基于3D數字化技術的產品設計實踐教學應用研究

肖婕

摘要：目前隨著人工智能的迅速發展，與其他學科領域交叉滲透，帶來數字創新的機遇與挑戰。對于產品等各種設計的數字化要求也在不斷提高。在這種背景下，借3D數字化技術，結合當前產品設計專業發展趨勢和大職教觀，以項目實施為主線對產品設計專業實踐課程進行教學資源整合，并從“崗、課、賽、證”四個方面，通過工作任務引導，將理論教育與實踐教育有效融合，在教學模式和考核評價標準上進行創新，綜合實訓教學項目的開展，改變產品設計專業傳統教學模式和評價標準，有助于提高產品設計專業人才培養質量，對現有課程的教學改革起到范式作用。

關鍵字：教學模式；評價標準；實踐教學；產品設計

中圖分類號：TB472； G712 文獻標識碼：A 文章編號：1400 （2022） 05-0032-05

基金項目：廣州市教育研究院2021年度科研課題（基于3D數字化技術的產品創新設計實踐教學模式研究21AZYJY21044）

Application Research of Product Design Practice Teaching Based on 3D Digital Technology

XIAO Jie（Guangzhou Panyu Vocational and Technical College， Guangzhou 511483， China）

Abstract： At present， with the rapid development of artificial intelligence and the cross penetration of other disciplines， the opportunities and challenges of digital innovation are brought about. The digital requirements for various designs such as products are also constantly increasing. In this context， borrow 3D digital technology. Combined with the current development trend of product design and the concept of vocational education. Taking the project implementation as the main line to integrate the teaching resources of the product design professional practice course， and from the four aspects of “post， class， competition and certificate”， through the guidance of work tasks， the theoretical education and practical education are effectively integrated， in the teaching mode and assessment. The innovation of evaluation standards and the development of comprehensive training teaching projects have changed the traditional teaching mode and evaluation standards of product design majors， which will help to improve the quality of product design professional personnel training and play a paradigmatic role in the teaching reform of existing courses.

Key words： teaching mode； evaluation criteria； the practice teaching； product design

全球人工智能和數字經濟的蓬勃發展，推動新一輪產業技術變革，3D數字化技術正領先地促進教育體系化融合創新。如何培養數字化人才，成為產業界和教育界嚴峻的話題。特別是對高職院校產品設計專業，培養“開拓型、會通型、應用型”的產品創新設計人才與企業實際場景案例很難和實際課程聯接。積極引入3D數字化技術到教學課程中來，突破傳統實踐教學模式，將成為培養復合型創新人才的思維破局之道。

1 人工智能時代產品設計實踐教學應用數字化技術的現狀

1.1 國外主要研究動態

產品數字化設計圖紙作為工程界一種常用的產品定義語言，最早是由法國科學家蒙日（1975年）提出，繪制二維工程圖紙使用幾何畫法可達到圖紙的表達趨于規范法、唯一化。其后，逐步實現了工程圖從手工繪制到計算機繪制的轉變[1]。在此基礎上，研究者們進一步開展了三維標注技術及其標準化的研究。2003年美國國家標準ASMEY14.41-2003《數字化產品定義數據實施規程》公開。2006年標準草案ISO16792：2006《技術產品文件 數字產品定義數據通則》經ISO發布，為產品數字化定義技術，成為面向制造的三維設計范式。

1.2 國內最前沿主要研究動態

3D數字化技術最初被應用于計算機科學技術領域，逐漸應用在工程設計領域，正從產品概念導入期步入數字世界快速發展期。查紅彬應邀在第二屆全國幾何設計與計算學術會議作大會主旨報告《三維數字化技術及其應用》，報告對三維數字化技術的概念，特點和研究現狀做出簡要敘述，并重點介紹在物體與場景三維建模的研究成果[2]。王其松《三維設計的應用現狀和發展趨勢研究》以石油行業、化纖行業的三維設計軟件為研究對象，探討三維設計軟件的痛點問題并提出解決策略[3]。張春蘭《數控專業綜合實訓教學項目的創新與實踐——基于數字化設計技術背景》，主要觀點是借助數字化設計技術對數控專業綜合實訓課程開展改革與創新的研究[4]。梁偉《人工智能（AI）時代應用型高校數字化教學模式創新研究——以山東華宇工學院財務管理專業為例》，提出數字化技術應用于財務管理專業教學模式的創新[5]。D5A7ECD6-87F6-4B1F-8490-E498944D9EC6

目前研究者都借助數字化技術進行實訓課程教學改革的研究，但缺乏對于師資的培養，實訓教學條件配置的研究。而且已有的研究偏重學校的評價標準，相對缺乏人才培養的技能水平與企業評價標準的契合度研究。因此。對數字化技術如何進入課堂實現人才培養質量的提高，既可以從社會和教育的角度拓深理論層面的研究，也有利于對當前“深化產教融合”的“大職教觀”做出具有強大說服力的詮釋。

