项目式教学在工业设计专业解决实际问题中的实践

涂细凯 李佳璐 甘畅

摘 要 为了提高工业设计专业学生解决工程实际问题的能力，引入项目式教学，将三维设计软件与3D打印技术相结合，提高学生的三维建模能力，设计创新能力。通过实际项目的基础上，将设计方案用Rhino软件或者Solidwork工程软件进行建模，并利用3D打印技术快速成型，将设计概念产品化。在实际项目中培养学生的三维软件建模能力以及机械装配相关知识技能。为培养综合实践能力强，富有创新思维的工业设计师，提供一定的指导作用。

关键词 项目式教学 工业设计 实际问题

Abstract The robot engineering major is a new application-oriented specialty developed under the background of new engineering. From the perspective of CDID education concept， the initiative of student learning is taken as the starting point， and the needs of robot engineering professionals are analyzed， combined with industry needs and Talent demand， explore the training mode of robot engineering professionals. Under the premise of mastering basic professional knowledge， further promote students' independent learning ability and innovation ability from project practice， and stimulate students' interest in learning， so as to cultivate more competitive industries. Innovative talent.

Keywords robot engineering; new engineering; talent cultivation; CDIO Education Concept

0 引言

工业设计专业属于多学科交叉融合的边缘学科，对学生的综合能力要求比较高，在人才培养中涉及到设计基础理论、工程设计理论、人机工程学和美学等方面的知识，[1]是理性思维与感性思维融合碰撞的一门学科，不仅需要培养学生拥有较强的设计创新能力，更要培养学生的综合实践应用能力，培养出符合社会需求和行业需求的人才。

3D打印技术是近年来在工业设计领域发展起来的一种新型的、快速加工成型的技术。主要通过三维设计软件进行建模，再将模型导入切片软件进行切片分层处理。[2]可将所设计的任何复杂造型的三维模型快速成型，可缩短新产品开发的周期，成本较低，效率高，可最快的实现从设计到加工制造成型一体化。便于设计师进行后续的用户体验及产品改进设计。从事工业设计行业的学生，掌握一款三维设计软件是必备的技能，可以快速准确的表达自己的设计想法，而且可以提高工作效率，缩短产品的开发周期。通过解决实际的项目式教学，[3]引导学生运用三维软件建模并使用实验室已有的3D打印机将模型制作加工装配，培养学生的建模能力，以及实践动手能力。

1 工业设计学生在实践中存在的问题

通过一定的调查了解到目前工业设计学生主要分为两大类，一是以文科艺术背景为主，这类学生有较强的美术绘画基础，在手绘快速表达创意想法和色彩搭配、审美方面具有一定优势。二是以理科工程背景为主，这类学生有较强的逻辑理性思维，在机械工程与解决实际问题方面有着较强的实践能力。[4]大多数高校的教学方法和模式偏向于机械输入型，主要以老师在讲台上讲课，学生完成课堂作业为主，很多课程作业与考试的形式也过于呆板，无法有效的引导激发学生的创新与创造意识。教学内容无法与当前行业中所需要解决的实际任务相衔接，导致学生毕业比较难找到相关对口专业。在专业课程设置上，工业设计学院在我国大多数高校里面属于工科学院中，工程类课程与艺术类课程相互影响，但没有很好的融合，机械类工程老师教学方法偏向于理性严谨的思维，艺术类老师教学方法更加偏向于感性，创意想法大胆有新意。学生比较难将两种课程有效的结合吸收融会贯通。

2 引入实际项目

本实际项目的引入是基于机器人工程实验室的上肢外骨骼康复机器人原型样机，需要解决的实际问题是：设计一款上肢外骨骼康复机器人的人机把手。通过草图绘制，方案选择，三维模型，以及运用3D打印技术快速成型，来完成实物模型的制作。并与已有机械结构进行安装适配，后续还可继续进行用户体验研究和产品设计改进。将文科艺术背景的学生与理科工程的学生进行合理化小组分配，促进学生互相学习，共同交流，合作完成实际项目从概念到实物模型的转换。在潜移默化中将艺术思维与理性逻辑思维交叉融合，通过项目式教学模式来解决实际问题，可以培养出更加符合行业需求的人才。

