基于專題訓練模式的產品開發創新設計能力培養實踐

黃天楊

關鍵詞：專題訓練模式;創新設計;機器人;工業設計

2015 年，國際設計組織將工業設計定義為：工業設計旨在引導創新、促發商業成功，以及提供更好的生活，是一種將策略性解決問題的過程應用于產品、系統、服務及體驗的設計活動。工業設計是一種跨學科的專業，其將創新、技術、商業、研究及消費者緊密聯系在一起，共同進行創造性活動、并將需解決的問題、提出的解決方案進行可視化，重新解構問題，作為建立更好的產品、系統、服務、體驗或商業網絡的機會，提供新的價值以及競爭優勢。為此，工業設計專業的學生，需要了解多學科體系的知識，擁有良好的創新設計思維，具備解決復雜問題的創新能力[1-2]。創新已經成為個人或國家核心競爭力的關鍵，如何在教學中培養學生的創新設計能力，已然成為設計類教師需要思考的重要問題。為此，在專業課程知識學習的過程中，讓學生應盡可能多接觸較為復雜系統的實踐訓練課題，有意識的培養學生解決復雜問題的能力及創新能力，不失為一種有益的嘗試。

1 專題訓練模式概述

專題教學模式是指教師結合教學重點、學生特點和社會熱點，對教學內容進行提煉而形成的教學專題[3]，其是對教學大綱和教材內容進行整體把握后，根據教學目標進行教學內容的整合。當前的專題教學更多強調的是前期理論的教學，而忽略課程實踐的專題訓練實踐。文中所指的專題訓練實踐是在理論教學結束后的實驗課程中，授課教師基于課程理論內容和課程教學目標，選擇更具針對性的專題內容進行課程實踐訓練，其是對教學內容的驗證和鞏固，是有意識的課程教學規劃。

相對于傳統的訓練實踐，專題訓練表現出了別樣的價值，具體表現為：（1） 專題式訓練實踐豐富了教與學的方式，連接了理論教學和實踐內容及形式，給教學內容提供了另一種傳授空間，豐富了教學的訓練內容。（2） 專題式訓練實踐的教學內容可以融入前沿的成果，結合當下的社會議題或學生關注的熱點，實現課程實踐的生活化和產業化，做到教學實踐的與時俱進。（3） 專題訓練實踐促進了教師實踐教學方法的不斷創新。教師作為教學活動的設計者與組織者，要實現課程的教學目標，讓學生高效地吸取教學內容，就需要教師在教學活動過程中不斷創新，通過新方法、新途徑和新方式來引導學生，調動學生的積極性和主觀能動性。（4）專題式訓練教學模式能推進理論實踐教學的有效開展。作為教學工作的重要組成部分，實踐教學是深化課堂教學的重要環節，也是學生獲取和掌握知識的重要途徑之一。當前許多高校課程的實踐教學由于學時、場地等因素，并未真正發揮實踐教學該有的價值，而專題訓練實踐的開展是前期教學設計后的統籌安排，能將課堂教學內容和實踐有機結合，實現學以致用的教學育人目標，專題訓練通過課題的調研與方案構思等實踐內容的實施，促進了課程實踐教學的有效開展。

2 基于專題訓練模式的產品開發創新設計能力培養意義

創新的過程也是個體發現問題、分析問題和解決問題的過程[4]。創新能力可以被理解為是個人在已有信息和經驗的基礎上，提出新方法、新技術、新理論或新見地的能力[5]。產品開發的創新設計能力是設計創新能力的重要呈現，而通過專題（如機器人）訓練的實踐，在設計教學活動中開展專題訓練，針對已有問題與當前或未來用戶提出新的產品、服務或系統等創造性的解決方案，這將在一定程度上提升學生對相關專題產品的創新設計能力。

