工程鏈式工業設計專業實驗室建設與實踐

劉玉梅王紀嬋 金玉潔

摘要：為探索適應新工科要求的實驗室建設和實踐教學模式，解決工程實踐教學中普遍存在實踐教學內容與產業界要求差異較大，專業、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特色的學術方向、學科交叉、工程能力培養和創新能力培養為導向，突出“應用型”特色，構建了“產品認識—產品拆裝—產品開發—模型制作—樣品制造—組裝調試—上色—包裝”工程鏈式的工業設計專業實驗室，并對專業實驗室發展方向進行探討，為工業設計專業人才培養提供借鑒，以期共同提高我國地方應用型高校工業設計專業人才培養質量。

關鍵詞：新工科;工業設計;工程能力;創新能力;工程鏈式實驗室

中圖分類號：G642????? 文獻標識碼：A

文章編號：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，地方應用型高校承載著培養具有創新精神和實踐能力的綜合應用型人才的使命，“新工科”對實驗室的建設也被賦予新內涵，新要求。多學科交叉和產學結合的實踐教學是培養學生工程能力的重要途徑。工業設計是一門注重應用實踐型學科[1]如何圍繞本校專業特色，改革實驗室陳舊格局，充分發揮實驗室在培養人才的作用，建設新的實驗室體系，提升工業設計學生的工程能力和與社會對接能力，實現新工科要求的應用型人才培養是地方應用型院校的重要研究課題。

一、工程鏈式的專業實驗室建設框架

高等工程教育的核心是培養學生的創新思維和工程能力，尤其是工業設計，產品的創新與創意是設計師生存關鍵，工業設計專業具有各學科知識交融性、知識無界性、變遷性的特點，學生畢業面臨就業行業的寬泛性，培養學生創新思維和工程能力是專業教育的根本點。而實踐教學是直接培養學生運用理論知識，通過實踐從而產生各種新觀念、新理論、新技術達到培養工程能力和創新能力目的，實驗室平臺建設是實現培養目標的硬件保障。

（一）以地方院校教學特色和學術研究方向為核心

高校的專業實驗室不僅服務于教學，也是教師從事研究的平臺，二者相輔相承，緊密結合，因此地方應用型院校專業實驗室的建設應根據其所處地域及當地經濟發展情況確立學科的自有特色和學術方向。長沙師范學院是一所具有學前教育百年歷史地方應用型院校，其工業設計專業是以設計學、機械工程、電子信息、物聯網、美學、文化、經濟、管理等學科為支撐，以兒童玩具為載體，以現代工業產業鏈為平臺開展教學、科研和服務。根據專業的發展確立實驗室的學術方向為兒童玩具設計與開發和工業品設計，以此來進行重點建設實驗室。

（二）以設計+工學為基礎漸進式培養工程能力

能力是指能夠順利完成某種活動所必需的主觀條件，是直接影響活動效率，并使活動得以順利進行的心理特征。對于工業設計專業畢業生應具備的工程能力[2]，學界從各自角度進行了論證普遍認為是

①工程基礎知識的能力;②解決一般性工程問題②能夠識別、表達、分析復雜的工業設計的實際問題，以獲得有效結論。③能夠設計針對復雜工業產品設計及產品開發設計的解決方案，設計滿足特定需求的系統、單元或設計流程，并能夠在設計環節中體現創新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環境等因素[3]。④能夠基于工業設計和機械設計相關背景知識進行合理分析，評價工業設計專業涉及的工程實踐。⑤具有人文社會科學素養、社會責任感，能夠在產品設計及產品開發設計實踐中理解并遵守工業設計職業道德和規范，履行責任。⑥能夠在多學科背景下的團隊中承擔個體、團隊成員以及負責人的角色[3]。⑦具備一定的國際視野，能夠在業界同行及跨文化背景下進行溝通和交流。⑧具有自主學習和終身學習的意識，有不斷學習和適應發展的能力。基于工業設計畢業生的培養目標，實踐教學平臺的基本功能是訓練學生的應用專業技術能力，“漸進式”培養工程能力。因此，專業實驗室以設計和工學相互滲透為基礎，突出“玩具產品”特色，圍繞“工程化”建設。

（二）以不同學科深度結合交融為導向

隨著人類互聯網技術、新產業、新工藝的發展和行業、學科之間的界限模糊，要求高校培養多元化知識結構的人才適應現代社會的要求。工業設計屬于知識密集型行業，它以創新為源動力[4]。整合創新、跨界合作已成為工業設計發展趨勢，“跨界設計、創新思維、人文基礎、跨文化視野”是新的產業形式對設計教育提出的挑戰[5]，創新能力的培養是工業設計國際化必要條件，因此，工業設計實驗室建設要共享電子信息、物聯網、包裝工程、藝術設計等多學科實踐教學資源，形成以工業設計為核心，共同搭建跨學科、跨專業的實踐教學平臺，打破學科和專于業界線，充分實現不同的學科的深度結合和交叉，開闊視眼，解決目前我國的工業設計專業的實踐教學學科交融性、自主創新性不足的弊端。

