工業(yè)設(shè)計的跨學(xué)科實踐平臺建設(shè)
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摘要：伴隨信息技術(shù)在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，工業(yè)設(shè)計理念與技術(shù)手段也在快速變化。以增強學(xué)生在新行業(yè)環(huán)境中的實踐能力為目標，提出了一種模塊化的工業(yè)設(shè)計跨學(xué)科實踐平臺建設(shè)與應(yīng)用方案。硬件上建立了完備的自制造環(huán)境，將真實的產(chǎn)品設(shè)計流程在平臺中濃縮復(fù)現(xiàn)，提高了學(xué)生的知識應(yīng)用與協(xié)同創(chuàng)新能力。軟件上通過平臺構(gòu)建推動專業(yè)課程體系優(yōu)化與師資隊伍建設(shè)，在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中發(fā)揮了重要作用。
關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計；跨學(xué)科；實踐教學(xué)
進入21世紀，世界主要發(fā)達國家陸續(xù)開展了“再工業(yè)化”的進程。我國也于2015年正式《中國制造2025》作為工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的行動綱領(lǐng)。縱觀各個國家的規(guī)劃，盡管表述不同，其核心思想均是制造業(yè)的智能化與網(wǎng)絡(luò)化，加快制造技術(shù)與信息技術(shù)的深度融合。設(shè)計是制造業(yè)的靈魂，制造業(yè)的變革必然會引起工業(yè)設(shè)計行業(yè)的改變，也會對工業(yè)設(shè)計專業(yè)人才培養(yǎng)提出新的要求。現(xiàn)階段，國內(nèi)高校眾多工業(yè)設(shè)計專業(yè)對學(xué)生創(chuàng)意培養(yǎng)已經(jīng)比較成熟，各類專業(yè)競賽中涌現(xiàn)出了眾多的優(yōu)秀設(shè)計作品。但不論競賽抑或日常教學(xué)中的創(chuàng)意，最終轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的卻寥寥無幾。眾多創(chuàng)意、方案終結(jié)于圖紙，作品模型也多數(shù)停留在外形制作上，對功能和結(jié)構(gòu)缺乏深入的驗證[1]。在此背景下，如何有效利用各種新興技術(shù)提高工業(yè)設(shè)計專業(yè)人才的創(chuàng)新實踐能力、滿足信息化、智能化制造業(yè)對設(shè)計人才的需求，成為一個亟待解決的新問題。對此，本文提出了一種工業(yè)設(shè)計專業(yè)跨學(xué)科實踐平臺的建設(shè)方案，對其在人才培養(yǎng)中的應(yīng)用方式與作用也進行了初步的研究。
1跨學(xué)科實踐平臺建設(shè)的必要性
1.1學(xué)生利用各種新技術(shù)進行設(shè)計活動的必然要求
工業(yè)設(shè)計與制造業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)，制造技術(shù)的進步為工業(yè)設(shè)計提供了更多先進的工具。目前，3D打印、智能硬件等新技術(shù)的蓬勃發(fā)展正為設(shè)計方法帶來一場新的變革：3D打印只需數(shù)小時即可將作品造型由虛擬轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實；各種先進傳感器的出現(xiàn)可以讓設(shè)計者完成比以往更復(fù)雜、更完善的功能設(shè)計。在此形勢下，工業(yè)設(shè)計教學(xué)應(yīng)當順應(yīng)時展，加強培養(yǎng)學(xué)生對各種新技術(shù)的熟練運用能力。而這種能力的培養(yǎng)，離不開相關(guān)軟、硬件平臺，離不開大量的儀器、工具和材料[2]。這種培養(yǎng)環(huán)境既無法在圖書館中建立，也無法在多媒體教室中建立，只能依靠跨學(xué)科的實踐教學(xué)平臺實現(xiàn)。
