基于人体感知的工业设计专题课程实验教学探索

张娜

摘要：目前工业设计课程与工科理论严重分离，工程理论知识在工业设计实践转化程度偏低。通过增强人体感知数据的收集分析和应用，将有利于提高工业设计专业实践转化程度，极具实际教学意义。本研究分析本科院校工业设计实验教学中理论脱离实际、缺乏有效的科技设备支撑和科学技术融合不够等问题，提出基于人体感知的工业设计工程实验教学的策略。希望最终打造一个涵盖工业设计专业工程理论知识，并能与设计类课程实践相结合的工程实验教学大平台。

关键词：人体感知;工业设计专题课;工程实验平台;实验教学

中图分类号：G64 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2020）05-0037-03

我国对工业设计教育的探索已有20多年，从最初的美术教育体系中逐渐分化出来，针对人才培养层面也从提高审美能力的美术教育转变为注重综合素质能力提升的技术与艺术并重模式。目前，工业设计作为一门高度综合性的交叉学科，虽然全国各高校课程设置因地域差异和学科发展倾向性不同而不尽一致。但总体而言，工科类课程在工业设计专业人才培养中逐渐受到重视。随之而来出现了另一个问题，就是在工业设计专业实验平台建设上无法做到将工科类实验教学方式融入设计类课程。专业基础课和设计实践类课程与工程实验教学基本无直接关联，出现了设计类课程与工科类课程严重分离的情况（图1）。

在高年级专题设计类课程如智能家居、母婴日用、文创纪念、交通工具、婴幼玩具、医疗等产品设计课程中，学生由于缺乏实验平台的辅助，无法把“技术数据”与“感性体验”联系起来，出现了大量无技术支撑只偏重于个人审美的产品外观造型;或是缺少数据统计分析以及不能准确表明用户体验的调研量，从而使设计产物不接“地气”，脱离实际。所以为了提高工程理论知识在工业设计中的转化程度，增强人体感知数据的收集分析在工业设计实践课程中的应用，对于工业设计教学的发展极具实际意义。

1人体感知概述

人体的感官分为五种，即触觉、嗅觉、味觉、听觉和视觉。但是随着社会科学对于人类大脑的深入研究，逐渐发现除“五感”以外的其他感官感觉，例如，身体的平衡感、空间的大小与距离感、时间的长短与快慢感、内部感觉的冷热与饥饿感等等，它们对于人类获取信息和了解外部环境发挥重要作用。

感知觉是事物直接作用于人体感觉器官而产生的对客观事物的个别与整体的反映。认知心理学将知觉看作是感觉信息的组织和解释，即获得感觉信息意义的过程。感知的过程依靠人的感觉器官与外界相互交流沟通，搭建了信息传递和受众情感之间的桥梁。每个人通过感知获得的体验内容都不相同，因此，感知是人们认识世界获取信息的基本方式。

人的感知体验是融合了情感与理性的一种心理活动。在人体感知体验过程中可以通过感知觉获得对当下情、境、事、物的思考认知。这种认知可以通过心理测量和生理测量两种方式获得一定的认知数据。目前，国内外主要研究方法通过非介入式的生理参数的监测，分析脑电、心电和肌电等各项生理信号，评估被试人体的感知参数指标。

2工业设计专题课程实验教学现状

工业设计专业课程与其他专业课程不同，它以技能指导类课程及设计实践课程为主，以学生为主体，强调理论与实践相结合圈。为了让学生在专题课中进行深入地情境体验，把“技术数据”与“感性体验”联系起来必须根据专题设计内容进行不同的实验教学。而目前工业设计专业课中的实验教学存在诸多问题。

2.1硬件条件差导致教学内容滞后

由于实验器材配备不足、实验条件受限、对实验平台建设重视程度不足和实验教材偏离设计实际需求等原因，使课程中实验教学部分无法顺利结合到设计实践中去，进一步导致实验教学缺乏新意且实验设计针对性差，无法引起学生兴趣，实验教学内容滞后于最新工程科技的发展。

2.2教学不配套且设备闲置

有研究者到相关院校走访调研，发现高校设计类专业实验设备闲置问题较为普遍。首先，受工业设计专业发展前期美术教育重于工程技能的观念局限，很多老师备课时走入重造型创意、轻理论实际的教学误区，宁愿用三维建模渲染软件在电脑上评改效果图，也不愿通过实验检测产品可用性，实验室甚至被挪作他用;其次，是高校在专业建设之初或进行专业评估时，院校急于完成实验室建设，未了解实验平台与课程的对接以及实际的实验课程教学需求，盲目采购“高端大气上档次”的设备，导致实验教学中设备不合适教学使用而闲置。

