《材料與工藝》 課程遞進項目驅動教學模式的探索

苗義高

關鍵詞：工業設計;材料與工藝;項目驅動;教學模式

材料、工藝是聯系設計與產品制造的橋梁，設計通過材料及工藝轉變為實物產品。當前CMF（色彩、材料和工藝）已在企業產品設計、制造中得到了廣泛應用[1]，并產生相關的CMF 設計師或CMF 工程師職業，為工業設計專業人才的出口提供了新的方向，同時也對人才培養質量提出了更高要求。《材料與工藝》課程處于工業設計專業相關學科交叉中心，銜接機械類與設計類課程，注重應用實踐，對培養工業設計學生工程意識和創新能力具有重要作用。采用傳統的教學模式已不能滿足當前產業發展對人才培養的要求，因此開展教學改革來縮小產業需求與教學目標的差距已成為教學實施的必然選擇。本文探索了采用遞進項目驅動教學模式進行教學改革，通過多學科融合和課內知識聚合，著力培養學生的工程意識與創新能力[2]。

1《 材料與工藝》課程教學現狀

《材料與工藝》課程是工業設計專業一門專業必修課，與力學、美學、制造、心理學、設計等學科課程相關。與機械類、材料類相關課程相比，《材料與工藝》課程需要工業設計專業學生掌握材料類型、材料特性、材料成形工藝、表面處理等內容，涉及金屬、無機非金屬材料、有機高分子材料、復合材料，具有內容多、知識面廣、知識點繁雜的特點，加之新材料、新工藝不斷涌現，現有教材難以全面覆蓋相關知識點并及時更新內容，教材的知識迭代速度較慢。傳統教學理論授課方式單一，評價方式以考試為主，加之課程課時縮短，學生學習積極主動性低。工業設計專業學生工程背景普遍較弱，前期盡管接觸了工程制圖、機械設計、金工實習等機械類課程，但多數學生在后續課程及畢業設計中缺少對工程類課程知識的應用實踐，設計方案往往缺乏工程意識，這將影響他們今后工作中與產品工程師的有效溝通。

基于教學與職業能力要求的差距，結合地方本科院校應用型人才培養目標，課程團隊近些年在《材料與工藝》課程教學模式開展了探索實踐，以能力培養為導向，采用遞進項目驅動模式開展教學，構建相應的教學內容、教學方法和教學評價方式，調動學生的學習積極性，提高學習成效，著力培養學生的工程意識和創新設計思維。

2 遞進項目驅動教學模式的特點

項目驅動教學模式是以建構主義學習理論為基礎的教學方法，強調以學習者為中心，倡導自主學習，強調合作學習，已在多個學科的教學中得到了廣泛應用[3-7]。遞進項目驅動教學模式是在項目驅動教學模式的基礎上，增加了課程內部各任務之間及不同學科課程之間的銜接，可以持續調動學生的學習積極性，同時通過項目之間的聯系，使課程間、課程內知識有機聯系起來，有效地解決學生知識創造的碎片化問題，有利于提升學生知識創造的連續性[8]。

3《 材料與工藝》課程遞進項目驅動教學模式的設計與實施

3.1 遞進項目驅動教學模式的設計

材料與工藝課程是以工科為主導的教學，教授內容主要涵蓋材料性能、材料種類及特性、材料的成形工藝、材料感覺特性、綠色設計等方面，理論內容抽象、概念性強。以往教學是以知識點的傳授為主要目標，缺乏對學生解決復雜問題的綜合能力和高階思維的訓練。教學中也往往忽視課程之間的關聯性和綜合性，缺乏學科之間的融合教育。教學內容上以CMF 設計師的職業能力要求為導向，重構教學內容體系，打造認知、運用、創造的螺旋上升的知識學習體系，銜接、融合力學、設計、結構等相關學科內容，激活學生原有知識，將離散的知識點聚合到產品設計到實現的過程中，提升學生知識創造效率。

根據課程教學目標，將教學內容凝練，形成積木式、鏈條式的項目任務，遞進提高作業的挑戰度、復雜度。設計了七小類子項目任務和一個產品設計應用課程大作業項目任務，具體的項目內容、要求和目標如表1 所示。七個子項目任務存在內部關聯，有利于學生綜合能力的訓練。項目任務的對象多為實際產品，學生可以通過對知識應用和產品分析獲得一定的工程經驗。經過多個項目的訓練后，多數學生可以順利地完成課程大作業項目任務。根據八個項目任務，反向設計教學內容，對課程內容進行了增刪和簡化，如刪除了熱處理、鑄造和焊接相關的理論內容，增加了大量的工業設計產品、表面處理工藝案例和相關的工藝視頻資料，強化了成形方面產品結構工藝性的要求。由于課程涉及材料較多，在教學中介紹了多個材料數據庫及Ashby 圖[9]，便于學生在設計中查詢、選擇材料。

3.2 遞進項目驅動教學模式的教學實施

以子項目3 成形工藝分析項目為例，項目以自行車實物為對象，考察材料類型及性能、成形工藝等內容，涉及金屬材料、高分子材料、復合材料、塑性成形、注塑成型、焊接、力學性能等知識點。在布置項目任務前，相關的理論知識通過結合產品案例進行重點講解。前期通過項目1 的訓練，學生可以獲得分解產品系統的經驗，將自行車拆解成零件來分析各零件需要滿足的功能要求，通過項目2 的訓練已可以識別材料并了解材料的性能。另外，在任務中布置了幾類不同結構形式和材質的自行車產品供學生分析，比如比較分析使用壓鑄零件的摩拜共享單車與哈羅共享單車的材料、工藝，討論哪一類產品的成本更低、結構更合理。通過這個項目的訓練，一方面培養學生分析綜合能力和批判性思維;另一方面關聯了已學的知識內容，提高了教學效果。在這個任務基礎上，還可以進一步拓展，比如提出如何實現自行車輕量化的思考，通過討論分析輕量化的功能目標，讓學生思考從力學角度設計合理的結構，并從材料、工藝的角度來實現產品量產。

在學習評價上，七個子項目任務要求以項目論文方式提交，并采用5 分鐘項目答辯的方式進行交流討論，促進知識分享和創新思維的碰撞。各項目任務的評價采用評價量表進行反饋，主要從對任務的理解、任務的思考、交流溝通、項目展示、報告撰寫等多個維度進行評價，及時給予學生反饋修改，以便后續進行方案修改。課程大作業項目主要考察課程知識點的應用情況，評測觀察內容如表2 所示。這些項目任務隨著教學內容的不斷迭代更新，需要學生逐漸投入更多的時間和精力才能完成。通過實施項目任務，課程學習評價將考查重點由對知識的記憶轉化成為對知識的理解、運用和創造，著重培養學生工程意識和創新能力。

4 結語

本文針對工業設計專業《材料與工藝》課程教學存在的問題和不足進行了分析，提出了采用遞進項目驅動的教學模式進行教學改革。材料與工藝是工業設計實現產品落地的基礎，本文通過八個項目任務反向設計教學內容和考核方式，通過項目任務實施，將不同學科知識和課程內知識聚合，有利于提升學生的工程意識和創新能力，為學生后續專業實踐中技術與藝術的結合奠定基礎。