系，特別是血糖信息獲取的人機界面進行分析，迭代，改進人機關系。過程展示位于圖中的下半部分。教學成果，參加2018年全國大學生工業設計大賽，獲省級三等獎。

結語

通過以上的研究與分析，工作室教學模式與平臺的設計是基礎，良好設置策略保證硬件平臺合理利用，是設計類課程教學模式及運行機制的保證。在運行過程中，以過程管理和成果管理為主導，課堂上形成閉合環，特別是產品設計I的課堂教學分解成為五個部分模塊，拆解、功能分析、結構分析、改良設計和綜合創意表達。前一次項目是后一次項目的前提，后一次項目由前一次項目演繹獲得。每次實驗過程分為準備、運行和總結三個階段，準備和總結階段是學生與教師的公開課堂探討。最終由師生合作申報成果。根據課堂實踐，產品功能結構設計課程在SOP和FAST等理論指導下，以上述模式運行，驗證了這種教學模式符合我校學生學習規律，有利于綜合能力的提升和創新實踐能力的培養。

基金項目：陜西理工大學一流專業培育項目，教育部產學研合作項目（201902172071），陜西省自然科學基金項目資助（2016JM1030）陜西理工大學教改項目資助（JYYJ2019-02）。

參考文獻

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