以创新能力培养为目标的设计图学课程改革的研究与实践

2010-01-01李冬梅张持重张耀娟张云峰

图学学报 2010年3期

李冬梅，张持重，张耀娟，张云峰

（1. 北华大学机械工程学院，吉林省吉林市 132021；2. 北华大学工程训练中心，吉林省吉林市 132021）

随着现代科学技术的发展和人类文明程度的提高，人们对工业产品的要求越来越高，工业产品更新换代及个性化的速度越来越快，加快创新步伐，提高工业产品的竞争力成为企业发展的关键。我国工业设计起步较晚，工业产品“本国设计”严重缺乏，企业需要大量的创新型设计人才。因此，近几年工科院校新增了工业设计专业，进一步加强创新型设计人才的培养。

北华大学2000 年创办了工业设计专业，其主要培养方向为产品设计。工程图学课程组承担了设计图学课程的教学任务，起初由于专业教学思想体系还没完全形成，设计图学课程教学基本沿用了传统的工程图学的教学模式，即以设计表达能力培养为中心。在后续的课程设计、毕业设计中，学生把学到的理论应用到设计实践创作时, 学生创新设计能力薄弱，常常会感到头脑空虚、思路闭塞、无从下手，很难适应当今产品更新换代及产品个性化的快速节奏需求。因此，我们针对其工业设计专业特点对设计图学课程进行了深入改革，以提高学生的创新能力，适应以创新竞争为主导的工业产品的社会竞争[1]。

1 设计图学课程改革的基本思路

工程设计人员要想把自己的创意表达出来，是需要把创意视觉化或实物化的。设计图学是工程设计人员用来交流设计思想、表达设计成果的重要工具。如果没有扎实的设计表达理论能力是无法使设计构思付诸现实的，因此只有以表达能力培养为主线的改革，才能使设计图学的教学具有生命力。设计图学课程是工业设计专业学生进入大学最先接触的一门重要的技术基础课，此时学生的设计思维、创新能力正处于初步形成的关键时期，加强学生创新能力的培养是关键。因此，我们探索出“以设计表达为主线，培养创新能力为目标”的设计图学课程改革思路，融入设计图学课程各教学环节，学生的创新能力得到有效培养。自2005 年以来，学生在全国“挑战杯”、“机械设计大赛”、“机械创新设计大赛”等国家级学生竞赛中获得奖项23 项。

2 以设计表达为主线改革课程体系

设计表达主要包括设计表达理论和设计表达手段二个方面。

（1）设计表达理论体系改革

传统工程图学教学方法直接从点、线、面入手讲解立体投影理论，由于学生立体感匮乏，学习、应用投影理论时常常会感到很困难。我们从改革思维方式入手，根据工业设计专业的培养目标和专业要求，对设计表达课程设计表达理论体系进行了改革。构建了从三维建模的设计思想出发，以投影理论为中心，在投影理论之前引入三维立体成型理论，在投影理论之后加强构型设计的训练，精简零件图、装配图内容的具有特色的设计图学课程设计表达理论体系。

三维立体成型理论从三维构型角度出发，把立体成型分为拉伸、旋转、扫掠、放样四种方法。如图1 所示。

图1 三维立体成型方法

我们在投影理论之前引入三维立体成型理论，为学生构建三维空间立体思维模式提供了理论依据和科学的方法，培养了学生立体空间想象能力和三维立体构型能力，拓展学生思维空间，为投影理论学习奠定了基础。

完成投影理论学习之后，看图、画图能力的训练是非常重要的环节，工程图学课程大多以已知产品二个视图补第三视图、已知产品3 个视图补缺线等训练方式为主，在上述训练中，学生的思维集中在产品形状和结构正确答案的求解中，忽视了产品能否满足其他特定的设计功能，忽视了学生思维过程中创造性能力的培养，学生难免在设计中感到头脑空虚、思路闭塞。因此，针对工业设计专业设计创新能力培养的需求，设计图学课程加强了构型设计的训练，把构型设计分为满足设计、模仿设计、更新设计、自由设计多个阶段，即丰富了设计表达理论，又为开阔学生视野，拓展学生思路，培养学生的创新思维、创新能力、创新习惯奠定了基础[2]。