斯坦福大學設計研究院提出的設計思維（Design Thinking），倡導利用設計思維解決各種實際問題，即作為一種創造性思維方法，設計思維針對某個設計任務，從最終用戶的視角出發，尋求全新的問題解決方案。設計思維更加關注用戶的期望和需求，關注創新與未來，研究創新的各種可能性，其是產品創新開發的范式。而通過專題訓練模式進行產品開發創新設計能力培養，其產品專題過程往往包含專題產品的用戶與市場需求分析、專題產品的分析與創造的過程。整個訓練過程中更加注重專題模式訓練的產品開發設計與分析，它與設計思維注重的，即通過發現、解釋和構思的系統創新過程來探索相關問題是一致的[6]。因此，基于專題訓練模式的實踐也是一種通過設計思維拓展訓練而進行產品開發創新設計能力培養的途徑。可以說，在教學活動中，開展專題訓練模式對于學生的設計思維與產品開發創新設計能力的培養均是有益的。

在進行工業設計專業課程教學的過程中，教師除了要重視理論傳授外，還應該注重專題實踐的訓練，通過專題訓練對課程理論的應用性和技術性加以強調和轉化，使學生在專題訓練實踐過程中形成系統性看待問題的創新意識，提升學生的創新能力?？傮w而言，基于專題訓練模式的產品開發創新設計能力培養的意義主要表現在：第一，啟發學生的創新設計思維，鍛煉學生解決機器人等較為復雜對象痛點的設計能力，培養學生用創新性的方法解決當前的熱點問題;第二，培養學生對社會專題熱點和產業的關注意識，培養學生的社會適應能力;第三，激發學生從被動接受知識轉向積極探索和吸收知識，調動學生的積極性、主動性和創造性，形成自主學習和互動式學習的模式;第四，加深學生對專題知識的系統理解，彌補傳統的寬泛多元課題訓練中對知識理解的不透徹與不全面;第五，通過專題訓練模式能在一定程度上促進授課教師加強對相關產業知識體系的深入學習，進而提升授課教師的教學水平。

3 機器人專題訓練實踐

3.1 專題訓練實施路徑

學生素質和能力的培養在很大程度上受到教學環節設置的影響[7]。因此，教學改革實踐的實施應遵循“理論+ 實踐”的教學理念，在產品系統開發設計課程中，以產品系統開發設計課程內容為理論，以機器人作為實驗教學的訓練實踐專題，進行產品開發創新設計能力培養的探索實踐，指導學生以系統性思維開展工業機器人、移動機器人、服務機器人等機器人的研究，包括用戶分析、機器人產品分析、環境分析等，然后開展頭腦風暴，構思機器人創意設計的草圖方案，選定方案進行優化，并開展計算機3D 數字化建模渲染等，以形成機器人產品造型創意設計的方案。

3.2 專題訓練實踐過程

機器人專題訓練實踐主要安排在《產品系統開發設計》課程的實驗課程階段，主要包括前期和后期，重點在后期。前期為專題訓練的選題布置，包括開展內容、時間節點規劃和相關規范等;后期則是專題訓練的具體設計實踐過程，包括調研和創新設計實踐兩大環節。

在后期的調研環節，學生根據選題，以組為單位進行市場調研，了解選題產品、用戶和環境等相關內容和存在的問題，提出可能的設計方向。在后期的創新設計實踐環節，以個人為單位進行，以選定的機器人主題作為設計實踐對象，開展機器人造型方案的創新設計。具體內容包括設計方向的構思與選定、頭腦風暴創意方案構思、創意方案評估與初選、初選方案優化與評估、定案確定與深化、定案的計算機表達與優化、定案的計算機渲染與展示。在創新設計實踐環節，學生完成每一個階段的內容后，都要進行思路與成果的講解，指導老師基于每位學生的基礎和具體選題等情況，給出可能的引導方向或具體修改意見。只有該階段的內容和成果相對合理后，方能開展下一個階段的實踐內容，希望通過每個實踐環節的層層把關，在進一步督促學生的同時，也讓學生對設計、專題、課程和自己有更進一步的認知。借助機器人專題訓練培養學生機器人產品分析等前期市場研究、創意方向提煉、設計構思、設計定案確定、機器人造型方案視覺化，以及計算機3D 數字化建模渲染等設計分析與解決問題的創新設計能力。