1.3人工智能時代產品設計實踐教學存在的主要問題

選擇廣東省內相關高校、職業院校，以網絡為主要手段，發放調查問卷并結合線上訪談法調查，了解產品設計專業實踐教學模式和教學體系目前存在下列主要突出問題。

1.3.1 課程目標缺乏育人元素

立德樹人，是從國家教育政策，素質教育戰略要求，學校育人目標，專業人才培養方案以及課程目標都高度一致的。產品設計專業職業核心素養是培養學生的創新思維，審美能力以及人文素養。如何在課程設計中導入民族文化認知，增強民族文化自信，是本項目的研究重點方向。

1.3.2 課程體系缺乏頂層設計

筆者調查了所在院校產品設計專業課程的項目化教學狀況，雖然經過國家示范性建設和“雙高計劃”中國特色高水平高職院校建設啟動了新一輪的任務型課程改革，但是實際開展的教學效果不容樂觀。存在的問題主要有：對于學習任務的設計相對比較單一，不能完全覆蓋全部課程目標，學生缺乏綜合運用不同學科、不同專業的知識和技能的學習實踐。整個課程體系缺乏職業核心素養所需的頂層設計。

1.3.3 課程活動缺乏實踐性

在一些高職院校中，一些產品設計專業“雙師型”教師流于形式，極少與企業接觸[6]，匱乏基于真實任務設計學習任務的能力，與新技術、新工藝、新材料結合應用不夠。同時，依然采取普通的教學手段進行產品設計實訓教學，難以將學生的理論知識以及實踐相互結合在一起，難以將各項目的職業能力要求整合在一起[7]。

1.3.4 課程評價脫離實踐

傳統學歷教育的課程評價人才培養的技能水平脫離了企業評價標準，難以檢驗人才培養質量。如，有些只提理論知識題型考核，有些盡管關注理實一體化但依然采用筆試，X技能等級證書缺乏規范的技能考核方法。

2 人工智能時代復合型數字化人才的需求現狀

近年來，在政策、技術等多重驅動力的推動下，尤其是在《中國制造2025》的主要目標——智能制造的發展推動下，數字經濟產業在新一代數字化技術的支持下得到長足發展[8]。“智能制造”呼喚數字化人才助力產業發展，產業的快速發展正在倒逼復合型數字化人才的培養。如圖1所示，未來制造業需求量大的是中高級的“數字化應用型人才”，并非高學歷或者純操作型的人才[9]。

3 產品設計專業實踐教學數字化技術應用的問題原因分析

針對產品設計專業目前應用數字化技術在實踐教學中存在的主要問題進行剖析，從不同的層面和視角分析問題存在的原因。

3.1 產教融合制度不健全

當前職業院校，所謂“產教融合”“現代學徒制”“職教集團”等難以落地實施，歸因于沒有一個可指引明確操作的協同育人制度規范或者政策細則，主體權責和執行方式不夠明朗，利益如何分配及后期管理等制度不完善，這些問題直接影響導致行業企業和協會成為“局外人”角色，參與職業教育的積極性、能動性較低，企業也僅僅在學生就業中發揮了作用。

3.2 高校師資力量不匹配

專業隨產業轉型發展是一個動態過程，即“專業隨著產業轉”。因此，需要與新技術、新產業、新需求相契合的“雙師型”師資隊伍，不僅能講授專業理論課程，還要指導技能技術實踐。而實際情況是，高職院校在培育一支高素質的師資隊伍時，又往往面臨諸多困難。如高層次雙師型人才難走進校園，留不住，教師專業發展平臺不夠，崗位技能進修培訓機會不多等實效問題。

4 人工智能時代產品設計專業實踐教學3D數字化技術的創新應用

4.1 實踐教學現狀調查

首先將實踐教學現狀問題分解為“學生對產品創新設計思維的關注”、“教與學的取向”和“實踐環節實施現狀”三個問題，然后對這三個一級問題進行分解，共同得到學生調查問卷項目22個，通過網絡以高職產品設計專業學生為調查對象進行問卷調查。然后將問卷回收進行數據統計與調查結果分析，最后通過分析發現存在問題與原因剖析。

4.2 基于3D數字化技術的“崗、課、賽、證”實踐教學模式

為深化高職院校“三教”改革，有效落實這項改革所倡導的培養職業核心素養的理念，推動課堂教學改革，本課題推進“崗、課、賽、證”實踐教學模式，通過教育教學理念的更新，實踐教學方式的改革兩種方式“雙管齊下”，以達到引領學生全面發展，進一步提升教育教學質量的目的。“崗、課、賽、證”四方面教學模式，“教師為主導，學生為主體，實訓為主線”的教學理念先行，引導學生摒棄填鴨式學習方式，能夠以個人自主、同學合作和小組探究三種方式并行學習。研究結合高職產品設計學科特點和相關教育教學理念，在探究實踐教學模式的基礎上，將3D數字化技術引入到“崗、課、賽、證”各實踐環節中，以達到促進學生產品創新設計思維的發展。

