基于CDS平台的产品功能结构设计教学模式及运行机制创新研究

刘佳 孙志学

摘要：面临工业设计助力中国高端装备制造发展要求所带来的挑战，教学平台水平以满足不了发展的需求，随之也带来了教学模式改革的要求。以OBE的理念为指导，提升创新实验平台的内涵，建立项目拉动课堂教学的方法体系，并以产学研合作带动师生开阔视野，并融入课堂教学中，重点设计解决方案。设计成果获得了认定。在创新创业试点学院教学实践中取得了一定的成效。

关键词：CDS平台;项目驱动模式;产学研合作;课程体系建设;运行机制

中图分类号：：G642     文献标识码：0

文章编号：1003-0069（2020）09-0128-03

Abstract：Facing the challenge of industrial design to the development of China's high-end equipment manufacturing more support，the level of teaching platform cannot meet the needs of development，and which initiated the requirements of teaching mode reform.Guided by the concept of OBE，Connotation of CDS（Creative Design Studio）is promoted.The method system of projects driving classroomteaching is established.And Models&Mechanism of University-Industry Cooperation help teacher and students to have more knowledge and study on the results.And then students can design the improvement scheme in class.Design works are identi?ed by authority organization.The effects in real teaching are concluded at the end on pilot of innovation and pioneering.

Keywords：CDS（Creative Design Studio）Method System of Projects Driving Models&Mechanism of University-Industry CooperationCurriculum System Constructionoperating mechanism

引言

CDS（Creative Design Studio）平台是创新实践平台的简称。“工作室（Studio）”的概念来源于20世纪初期德国的“包豪斯（Bauhaus）”设计学院。基于工作室教学，开展项目式的模式，学生成为课程的主体，教师帮助辅导学生完成自己的项目。目前面临工业设计助力中国高端装备制造发展要求带来的挑战，我校现有的教学研究已经满足不了高端制造业企业所需要的人才要求，主要原因在于实践平台的内涵和规模有待提高。在此平台改革的基础上，进一步进行教学模式的改革，采取混合式教学模式。

一、CDS平台下教与学现状分析

（一）国内外教学现状

工作室教学模式是一种国外高校普遍采用的教学模式，强调项目式教学和设计研究的综合性。重视过程管理与学生创新性主动学习能力的培养。专业工作室形式是以专业教师为主体，专业教授随机进行参观指导，多以欧美和日本的院校为主[1]。综合性跨学科的工作室形式，大多是指研究性质的工作室，在卡内基梅隆大学和俄亥俄州立大学开设较好，跨学科学生参与组成设计团队，可以培养学生的团队合作能力。实习工厂形式，以瑞典皇家艺术学院、赫尔辛基艺术与设计大学为代表，聘请专业技术人员负责学生的技术课程，根据所需设备、材料和工艺特点在实际操作中解决学生的设计表现和技术实现的问题。挪威科技大学产品设计系，采用集中的实习工厂形式和自由工作坊形式，学生设计前期可以采取自由讨论形式，完成创意，后期可以在实现工厂自己加工自己所设计的产品样机。

目前国内各个高校加强改革推进，提高教学资源的合理利用，促进教育的良性循环。纷纷从改变教学模式入手，培养学生的设计创新与实践能力。注重学生实践能力的培养与提高。基于创新实践平台，推行导师工作制的模式，已在部分高校实施，取得了一定的成绩。

自我校工业设计创办以来，一直采用传统的授课形式，理论与图纸设计相结合的方式，以教师授课为主的理论教学，教师下达虚拟课题，学生完成创意设计，教师辅导验发收。其主要问题在于重视理论知识讲解，轻视创新能力和实践能力的培养，学生缺乏感性认知，缺少对设计成果的验证，二次改良的教学不够理想。教学实践薄弱，逐渐不能满足现代工业发展的需求。面临专业认证与按专业招生的迫切要求，我校工业设计专业的发展存在考验与挑战。