該訓練的前期調研和后期設計實踐的教學活動設計將創新設計思維融入其中，將解決生活中機器人所涉及的工作、社交、文化、衛生等領域的相關問題，以調研為基礎，解決方案為結果。整個專題訓練實踐的過程和指導教師的指導符合設計思維以學生為中心的理念，注重培養學生分析和解決問題的能力與創新設計能力。

3.3 專題訓練實踐成果

通過在產品系統開發設計課程中，以機器人作為實驗教學的訓練實踐專題，進行了產品開發創新設計能力培養的探索實踐，拓展了學生的創新設計思維。首先，學生2 人一組進行了歷時約15 天的調研，其中4 學時為課程實驗教學計劃學時，其余為課余實踐與指導時間。學生對各自的選題進行了初步的分析，包括機器人產品的造型、色彩、功能，以及用戶和環境等分析，同時提出了可能的設計方向，初期調研結束后形成了初步的思維導圖，并在課程中進行了一一講解。圖1 為學生制作的汽車焊接機器人思維導圖，內容涉及產品背景、用戶數據、產品分析與環境分析等，并初步提出了現存的相關問題和后續方案可能涉及的問題。

后期的創新設計專題訓練實踐過程共持續了約40 天的時間，其中20 學時為課程實驗教學計劃學時，8 學時為指導教師額外增加的實驗教學學時，其余為課余指導與實踐時間。課程實驗教學計劃學時和指導教師額外增加的實驗教學學時，主要用于學生專題的前期草圖構思成果、擬定方案優化與評價、定案深化表達內容的學生講解及教師指導。課余時間主要用于學生定案的計算機表達與教師指導，無論是教學計劃學時還是課余時間的指導，學生和老師都分別進行了多輪的一對一的講解和指導。指導教師主要綜合方案的創新性、實用性、美觀性等對學生的階段性成果進行評價，并給出指導方向和修改意見。

通過在產品系統開發設計課程中融入機器人訓練專題，學生們進行了工業機器人、移動機器人、服務機器人三大主題機器人的創新設計實踐，具體機器人創新方案成果涉及工業、農業、醫療、社交、娛樂、居家、衛生、航空、海洋等各個領域。在這些機器人創新設計實踐的過程中，同學們應用了前期理論教學中所教授的系統、組合、發散等創造性思維方法，以及列舉法、組合法、聯想類比法等創意設計方法，取得了較好的成果。例如，圖2 為學生設計的水下機器人，該機器人可以為潛水愛好者提供拍攝、探測的功用，讓潛水活動更安全、更有趣，用戶可以通過遙控手柄控制機器在水中的活動軌跡，機器人將水下拍攝的數據與畫面反饋給用戶，亦或是用戶可以帶著它一起進行潛水活動娛樂，記錄用戶的快樂瞬間。此外，圖3 為學生設計的棉花機器人，是基于勞動力不足和當前采棉機采摘質量差等社會現實設計的全自動化的采棉花機器人，該機器通過機械手臂采取棉花，并通過吸管將棉花吸入箱體，機械夾具前端采用柔軟的硅膠材料，增大了夾具與棉花的接觸面積。此外，棉花機器人還具有除雜、打包和放置等功能。

機器人專題的創新設計訓練實踐，對機器人專題進行有針對性的機器人創新產品開發設計，培養了學生前期用戶研究、機器人產品分析、創意方向提煉、設計定案確定、機器人造型方案視覺化，以及數字化建模渲染等系統化設計分析與解決問題的創新能力，從而提高了學生的理解、計劃、綜合思考、分析，以及設計創新的能力，為走向工作崗位后企業實際項目的產品開發設計工作奠定了一定的基礎。

4 結語

創新設計能力作為高校教育培養的目標和企業用人標準，應該得到廣大教師的重視。指導教師應將工業設計專業學生的創新設計能力培養作為課程教學的重要目標之一，并通過專題訓練等實踐形式，系統性地提升學生解決問題的能力，培養學生的創新能力。