產品系統開發設計課程教學改革探索

摘 要 ：文章針對當前產品系統開發設計課程教學存在的問題，基于教學改革目標，提出基于機器人專題訓練的產品系統開發設計課程教學改革探索方案。以期培養符合現代產業需求的工業設計專業創新型人才，同時為相關專業的教學改革提供一定的參考。

關鍵詞 ：產品系統開發 ;設計課程 ;教學改革 ;機器人 ;專題訓練

中圖分類號 ：G642文獻標識碼 ：A

文章編碼 ：1672-7053（2021）07-0036-02

Abstract ：In view of the current problems in the teaching of product system development and design courses， and based on the goals of teaching reform， an exploration plan for the teaching reform of product system development and design courses based on robotics special training is proposed to cultivate innovative talents in industrial design that are more in line with the needs of modern industries. The teaching reform of related majors provides a certain reference.

Key Words ：Product System Development; Design Course; Teaching Reform; Robot; Special Training

近年來，國家教育部“卓越工程師教育培養計劃”和“新工科建設”已成為各高校推動教學質量改革的鞭策與指導綱領。當前工業設計專業作為交叉學科的典型代表，其工業設計創新人才的培養應該與當前產業需求相結合，方能培養出適應經濟社會發展需求的高質量設計人才。

隨著近年來工業設計漸漸受到各級政府部門和企業的重視，每年由各類機構主辦的設計競賽逐年增加。設計競賽是以設計作品為主要評判對象的一種選拔活動，目的在于引導未來設計走向或解決當下問題，促進新的設計形式和作品的產生，是學生設計實踐的良好平臺，為此，很多教師都會將其作為課程教學訓練的途徑之一。

1 產品系統開發設計課程教學的現狀

1.1 教學方式傳統且單一

當前的課程教學仍然以傳統的理論式教學為主，教師大多通過多媒體的形式將教材內容直接傳達給學生，這種一對一、單向輸出的知識傳授方式，可能會散失一些重要的信息。同時，教師的理論傳授在某種程度上代替了學生自身的主動能動性，這些理論知識的接受更多的是被動式的 [1]。主動式吸取的理論知識學生更能理解和再拓展，而導入學生感興趣或與當前產業實際相關的專題，更能在一定程度上吸引學生，使其主動思考，變被動為主動。

1.2 教學脫離實踐

工業設計是技術、藝術和人文等各學科體系的綜合交叉學科，是以實踐為主的應用型學科 [2]，開設的院校大多數是地方性和應用型高校，大多數院校的培養也都以就業為導向。當前教師隊伍大多是從學校到學校，低齡化嚴重，缺乏業界工作經驗，使得課程教學在理論講授完成后，大多是以競賽或老師自行擬定的概念式課題開展實踐訓練，導致學生缺乏對當前產業實際的思考和前沿發展的探索，最終培養的學生時常與企業脫節。

2 產品系統開發設計課程教學改革的意義

在產品系統開發設計課程中，涉及實踐訓練主題的分析與研究、方案構思、方案講解、成果匯報、計算機表現、方案表現等實踐內容，這些能力的培養能夠提升學生的系統分析能力。基于上述產品系統開發設計課程教學的現狀，對產品系統開發設計課程進行教學改革，可以實現學生對相關知識的掌握以及計算機設計表現等綜合能力。同時，引導學生對當前技術、產業、和前沿發展的關注和思考，使其符合現代工業設計企業的需求。

3 機器人專題訓練教學改革實踐

針對當前的現狀和前述教學改革目標，提出基于機器人專題訓練的產品系統開發設計課程教學改革探索實踐包括以下三大層面 ：

3.1 理論教學環節

理論是課程教學的基礎，因此可以在產品系統開發設計課程的前期理論教學過程中運用多媒體、案例等教學方法，結合機器人、智能技術各領域產品案例進行講授，讓學生對產品系統開發設計課程內容有基本的了解，包括產品系統開發設計概述、產品系統開發設計的前期規劃、產品系統開發設計的市場研究、產品系統開發設計流程、產品開發設計方法等理論內容。在理論教學過程中，將課程教學理論內容與社會背景、行業需求、社會問題、產業前沿進行結合，通過書籍等文獻進行圖片、視頻等教學素材案例的講解，拓寬學生的視野，引導學生對相關產業進行關注，啟發學生進行創新思考。

3.2 機器人專題訓練實踐

3.2.1 具體訓練主題與目標

在產品系統開發設計課程的中后期導入機器人專題實踐訓練，主要包括工業機器人、移動機器人、服務機器人等三大類主題，以機器人作為設計實踐對象，開展機器人造型方案創新設計，對機器人專題進行有針對性的機器人創新產品開發設計，從而提高學生的理解能力、分析能力以及創新能力，引導學生對機器人等智能技術產業進行關注。

3.2.2 專題布置與實施安排

在確定訓練主題后，指導教師綜合訓練主題、授課班級學生數量、性別、分組調研與個人設計實踐安排等因素，布置工業機器人、移動機器人、服務機器人等三類主題機器人訓練的具體參與學生。學生知曉各自參與主題后，可根據自身興趣，選定具體環境場域下或相應用戶的機器人產品開展設計研究。