我校应“十三五”规划纲要的要求，积极适应创新创业改革要求，加强素质教育[2]。2016年申报省级创新创业改革试点并获批，工业设计专业首批被纳入创新创业教育试点班。为适应这一目标要求，我校成立创新学院。目前已经开始着手工业设计实验课程改革建设。已投入人力、物力、财力加强实验平台建设，设立产品设计实验室，即产品

设计综合表达实验室、用户研究工作室、功能设计工作室、结构设计工作室、SOP工作室和头脑风暴工作室。我们急需修改本科教育模式，压缩教学课时，适当增加实践课时，提升内涵，引入先进的设备与方法，应用到教学实践中去，例如，引入三维扫描与3D打印等先进的技术和手段到《计算机辅助工业设计》等课程中去，验证设计作品迭代设计问题点，以达到持续改进的效果。

（二）要解决的教学问题

项目式驱动教学模式可以拉动课程之间的联系，以达到持续改进的效果。教学活动以学生自主学习为主，提倡教师为辅的教学模式，教师讲授学生所需的知识结构，并缩小授课规模。对于学生来讲，以现实实际问题作为设计研发的起点，明确设计的目的性，拉近与将来工作氛围的距离。

工作室教学平台可进行可变式设计，以符合不同的设计题目的需要。面积较大的工作室应尽量满足多功能的需求。小教室，主要满足于小组讨论，小组学习。

运行机制研究，将所设计的教学模式，在实践平台运行，制定运行规则与管理办法。验证工作室教学模式是否能适应工业设计试点班的培养目标与要求。是否能够符合素质教育与创新创业教育的要求。同时也应符合工业发展趋势的要求。

二、建立CDS教学模式的培养目标

课程改革从平台基础先开始。在该平台基础上，以逆向设计理论为指导，引入先进的设备与手段，从而获取设计数据，对设计成果进行论证和多次迭代出优良的设计方案。例如，以3D扫描与3D打印为手段形成闭环模式[3]。达到产品改良的效果，整个过程有验证过程、支撑理论和评价验证过程。在此平台上，通过逆向设计了解先进的技术、手段，现有高科技产品的构架、结构，以及人机关系如何协调。

大学生科技创新平台有利于培养学生实践能力，以大学生科技活动为手段，促进设计成果的认可与转化。我校大学生活动中心购置了模块化机器人和3D打印机，为加强学生实践能力和动手能力的培养搭建了平台。本课题研究的另一个重点在于这一平台下，如何更有效地促进实践能力的培养。促进良性循环，学生以教师的科研项目为基础指导，根据自己的兴趣与当前所需要解决的现实问题为出发点，完成自己的课程學习，提高了动手能力，并将成果在大学生课外科技活动平台，转化为学习成果或者经济效益，从而推动自己学习的动力，并且为今后的就业打下一定的基础。对于专业建设而言，可以吸取到更多的外来力量，促进对外交流，加强专业建设，吸纳优秀生源，逐步提升专业水平。

三、教学实施机制分析

（一）工作室教学模式与平台设计

工作室教学模式将成为工业设计类专业实现教学改革的重要途径。设计出适合我校工业设计专业的工作室教学模式的重点在于创新平台的设计：以学生自主学习为主，提倡教师为辅的教学模式，教师讲授学生所需的知识结构，并缩小授课规模。《产品设计I》采取小班授课模式，以逆向设计理论为指导，以功能技术系统法为方法体系，拆装，评价现有产品，收集建立支撑数据，改良展示产品，模拟交互过程。

1.   实验平台建设：本次研究的重点在功能设计工作室、结构设计工作室和SOP工作室三个教学实践平台的建设。学生在实践平台中发挥主观能动性，设计并实现自己的作品。如果校内的实践平台达不到教学要求，可以拓展到企业平台，实现设计样机的制作。

2.   教学模式研究：问题式的教学模式探讨。在理论实践相结合的基础之上。根据教师的科研项目为基础，提出议题，根据议题，分析现有产品的结构、功能，提出思路与想法。