（2）设计表达手段改革

传统的设计表达手段由于受工具的制约，以二维视图表达三维产品为主。随着计算机技术的发展，三维CAD 技术的推广和应用，现代产品设计中，产品设计方法和设计手段都发生了巨大变化，很多企业实现了直接的三维CAD 设计：在先进的三维设计软件中，从设计到加工，可由三维CAD 模型直接生成数控NC 指令，这中间已经不需要三维产品到二维图纸的转换。为满足“产品设计”时代的要求，我们对设计图学课程的设计表达手段进行了改革，构建了以三维设计软件为主、手绘草图为辅的设计表达手段新体系，为三维建模设计思想构建了平台。

由于三维设计软件构建的三维模型更符合人类形象思维方式，可以使学生更好地理解投影、构型等设计表达理论。如在组合体构型设计教学中，通过三维建模软件建立简单体三维模型，并通过布尔运算、拉伸、旋转等造型方法得到组合体的不同构型。这种教学手段的改革，培养了学生三维的思维方式，学生不但能够掌握组合体形体分析方法，而且激发了学生的学习热情和设计表达的欲望。

在计算机技术迅猛发展的今天，手工草图作为设计底稿，其快速表达设计意图的作用不可替代，我们加强了手绘草图的应用。教师适当应用流畅的草图讲解，并引导学生在实践环节中应用，使学生形成用草图来快速表达，用三维模型正确表达的能力，为学生搭建了创新设计的空间舞台，为学生创新能力的形成奠定了坚实的基础。

3 以创新能力为目标改革教学模式

设计的本质即为创新，设计表达能力只是实现设计的手段，而创新能力培养才是最终目标。设计图学课程中创新能力的培养是为了提高学生的创新意识，并将创新意识转化为设计产品的能力。包括产品设计构思、概念模型的实现、产品生产设计等诸多环节。培养学生的创新能力首先应注重创新意识的培养，有了主动创新意识才有了努力探索创新的“主动力”。创新意识的形成，虽有小部分先天的因素，但主要还是靠后天培养出来的。教师在教学中，如果只重“手段”（表达技能）而轻“目的”（创新能力），学生的设计能力逐渐的图形化、机械化，只会模仿而没有创新。正如英国斯宾塞所说：“给他们讲的应该尽量少些，而引导他们去发现的应尽量多些”。

我们以创新能力培养为目标，把培养学生的创新能力融入设计图学教学的各环节中。实践证明：设计图学理论教学环节中融入创新意识，是培养创新能力的有效方法。如：在看图训练中，适当选用一图多物的练习，即根据一个视图想象出实物的多种可能性。教师引导学生抛开对图形的固有印象，想象的越离奇越好，培养学生的创新意识。如图2 所示：已知立体的主视图，想象立体的形状。

图2 看图练习

设计图学课程课后布置作业融入创新意识也是创新能力培养的有效途径。如：在布置立体构型作业时，以“桌子”为题，教师只给出桌子的功能，而不规定桌子的具体形状和尺寸，让学生的大脑跳出普通事物的常规认识带来的束缚，充分发挥学生的想象力，培养学生的创新意识。

通过设计图学教学各环节创新意识有效的培养，学生创新能力初步形成。

设计图学课程后的二周测绘实践环节是创新能力培养的关键环节。

测绘就是根据现有产品绘制其工程图样的过程。我们改革以往老师布置固定测绘题目，学生翻手册，照葫芦画瓢的情况的做法，学生任选开放性题目（如：测绘一款台灯），给学生留有设计、创新余地，激励了学生的设计、创新热情。教师在理论和实践教学过程中注意随时引导学生不断从创新的角度来观察、思考问题。同时，在创新意识培养中应当特别强调创新要与功能相结合，不能为创新而创新，创新要落实到产品功能上，华而不实不是创新。提倡学生深入生活和社会，为解决人们生活和工作中的种种难点去开阔思路，大胆创新。如在我们国家征集北京奥运会会标时，我们就给学生布置构形课外作业，要求学生设计北京奥运会会标，学生设计积极性非常高，学生的创新能力得到充分发挥。

4 改革考核方式培养创新人才

课程考核不但是检验教学质量和教学效果的主要手段，也是贯彻创新能力培养教学思路的重要环节。我们改革以往考试内容，引入一定比例的考察创新能力的题目，如：多项选择、一题多解、造型设计、更新设计等内容，丰富考试内容，达到知识、能力全面评估的目的，客观反映学生的综合素质。以引导学生在学习过程中自觉加强创新能力的积累。