2.3缺乏必要的实验教学师资

工业设计专业的实验教学体系除了需要配套完善的实验教学平台，还要求实验教学人员熟悉理论知识和实践操作，但是当前设计类学科急缺此类人才。目前的实验课，一般是由无任何设计教育背景的纯工科教师授课，导致讲授内容偏从工程理论，少有涉及工业设计应用，缺乏设计思维;同时设计专业学生很难理解复杂的工程理论，造成实验课程学习效果不理想。相反，艺术专业背景的设计专业教师缺乏必要的科学理论基础和实验实践技术，通常短期设备培训也无法满足指导学生的要求。因此，为了满足实际产品设计内在需求，工业设计实验教学需加强工程理论与艺术的结合。

2.4课堂教学与专业新科技缺乏有效融合

现有技术如虚拟现实与工效学仿真分析技术、近红外脑成像技术、脑电技术、眼动技术、生理技术、行为分析技术、人机工效分析技术等仍然停留在辅助科研阶段，并未进入学生的专业课堂，导致在设计实践过程中，学生认知的产品感性体验缺少技术验证这一问题仍悬而未决。

3基于人体感知的工业设计专题课程实验教学策略

3.1重视实验教学设计

工业设计实验教学是专业理论与实践的结合，也是多学科交叉的重要教学通道。根据现代社会对复合型人才的需求，高校应当重视实验教学在工业设计人才培养方面的作用，可利用实验教学平台的先进软、硬件设施开展跨专业授课，提高工程技术综合训练，強化校企合作实训项目，来帮助实现工业设计专业复合型应用人才的创新培养。

3.2建设工业设计专业特色的实验教学平台

根据工业设计专业实验的教学性质和实践过程分类，可大致分为技术研究型、实践掌握型、设计应用型和感知体验型等。传统工科实验教学平台以科学理论技术为基础架构，基于理论逻辑，循序渐进。与此相比，工业设计实验教学的要求则是解决实践中的设计问题。为了凸显工业设计专业的设计特点，需要研究专业不同课程中实验内容，对不同类型实验的教学方式进行讨论，研究不同类型实验教学课程的设计切入点，从教学内容、教学方法、课程作业和考核方式等诸多方面实施。然后，从实验设备特点及课程要求出发，结合教师研究方向对实验平台建设进行规划，搭建实验平台设备基础。

3.3运用专业科技驱动传统实验教学创新

随着新技术和新产业的飞速发展，工业设计与其他学科的交叉不断扩大，产品的定义也被不断刷新，这对学生的就业方向和技能培养要求产生了显著影响。当前，可充分利用信息技术、感知技术、虚拟现实技术、工效学仿真分析技术等一系列新兴技术去冲击和改造传统工业设计专业教学的理念、内容和方式，紧追学科前沿，培养创新人才。实验教学作为理论教学与科技研究的结合平台，能向学生展示专业最新科技，从侧面提高学生的设计创新能力。例如，专业课程《人机工程学》，学生在学习“驾驶员的心理生理状态与安全驾驶”案例中，可以将工效学仿真分析技术、眼动技术和行为分析技术引入课程实验设计，实现实验教学创新。

3.4优化耦合专题课教学与实验技术模块

将工业设计专业实验平台的软、硬件设备，按功能和相关性区分，划分为不同模块。灵活组合不同实验模块，以便满足不同专业课程的实验实践。基础实验技术模块可分为：人机感知实验模块、眼动分析实验模块、多通道生理记录实验模块、虚拟现实实验模块和行为观察实验模块。基于学生不同阶段的主题课程方向，可以安排相应的实验模块，完成实验教学。以《工具产品设计》课程为例，利用虚拟现实实验模块建立视听环境，能够在实验教学中突破时间及空间限制，对用户使用情境进行生动演示;还可以结合多通道生理记录实验模块，同时得到被测试者的肌电、皮电和心率数据，综合分析不同工具的使用体验。

4基于人体感知的工业设计专题课程实验教学实践

4.1实验平台搭建

工业设计专业实验室已有设备基础：无线多通道生理记录仪、可穿戴式眼动仪、VR眼动仪、行为观察及面部表情捕捉系统（The Observer XT+FaceReader）、基于人因工效学测评的虚拟仿真系统（ErgoLAB VR）、人机工效分析系统。