工作室教学模式研究。根据教学实践平台的硬件基础，充分由学生设计研发产品样机，并展示成果。

企业专家走进课堂项目研究。近三年来，企业专家定期开展企业课堂活动，邀请企业一线设计师为我校工业设计学生作报告达到6次以上。目前，已经成为每一学年比较成熟的第二课堂活动。良性机制的运行管理是是本项目规范化与持久化的保证，如何加强管理保证机制运行，是研究的首要问题。

（二）运行机制

教学运行分为理论教学与工作室实践两个部分，内容围绕五个模块运行。课程体系分为五个模块：产品拆解模块、产品功能分析模块、产品结构分析模块、产品改良模块以及产品综合表达模块。通过平台，达到教学成果转化，培养学生的实践能力，鼓励学生实现成果转化的目的。

根据课程之间的联系与课程体系的分析，使得一个课题可以得到延续，从而达到产品系统形成和持续改进的目的。

如图1中的逆向设计课程体系运行流程展示所示，每个项目建立一个目标，提出一个技术源点，这个技术源点来源于机械设计基础中所学的机械知识，例如，减速器的原理。在计算机辅助工程设计主要学习结构设计表达的方法，可以构建产品壳体结构。产品设计I中学习，功能与结构设计的理论与方法，再通过拆解相关的产品，认知产品原理与结构，例如多功能豆浆机的拆解与改良设计。计算机辅助工业设计中对改良的产品进行表达，主要表现改良过程，产品原理与系统构建，效果图表现，结构设计，动画展示产品壳体零件结构。人机界面设计，主要对相关的智能控制部分进行交互设计。在知识产权与保护中，形成成果认定与保护。

（三）考核方式

实施过程评价与成果评价相结合的方法来进行考核。过程评价侧重于试点班学生在学习全过程中的综合表现，分别从创新创业热情、学习态度、精力投入、团队合作等方面来进行考核;成果评价是课程或环节结束后进行的一次性的评价，重点考核学生所取得的课程（环节）的成果，分别从论文、专利、大赛获奖、项目立项（参与）、媒体报道、创业孵化、考试成绩7各方面来综合评定。过程评价和成果评价在总成绩中各占50%。

课程成绩实行浮动制，在毕业前该课程取得较高成绩或成果可按上述标准重新计算成绩，如因弄虚作假取消相关项目或获奖对应课程也应重新核定成绩。同一成果仅限在一门课程成绩计算中使用。

四、学习效果评价与教学体系发展

基于课程运行实践为案例开展本次研究，研究成果直接在教学实践中得到论证。构建一种应用创新型人才培养的创新人才培养模式。构建一种适应本专业要求的教学运行机制，尤其是校企合作培养能适应社会的优秀人才。

（一）根据以上特点建立方法体系

1.   设计教学实践平台，实验平台建设与工作室建设。

2.   实践法，通过产品设计Ⅰ，计算机辅助工业设计两门课程的实际运行，根据现有的理论知识，指导教学与实践。分析工作室教学模式的问题、过程、效果和已有成绩等因素。企业专家定期开展企业课堂活动，邀请企业一线设计师为我校工业设计学生作报告，形成校企合作的模式。

3.   专家评价法，结合我校工业设计专业的具体情况.请有关专家对调查结果进行分析论证，为制订具体的科技团队建设方案提供科学依据。

（二）教学体系发展

1.   基础实践平台建设：以教学模块为基础，逐步完善实验室建设。初步建设已在在2019年上半年完成。研究硬件平台对实践创新的积极作用。接下来的任务逐步提升实践平台的内涵建设。

2.   SOP、绿色设计理论与实际项目相结合教学模式研究：通过产品设计Ⅰ，计算机辅助工业设计两门课程的实际运行，根据现有的理论知识，指导教学与实践。分析工作室教学模式的问题、过程、效果和已有成绩等因素。

3.   企业专家走入课堂运行机制研究和高校间的交流合作：企业专家定期开展企业课堂活动，邀请企业一线设计师为我校工业设计学生作报告，加强校企合作。并且在校期间选派优秀学生，在企业实习和赴台湾树德科技大学做交换生。学生赴工业设计产业园等设计交流平台进行交流学习。