1.2實現(xiàn)課程教育與行業(yè)需求無縫對接的必要保障
工業(yè)設(shè)計一直以來都被認定為“應(yīng)用型”的學(xué)科，但是接受專業(yè)教育后的學(xué)生在工作中卻常被冠以“高分低能”的評價。造成此種局面的一個重要因素即學(xué)校教育與行業(yè)需求間沒有很好的銜接。工業(yè)設(shè)計真正的基礎(chǔ)不是外觀造型設(shè)計，而是用技術(shù)實現(xiàn)的能力。工業(yè)設(shè)計教育不能是脫離制造業(yè)的學(xué)院式教育[3]。課程中的實踐教學(xué)往往沒有將真實行業(yè)中的材料工藝、成本、市場等限制因素考慮其中，學(xué)生可以在很寬松的環(huán)境中自由發(fā)揮，對于設(shè)計能否轉(zhuǎn)換為實物缺乏基本的判斷能力。因此，在工業(yè)設(shè)計教學(xué)中需要構(gòu)建跨學(xué)科的實踐平臺，為學(xué)生提供完備的“自制造”環(huán)境，使其在動手過程中深刻理解技術(shù)、材料及工藝對設(shè)計的影響，以縮小課程教育與行業(yè)實際需求之間的差距。
1.3提升工業(yè)設(shè)計專業(yè)學(xué)生綜合素質(zhì)的重要手段
電子類產(chǎn)品設(shè)計是本學(xué)院工業(yè)設(shè)計專業(yè)的主要方向之一。智能化是該類產(chǎn)品的一個重要發(fā)展趨勢。除外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計外，功能設(shè)計是產(chǎn)品智能化過程中不可或缺的一部分。脫離功能需求的工業(yè)設(shè)計只能是紙上談兵，注定無法產(chǎn)生優(yōu)秀作品，也無法提高學(xué)生真正的設(shè)計能力。跨學(xué)科實踐平臺的建立可以為不同專業(yè)的學(xué)生提供思維碰撞、技術(shù)交流的場所。通過畢業(yè)設(shè)計、學(xué)生項目等方式，將不同專業(yè)的學(xué)生聚集到跨學(xué)科實踐平臺中，共同研究解決工程問題，有利于學(xué)生把本專業(yè)知識應(yīng)用在其他學(xué)科領(lǐng)域，或從其他學(xué)科領(lǐng)域?qū)W習(xí)本專業(yè)需要的技能。如此，既拓寬了學(xué)生的知識面，實現(xiàn)了知識互補；又培養(yǎng)了學(xué)生在實際工作中分析、解決問題及相互協(xié)作的能力，有利于其綜合素質(zhì)的提高。
2跨學(xué)科實踐平臺建設(shè)方案及應(yīng)用效果
跨學(xué)科實踐平臺的建設(shè)不是實驗室硬件設(shè)備的簡單堆疊，還需將配套的師資隊伍、教學(xué)計劃、平臺應(yīng)用方式等加以統(tǒng)籌考慮，理順其在教學(xué)過程中的地位與作用，最大程度地發(fā)揮其在人才培養(yǎng)中的效力。結(jié)合本學(xué)院現(xiàn)有實驗室基礎(chǔ)及專業(yè)方向，
2.1平臺硬件建設(shè)方案
2.1.1創(chuàng)意設(shè)計
以“三創(chuàng)”實驗室為核心為學(xué)生提供作品創(chuàng)意設(shè)計、創(chuàng)新制造方案設(shè)計及創(chuàng)業(yè)營銷設(shè)計的場所，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計思考能力。
2.1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計