3 运用三维设计软件建模

要求学生设计一款可以与机械结构合理装配，并且可通过调节长度来适应不同人群人体尺寸的人机把手。已知与人机把手相连接的机械结构尺寸，可通过实际测量确定具体尺寸。引导学生查阅相关人机工学资料，确定人体小臂在运动过程中的人机工学尺寸范围，可调节长度范围和人机把手的尺寸。在小组内通过快速手绘表达，頭脑风暴等确定设计草图。根据设计草图运用三维设计软件进行三维建模，将设计想法在三维软件中构建。通常使用Rhino三维建模软件或者solidwork工程类软件。Rhino软件的优势是可以将想法通过形体切割等方法快速呈现。solidwork软件偏向于机械设计，在需要模型尺寸精确装配等问题时，solidwork软件更能发挥其软件的优势。培养学生精通其中一种三维建模软件，并对另一种建模软件达到可以掌握简单操作和建模思路即可。在学生解决实际项目问题时更加得心应手，通过熟练的运用三维软件技能既可快速实现设计想法，也可在完成具体项目落地时进行精确建模，加工制作成型。

4 运用3D打印技术快速成型

学生可以根据自己对三维设计软件的掌握程度，使用Rhino或者solidwork三维软件进行建模。将最终确定的三维模型另存为.stl 格式导入Cura切片软件进行切片处理。本实验室提供给学生使用的打印机型号是极光尔沃3D打印机，成型尺寸为350？50？00mm，使用ABS、PLA塑料材质通过加热逐层叠加的方式来构造物体形态如果三维设计模型的尺寸超过打印尺寸范围，需要引导学生将模型进行拆分打印，然后再组合。通过对3D打印机的具体操作，学习切片软件和3D打印机的成型原理，掌握3D打印快速成型的基本技能。提高学生的综合实践能力，并且可以将三维模型中的设计产品通过3D打印技术快速成型，缩短设计周期。学生通过解决实际项目中遇到的问题和困难，可与导师进行交流讨论，激发学生自主学习的兴趣，提高学习效率和三维软件的建模能力，培养学生团队协作和解决具体实际问题的能力。

由于使用PLA塑料打印出来的实物模型毛刺较多，需要进行后期打磨光滑喷漆处理，并与原来机械模型进行安装匹配，如图1所示。看所制作手柄是否可以进行长度调节及使用，可通过用户体验评价学生所制作的手柄模型是否满足用户使用，可培养学生制作实物模型的能力。

5 小结

通过解决工业设计中一个实际问题的综合性教学项目，可以较好的融合工业设计的基础课程，将手绘快速表达，三维设计软件建模和3D打印技术相结合，将理性思维与感性美学想融合。本项目式教学的开展，一方面可以锻炼学生三维设计建模能力，并且熟悉掌握Rhino软件或solidwork工程软件，培养专业建模技能;另一方面通过3D打印快速成型技术，培养学生从三维设计软件到实物成型的整个过程所遇到的各种问题，设计不再是“纸上谈兵”，需要把三维设计图纸转变为实际使用物品。有助于重点院校工业设计类专业创新实践的人才培养。

参考文献

[1] 张英.浅谈应用型本科高校工业设计专业实践类课程教学改革构想与实践[J].佳木斯职业学院学报，2019（10）：117，119.

[2] 尹光辉，陈杭，游俊，夏娟.3D打印技术在工业设计上的研究[J].科教导刊（中旬刊），2018（04）：52-54，57.

[3] 孟超瑩.项目式教学在三维创新设计课程中的实践[J].科教导刊（下旬），2018（04）：115-116.

[4] 陈锦霞.工业设计专业协同创新教学改革研究[J].科教导刊（上旬刊），2018（10）：40-41.