4.   课程团队建设：团队由专业教师、实践人员与企业专家三部分组成。由专业教师带头组织协调团队的正常运行，保证课程正常运行。

5.   专家论证阶段：结合我校工业设计专业的具体情况.请有关专家对调查结果进行分析论证，为制订具体的科技团队建设方案提供科学依据。

（三）课程体系建设的发展延伸

课程体系基本搭建了产业链——用户研究——产业合作——课堂教学，相互融合的基本局面。已运行的几个课题基本上以该模式进行的。2019年5月，以惠柯评等五名同学组成的团队根据以上教学方法参加长沙国际工程机械大赛线下组的邀请赛，取得了优异的成绩。验证了教学方法的可行性。

建立学生成果的发布平台和成果验证平台。科技竞赛平台，如全国大学生互联网+，全国大学生“挑战杯”科技活动竞赛、全国大学生工业设计大赛和全国大学生机械创新大赛等学科竞赛，可发布展示学生成果。专利申报平台，学生对自己的成果进行申报和保护。大学生科技活动立项，学生可以展示论证自己的成果。

（四）教学体系价值分析

适应实践性人才培养的目标。培养适应学生解决实际问题的能力。研究成果可直接应用到教学实践中去，提高教学质量。

构建一种应用创新型人才培养的创新人才培养模式。使学生在学习阶段能够有机会与实际项目相结合的机会，有助于毕业后更快地适应工作要求。

加强校企合作，培养有目标有针对的专业人才，同时又为学校创造经济效率。

五、過程管理与教学成果的产生

以血糖仪设计改良项目为例，主要分为三个步骤进行：首先，项目立项，该项目来自于企业设计师负责的项目，校企联合指导该项目。其次，实物分析，如表1所示，逆向工程、在SOP和FAST等理论指导下，建立原型，并提出改良方案，再通过3D打印的改良原型，验证方案，迭代其中的问题，最后，成果认定，认定的方式比较多，设计竞赛中的获奖如图2所示，专利的获批，大学生科技活动立项。

在图2中，展示了在CDS平台上，学生设计成果产生的过程与结果。前期的实验分析，主要在我校实验室进行，通过对现有血糖仪的拆解分析，完成SOP执行过程列表，如表1所示，认知零件功能与壳体结构。在此基础上完成改良产品无创血糖仪的FAST图和产生功能结构图，如图中功能分解图所示。由此产生创意结果展示，包括外观、结构与人机关系设计。效果展示位于图中的上部分。以3D打印为基础平台，对产品人机关系，特别是血糖信息获取的人机界面进行分析，迭代，改进人机关系。过程展示位于图中的下半部分。教学成果，参加2018年全国大学生工业设计大赛，获省级三等奖。

结语

通过以上的研究与分析，工作室教学模式与平台的设计是基础，良好设置策略保证硬件平台合理利用，是设计类课程教学模式及运行机制的保证。在运行过程中，以过程管理和成果管理为主导，课堂上形成闭合环，特别是产品设计I的课堂教学分解成为五个部分模块，拆解、功能分析、结构分析、改良设计和综合创意表达。前一次项目是后一次项目的前提，后一次项目由前一次项目演绎获得。每次实验过程分为准备、运行和总结三个阶段，准备和总结阶段是学生与教师的公开课堂探讨。最终由师生合作申报成果。根据课堂实践，产品功能结构设计课程在SOP和FAST等理论指导下，以上述模式运行，验证了这种教学模式符合我校学生学习规律，有利于综合能力的提升和创新实践能力的培养。

基金项目：陕西理工大学一流专业培育项目，教育部产学研合作项目（201902172071），陕西省自然科学基金项目资助（2016JM1030）陕西理工大学教改项目资助（JYYJ2019-02）。

参考文献

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