4.2.1 實施程序

依據課程開發途徑，將職業崗位、項目課程、資格證書等元素相互融通，形成“崗課融合、課證融合、課賽融合”的“崗課賽證”四點融通課程體系[10]。崗即工作崗位、課即課程體系、賽即職業技能大賽、證是職業技能等級證書。“崗”和“證”屬于社會元素，“課”和“賽”屬于教育元素，實踐和理論教育交叉融合。其中，課程體系是融通的核心與載體（見圖2）。教學活動的實施按照以下五個環節依次進行：典型工作項目導入，明確目標；實訓實習，合作探究；展示思維，精講點撥；總結評價，建構體系；以賽促學，拓展思維。D5A7ECD6-87F6-4B1F-8490-E498944D9EC6

4.2.2 特點

“崗課賽證”實踐教學模式的特點：注重借助3D數字化技術推動課程教學的數字化轉型；注重培養產品設計的創意思維；注重學生深度學習；發揮教師主導作用。

4.2.3 應用原則

以技術技能人才成長規律，以學生為中心，靈活性為三大應用原則，在推進教學過程中依托3D數字化技術的優勢，提供和職業崗位匹配的工作環境的實體實訓環境，成為學生鍛煉高技能水平、錘煉“數字工匠”精神、技能大賽賽前選手訓練的開放平臺；成為激發學生產品創新意識，開拓設計視野，提高課堂活力，增加師生互動性的有效學習工具。

4.2.4 實施策略

課前預設策略，從數字化應用型人才需求出發，以產品數字化設計中的典型工作項目為載體，與行業協會（或職教集團）、行業龍頭企業共同構建模塊化、能力遞進式的課程體系進行教學活動設計；情境化策略，課程設置內容瞄準崗位需求，對接職業標準和工作過程，課程標準的實施融合產業發展的新知識、新技術、新工藝、新規范、新要求。將職業等級證書的知識、技能需求轉化為學生的素養、能力要求，將專業大賽、創新大賽項目融入人才培養方案、賽事內容融入課程教學內容、賽事評價融入課程評價。創設“崗、課、賽、證”的現實情境，讓學生擁有于真實情境中解決問題的能力，一方面學好職業技能，一方面逐步形成高技能人才職業核心素養。活動化策略：教師依據真實（企業）工作任務，融合企業認證的X證書群內容，以實際案例為分析對象，設計學生課堂活動，讓學生“動”起來，動眼發現問題，動腦提出問題，動手驗證問題，動口交流問題。

4.2.5 教學案例及分析

按照創設“崗、課、賽、證”情境，明確目標——自主學習，合作探究——展示思維，點撥提升——總結反思，構建體系——拓展應用，提升思維的思路組織教學設計并進行分析[11]（圖3）。

4.3 基于3D數字化技術的“崗、課、賽、證”教學模式實踐結果及分析

選擇成績差異不明顯的兩個平行班級作為研究對象，其中選擇20級產品（1）班為實驗班，20級產品（2）班為對照班，課堂上從“崗、課、賽、證”四個方面對實驗班和對照班進行對比，采用多方介入評價方式，包括學校、企業、同學、行業、社會、賽事等，用SPSS軟件進行評分分析，比較實驗班和對照班在實踐教學環節中和多方評價的產品創新設計思維能力的差異。

5 結語

數字化、智能化時代對社會人才的培養提出了新的要求，職業教育不再是“孤島式”育人，而是跨界合作，協同育人。人工智能時代的到來，數字化技術極大地打破產教之間、校企之間各種有形無形的藩籬，推動產教深度融合，以滿足新產品、新技術、新業態的涌現對數字化創新型人才培養的要求。

參考文獻：

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[4] 張春蘭.數控專業綜合實訓教學項目的創新與實踐——基于數字化設計技術背景[J].內燃機與配件，2021（07）：226-227.

[5] 梁偉.人工智能（AI）時代應用型高校數字化教學模式創新研究——以山東華宇工學院財務管理專業為例[J].辦公自動化，2021，26（22）：41-43+35.

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[10] 崗課證賽創五點融通課程體系構建-廣東科學技術職業學院.[EB/OL].[2019-08-02].

[11] 張秀峰. 基于科學思維培養的“導、學、展、評、測”教學模式研究[D].山東師范大學，2019.D5A7ECD6-87F6-4B1F-8490-E498944D9EC6