包括計算機輔助設(shè)計(CAD)實驗室、金工實驗室與數(shù)控加工(CNC)實驗室，供學(xué)生完成作品的外觀、結(jié)構(gòu)設(shè)計及實現(xiàn)。計算機輔助設(shè)計(CAD)實驗室提供Photoshop，Solidworks等設(shè)計軟件，負責作品的外觀設(shè)計、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計及后期的產(chǎn)品手冊、宣傳海報等的設(shè)計。利用Solidworks軟件還可對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進行力學(xué)、運動學(xué)仿真，以驗證設(shè)計的有效性與可行性。金工實驗室提供各類鋸、鉗、尺等五金工具及電鉆、電烙鐵等電動、焊接工具，用于完成簡單的外觀、結(jié)構(gòu)的制作。數(shù)控加工(CNC)實驗室提供3D打印機、多軸數(shù)控加工設(shè)備，用于復(fù)雜機械零件、結(jié)構(gòu)的快速成型與精細加工。
2.1.3功能設(shè)計
包括電子電路實驗室、測控技術(shù)實驗室以及嵌入式系統(tǒng)實驗室，用于產(chǎn)品的功能設(shè)計與實現(xiàn)。3個實驗室對應(yīng)的開發(fā)難度依次遞增，以應(yīng)對不同復(fù)雜程度的功能設(shè)計。電子電路實驗室提供基本的電子元件與測量工具，主要針對低年級學(xué)生進行簡單的電子產(chǎn)品設(shè)計制作。只需具備基本的模擬、數(shù)字電子知識，即可實現(xiàn)一定的功能，對提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣具有積極作用。測控技術(shù)實驗室主要提供基于開源平臺的Arduino控制器及相應(yīng)的各類傳感器，主要面向單片機基礎(chǔ)較薄弱的學(xué)生進行創(chuàng)意產(chǎn)品的開發(fā)。嵌入式系統(tǒng)實驗室以51和STM32微控制器為主要開發(fā)工具，用于較復(fù)雜的功能設(shè)計開發(fā)，學(xué)生可在此將課堂知識深化拓展，進一步提升自身的專業(yè)技能。該實驗室同時也承擔了為各類專業(yè)電子競賽培養(yǎng)、選拔人才的任務(wù)。
2.1.4行業(yè)應(yīng)用
為加強專業(yè)教育與行業(yè)需求之間的聯(lián)系，專業(yè)結(jié)合本地區(qū)產(chǎn)業(yè)特點，將與企業(yè)共建的行業(yè)實驗室也納入實踐平臺，如生物醫(yī)學(xué)儀器實驗室、機器人教育實驗室等。每學(xué)期在實踐平臺中遴選優(yōu)秀學(xué)生進入實驗室，參與實際企業(yè)項目的開發(fā)。同時實踐平臺的作品也可通過該渠道接受企業(yè)考核，實現(xiàn)優(yōu)秀作品的成果轉(zhuǎn)化。
2.2平臺軟件建設(shè)方案
2.2.1課程體系配套建設(shè)
跨學(xué)科實踐平臺本質(zhì)上是為人才培養(yǎng)服務(wù)，平臺建設(shè)不能脫離專業(yè)的教學(xué)計劃，應(yīng)當與課程緊密銜接，以平臺為工具，在課程教學(xué)中貫徹“實現(xiàn)產(chǎn)品”的理念。通過平臺建設(shè)過程中統(tǒng)籌規(guī)劃，每個實驗室均可作為相關(guān)課程的實踐教學(xué)場所。如此，平臺除課余時間為學(xué)生提供鞏固知識、提高能力的場所外，也能很好的融入課程教學(xué)，提高了平臺的使用效率。
2.2.2指導(dǎo)教師隊伍建設(shè)
跨學(xué)科實踐平臺包含了作品從創(chuàng)意到成品的全流程，每一環(huán)節(jié)均需配備具有相應(yīng)學(xué)科背景的教師進行指導(dǎo)，如此才能保證平臺的教學(xué)質(zhì)量。平臺師資隊伍主要由三部分組成：首先是工業(yè)設(shè)計專業(yè)教師，負責對造型、結(jié)構(gòu)設(shè)計的指導(dǎo)；其次是學(xué)院電子相關(guān)專業(yè)的教師，負責對功能設(shè)計、數(shù)控加工的指導(dǎo)；最后，聘請合作單位中經(jīng)驗豐富的工程師作為兼職教師，從行業(yè)實際需求的角度對學(xué)生進行作品立意、技能鍛煉等方面的指導(dǎo)。