工业设计专业教师可以根据课程安排或个人研究方向学习相应实验设备的操作使用，进而探索实验课程教学设计。尝试在传统实验教学的基础上，利用专业实验设备配套专题设计课程，搭建覆盖工业设计主干专业课的实验技术平台。

4.2实验教学课程框架

基于人体感知觉的工业设计专题课实验设计，要从理论教学与实验进展速度、专题课程能力培养目标和学生感知情境能力三个方面进行综合考虑。可从四个课程模块（表1）进行教学改革：

一是理论知识模块，通过理论教学让学生对课程有一定了解，并借助虚拟仿真技术实现主题性环境，结合多感官通道完成理论教学，使学生对设计的产品对象及其所处文化背景有更深入地感知;二是调研分析模块，分为市场调查和用户体验分析两个部分。借助ErgoLAB人机环境同步平台进行感性工学（Kansei Engineering）分析，从而得到被测产品感性价值相关生理层面和心理层面数据，以此为依据寻找设计方向;三是设计实践模块，通过构建感知图谱，由潜在用户对课程作业中研究对象的文化因子赋予合适的内涵特征。通过权重分析将具有内涵特征的文化因子进行重要性排序，以此提取设计元素;四是设计验证模块，在前期数据得到的设计方向上注入最具典型性的设计元素，以此得出课程的最终设计作品，并通过用户体验实践验证此课程的设计可行性。

4.3教学设计的实验构建

1）主题性环境虚拟与多感官通道式教学。使用虚拟现实技术向学生展示传统文化，除了在视觉上传达主题外，也可尝试其它媒介，包括声音、影像、静态画面、文字、图表等。例如，朗诵、歌唱和对话等声音可以唤起学生的情绪。多感官的展示内容能够改变学生往日调研过“浅”，无法理解特有文化深层含义的问题。此模块也培养了学生在不同的技术条件下对民间艺术、当代艺术的综合体验，提高关于时间、交互、光效与体感等新技术的应用和理解，引导学生的自我意识和独立性成长以及相应的社会性思考（图2）。

2）基于感性设计的市场和用户调研分析。感性和情感设计的研究随着科技的进步已经不再是不可言明的模糊概念，生理层次的产品感性设计方法主要是从生理信号情绪识别和多感官体验两个角度进行思考。生理信号检测多采取面部肌电图、皮肤导电图、心律和体温测量的方式（图3）。心理层面，产品感性设计主要从使用者维度，关注用户的情绪和体验度，侧重“人——产品”的整个交互过程中所产生的情感体验和情绪变化（图4）。可用非文字型情感测量、面部表情识别、语音情绪识别、行为情绪识别等进行分析（图5）。

3）“技术数据”与“感性体验”相融合的设计实践。结合调研，对实验过程中的感性工学数据进行分析，总结现有产品设计问题所在。在设计方案初期，采用眼动追踪方法，通过卡方分析和重复测量方差，对产品造型设计过程中的眼动机制进行研究，将蕴藏在“人、事、物”中的设计元素进行廓形提取，并通过典型用户的选择，对所提取的样本形态进行感知评价，赋予其不同的内涵特征，最终通过权重分析将特色文化因子应用于设计实践。让学生的单一形象思维发展到包含逻辑思维、形象思维、数据理解与分析、流程与推理的综合思维方式，拓展包括跨媒体思想、信息可视化、设计表达整合等在内的综合设计与表达能力。

4）体验式教学与浸入式汇报。在学生作品设计汇报阶段可以利用VR技术将作品模型导入虚拟现实进行浸入式体验。在设计教育的工具与方法层面，形成以学生为主体、赋能互动的生成性设计教学新模式。在知识获取的结构与表达方式上，打破了从教师到学生的单向传播模式，形成了以学生为主体的合作探究、协同创新的知识生产模式。在实验教学过程中，甚至可以将传统的专题课内容改变设计方向形成新的实验模块组合。

5结语

基于人体感知的工业设计专题课程实验教学探索响应快速发展的产业与社会需求，在新技术背景下构建战略性设计人才的知识体系与系统设计方法。基于人体感知的工业设计专题课程实验教学探索周期較长且后期建设任务重，过程中还需不断调整建设方案的细节以解决遇到的各类问题。