3.2.3 專題訓練內容與程序

專題訓練內容和開展的程序主要包括前期調研與后期的設計實踐兩大部分，具體如下 ：

在確定主題或具體機器人產品后，學生進行前期的主題調研，通過前期課程理論教學的市場調研方法等對主題進行分析，提出可能開展的設計方向或開發機會。這階段皆在希望學生通過文獻、網絡等調研分析獲取主題相關的一手或二手資料，以期對主題有更進一步的認識。需要說明的是，該階段以組為單位進行，以此培養學生的團隊協作能力。

基于前期調研，以個人為單位進行設計實踐，選定具體的設計方向，進行設計定位，然后開展頭腦風暴，構思一系列的機器人造型創意設計草圖方案，之后進行草圖方案的講解與評價，并從中選定 3—5 個造型草圖方案進行優化，通過對優化方案的師生講解與評價，最終選定 1 款方案進行細化表達。方案確定后開展計算機數字化 3D 建模，并在建模過程中指導老師進行匯報溝通，以進一步修改和深化設計方案，完成渲染和版面呈現等后續工作。待學生自主完成方案展板表現后，指導老師提出修改意見，以便學生修正并最終完成機器人產品創意設計的展示版面，并進行專題提案匯報。

上述的設計實踐總體包括前期草圖構思、擬定方案優化與評價、定案深化表達、計算機 3D 建模與渲染、提案版面呈現等環節。學生完成上述每個環節的內容后都應對階段性成果進行口頭闡述講解（課堂中）或線上線下解說（課下時間，如騰訊QQ、面對面），只有相應環節的內容達到相對適宜的程度，才能進行下一環節內容的實施，否則仍需要再思考和探索。指導老師在專題實施過程中，綜合考量不同學生的基礎和具體設計主題與定位，因材施教，提出不同的指導方向和可能的建議，供學生參考。教師指導主要利用課程安排的實驗教室進行，同時輔以課余時間的騰訊 QQ 線上指導等方式，尤其是方案的計算機建模環節與提案版面時要時常借助課余時間的騰訊 QQ 線上或面對面線下的指導方式完成。

3.3 機器人專題訓練成績評價

作為課程的訓練專題，最終要給學生的專題成果一個量化考核分數。分數量化考核是對學生學習成果的評價方式之一，是對課程實踐情況的檢查，是對學生訓練內容學習的檢驗，這有助于教師后續的教學內容和方式的改善 [3]。為了培養學生的創新能力，就要建構多元化的考核評價準則，改變重理論輕實踐的傳統，建構多樣化的評價方式 [4-5]。機器人專題訓練從主要專題實踐過程和專題成果兩大層面進行綜合的考核與評價。

3.3.1 專題實踐過程的考核內容與評價

該層面的考核標準包括 ：（1） 專題實踐過程中學生的出勤率 ;（2） 專題實踐過程中學生的認真與態度情況，主要透過學生的課堂表現和階段性成果匯報講解情況來評價 ;（3） 專題實踐過程中學生的機器人前期方案構思的系統性和整體質量情況 ;（4） 訓練專題數據的提交情況。通過上述考核標準，來綜合評價學生課程知識的應用轉換能力、團隊協作能力、分析問題的能力、創新思考能力、手繪設計表達能力、交流溝通能力，以及匯報表達能力等。

3.3.2 專題成果的考核內容與評價

機器人專題訓練的成果考核應該遵循以下評分標準 ：（1） 專題設計機器人成果方案的原創性評價 ;（2） 創新性評價，主要為成果概念的創新性和設計表達的創新性 ;（3） 人機性評價，主要為方案成果是否符合人機工學 ;（4） 合理性評價，主要包括方案的功能與配色是否合理 ;（5） 美觀性評價，主要為方案成果的造型和展示版面是否美觀 ;（6） 實用性與可行性評價，主要為功能是否合理，結構和技術是否可行 ;（7） 完整性評價，即設計說明、三視圖、尺寸圖、使用情境圖、CMF 說明等方案成果表達元素的完整性。試圖通過較為全面的考核標準，對學生的專題成果給出一個較為合理且綜合的成績。希望通過上述考核內容來全面考察學生的設計創新能力、方案深化表現能力、計算機設計表現能力等。

4 結語

以機器人、人工智能等為代表的新興技術蓬勃發展，也為當前的社會經濟注入了新的生命。機器人等新興技術對于推動智能制造的發展起著舉足輕重的作用，它也將影響著國民經濟發展的各個領域。為此，以機器人技術作為教學中專題訓練的實踐課題，開展兼具創新性和實踐性的教學改革設計實踐，是提高工業設計人才培養質量，培養具有創新能力人才的重要途徑。

本文系教育部產學合作協同育人項目《基于機器人專題訓練的產品開發創新設計能力培養教學改革》;廣東海洋大學教育教學改革項目《基于企業項目驅動的產品系統開發設計課程實踐教學改革研究與實踐》的階段性成果。

參考文獻

[1] 王倩，黃曉陽.專題式教學模式在產品開發設計課程中的應用探析 [J].工業設計，2021（04）：36-37.

[2] 黃天楊.新工科背景下工業設計專業“三步走模塊”教學模式探索 [J].工業設計，2020（06）：35-37.

[3] 黃天楊.計算機輔助工業設計教學實踐研究 [J].內蒙古師范大學學報（教育科學版），2016，29（02）：86-88.

[4] 梁春陽.轉動課堂背景下高校提高學生創新能力有效性研究 [D].渤海大學，2017.

[5] 楊艷紅，鐘相強，劉明彬.PBL 與 LBL 結合教學模式在產品開發設計課程中的應用 [J].安徽工業大學學報（社會科學版），2012，29（03）：148-149+161.