2.3平臺應(yīng)用方式探索
2.3.1與課程教學(xué)考核緊密結(jié)合
跨學(xué)科實踐平臺的使用豐富了課程教學(xué)手段，加強了課程之間的聯(lián)系。例如，在《計算機輔助三維設(shè)計》教學(xué)中，以往只能保存于計算機中的虛擬模型，通過平臺的快速成型設(shè)備可以轉(zhuǎn)化為實物。而通過電工學(xué)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可利用實踐平臺制作出具備一定功能的電路，將其與計算機輔助三維設(shè)計課程作品結(jié)合，即可完成一個作品的開發(fā)。通過這一過程，學(xué)生可從更宏觀的角度把握每一部分知識在產(chǎn)品設(shè)計中的作用，提升學(xué)習(xí)的目的性。此外，實踐平臺還為任課教師提供了新的考核方式，用提交實物作品的方式代替以往紙面考核，真正培養(yǎng)學(xué)生“學(xué)以致用”的能力。
2.3.2與專業(yè)競賽緊密結(jié)合
除日常教學(xué)外，實踐平臺還提供了一個各級學(xué)生競賽選拔培訓(xùn)的場所。自建成以來，依托CAD實驗室、測控技術(shù)實驗室培訓(xùn)的選手，已在全國“高教杯”“藍橋杯”等信息建模、電子技術(shù)專業(yè)競賽中連年獲獎。
2.3.3與企業(yè)項目緊密結(jié)合
工業(yè)設(shè)計是一個應(yīng)用性很強的專業(yè)，跨學(xué)科實踐平臺建立的初衷也是為了提高學(xué)生的實際設(shè)計能力。因此利用校企共建實驗室，將企業(yè)項目引入平臺，依托大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、畢業(yè)設(shè)計等形式，使學(xué)生在學(xué)校教育階段即可接觸到真實的產(chǎn)品開發(fā)流程。在這一過程中，學(xué)生也可了解企業(yè)中不同崗位的職業(yè)能力需求，可根據(jù)自身的知識結(jié)構(gòu)與興趣進行就業(yè)方向的選擇。如此既提升了學(xué)生的專業(yè)能力，又對學(xué)生就業(yè)乃至創(chuàng)業(yè)提供了有效的幫助，提升了應(yīng)用型人才培養(yǎng)的效果。
3結(jié)語
在信息技術(shù)高速發(fā)展的時代下，高校設(shè)計教育除了要培育學(xué)生的創(chuàng)新精神，還應(yīng)注重各種創(chuàng)意的落地實現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生在新行業(yè)環(huán)境中必備的實踐技能。跨學(xué)科實踐平臺的建設(shè)為該目標的實現(xiàn)提供了一條途徑，其價值主要體現(xiàn)在：通過機械、電子、數(shù)控加工等實驗室的構(gòu)建，為學(xué)生創(chuàng)意的實體化提供了堅實的后盾。通過大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、競賽培訓(xùn)、企業(yè)項目在平臺中的實施，拓寬了教學(xué)渠道，真正提升了學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。通過平臺中畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)的跨學(xué)科聯(lián)合指導(dǎo)，提升了工業(yè)設(shè)計專業(yè)教師的工程技術(shù)素養(yǎng)，增強了指導(dǎo)作品時的嚴謹性與科學(xué)性。未來，若在教學(xué)計劃、教學(xué)管理、考評體系等方面繼續(xù)實施配套改革，跨學(xué)科實踐平臺在應(yīng)用型工業(yè)設(shè)計人才培養(yǎng)中定能發(fā)揮更大的作用。
參考文獻
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作者:欒江峰 劉廣博 肖軍 袁劍鋒 單位:北京師范大學(xué)珠海分校