（四）以培養創新設計能力為目標

高校專業實驗室設置，很多情況下是按照滿足各學科、專業課程教學所需開設的實驗來建設實驗室的，這樣各實驗獨立成為孤島，沒有形成達到工程能力培養為目標的實驗教學體系，學生只是單純完成某一門課程的實驗，學生的工程意識，能力培養收效甚微。本著培養學生綜合工程能力和創新能力，實驗室應圍繞“產品認識—產品拆裝—產品開發—模型制作—樣品制造—組裝調試—上色—包裝”的工程鏈模式建設，煥發實驗室活力，以專題設計和校企合作項目為載體，達到培養學生工程能力和創新能力的目標。

綜上，工業設計專業實驗室構建框架如圖1。

二、工業設計工程鏈式實驗室建設

根據學校在區域的定位、工業設計專業特色和專業發展，在中央和地方財政扶持下，我校工業設計專業實驗室設有產品認識類實驗室（工業產品展示廳、玩具拆裝實驗室）、設計開發類實驗室（工作室、模型制作實驗室）、原理創新類設計實驗室、學科交叉類實驗室、跨專業共享實驗室。打破原按專業、課程分類設置的實驗室，確立以產品開發設計、制造、測試、包裝的工程鏈式的實驗室（圖2），建立階梯漸進式實踐教學平臺，有效培養學生的創新實踐能力。

（一）產品認識類實驗室

產品認識實驗室使學生對所學專業有一個整體認識，增強學生對工業設計專業的歷史背景、專業的行業特點、發展現狀、對兒童玩具的概念、設計理念、結構，控制、制作工藝等整體知識的認識，有玩具展廳和玩具拆裝實驗室。玩具展廳陳列有國內外不同年代不同種類的兒章玩具，有歷屆畢生生優秀作品，低年級學生進行認識實驗，明確專業學習目標，培養學生的專業興趣和學習積極性，為后續的專業教學奠定基礎。玩具拆裝實驗室備有遙控機動玩具類、交通玩具類、拼板玩具類、滑板車、積木等玩具供學生拆裝，達到認識不同類型的玩具產品的形態、結構、材料、產品總成與部件、構件之間的關系以及構件之間的連接方式，突出自主學習、自我探索的教育理念，培養學生獨立設計能力。

（三）原理創新類設計實驗室

創新設計實驗室設有機構陳列展柜和機構創新設計平臺，認識組成機構的構件的結構，構件之間的連接方式，并根據機構的組成原理，針對設計產品的功能要求，利用機構創新設計平臺，不同構件通過合理的運動副組裝成不同的機構，擬定多個設計方案，分析機構的優劣勢，確定最終設計方案，培養學生設計的創新能力。

（三）設計開發類實驗室

產品設計工作室包含設計工作室和模型制作工作室。設計工作室團隊由不同年級的工業設計專業學生為主，并和藝術專業、電子信息專業、物聯網專業、包裝工程專業學生組成團隊，這樣不同專業融匯，使設計與企業產業價值鏈的需求更為契合，激發出充滿智慧的創意[6]。設計工作室配備手繪和計算機輔助設計工具，利用項目驅動式進行實踐教學，以教師的科研項目、校企合作項目、創新創業項目、學生畢業設計課題和虛擬課題為載體，學生分組進行市場調研提出設計構思和方案，利用手繪快速表達設計理念，展示產品的形態、色彩、材質等屬性，通過師生企業三方論證后進入模型制作工作室運用油泥、石膏、泡沫塑、ABS等易塑型的材料將設計方案實物化。

模型制作工作室，配有3D打印機、模型泡沫切割機、模型雕塑工具、組合小機床、油泥模型升降平臺、套裝等主要設備，根據模型的材料不同，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。學生動手操作設備制作模型，直觀探索產品的功能和結構，不斷完善設計方案，然后利用計算機輔助設計、數字化設計等手段進行方案形態和結構的細節完善。學生在設計理念，產品功能、產品的形態、色彩等產品屬性時，不斷提升理論知識和發現新知識，提高學生的設計能力、相互協作和溝通能力能力，在實踐中發現問題、分析問題、解決問題，培養工程能力。

（四）學科交叉類實驗室

1.??? 產品制造實驗室隨著工業設計價值的延伸，傳統的以外觀審美和新型功能結構為主要目的的設計觀將無法達到社會對設計行業提出的新要求，各種功能型、智能型材料和新興的特種工藝、特種設備成為現代設計的一大推動力[5]。產品制造實驗室配有數控加工中心（CNC）、桌面數控機床（桌面CNC）、數控車床、注塑機等設備，利用數控機床和加工中心可高效、便利加工各種不同材料的復雜的造型。產品制造實驗室也實現了面向制造和服務教學，設計引入先進技術、先進工藝向新材料，培養學生運用新技術、新裝備進行設計創新。

2.??? 跨專業共享實驗室

智能兒童玩具實驗室整合了人機交互、電子信息、物聯網實驗室，實現跨專業共享，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、驅動程序、服務程序對應實現兒童玩具各項功能，實現信息技術使兒童玩具在視覺、動作、聲效和交互等方面的智能化，以大數據、人工智能等技術支撐創新設計。產品測試實驗室和產品包裝實驗室與包裝工程專業共享。兒童玩具在實現功能的前提下，必須考慮安全性、實用性和便捷性，將人—產品—環境作為一個統一和協系統進行設計研究，利用測試獲得的基本數據進行分析設計存在的缺陷，并尋求解決設計問題的方法。展板設計、兒童玩具包裝設計、營銷宣傳等在數字快印實驗室和印刷實驗室完成。