工程链式工业设计专业实验室建设与实践

刘玉梅王纪婵 金玉洁

摘要：为探索适应新工科要求的实验室建设和实践教学模式，解决工程实践教学中普遍存在实践教学内容与产业界要求差异较大，专业、课程之间交融性差、柔性不足等问题。文章以面向地方院校教学特色的学术方向、学科交叉、工程能力培养和创新能力培养为导向，突出“应用型”特色，构建了“产品认识—产品拆装—产品开发—模型制作—样品制造—组装调试—上色—包装”工程链式的工业设计专业实验室，并对专业实验室发展方向进行探讨，为工业设计专业人才培养提供借鉴，以期共同提高我国地方应用型高校工业设计专业人才培养质量。

关键词：新工科;工业设计;工程能力;创新能力;工程链式实验室

中图分类号：G642      文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2020）10-0134-03

Abstract：In order to explore the laboratory construction and practical teaching mode to meet the requirements of new engineering disciplines，and to solve the problems in engineering practice teaching，such as the large difference between the practice teaching content and the requirements of the industry，the poor integrationand?exibility between major and courses.This paper is oriented to the academic direction，interdisciplinary，engineering ability and innovation ability training of local colleges，highlighting the characteristics of"application-oriented"，and constructed aperfect engineering chain industrial design laboratory. Additionally，thedevelopmentdirection of professional laboratory also discussed.This paper could provide a scienti?c basis for improving the quality of industrial design talents training in applied colleges in China.

Keywords：New engineering Industrial design Engineering ability Innovation abilityEngineering chain laboratory

引言

“新工科”教育改革背景下，地方应用型高校承载着培养具有创新精神和实践能力的综合应用型人才的使命，“新工科”对实验室的建设也被赋予新内涵，新要求。多学科交叉和产学结合的实践教学是培养学生工程能力的重要途径。工业设计是一门注重应用实践型学科[1]如何围绕本校专业特色，改革实验室陈旧格局，充分发挥实验室在培养人才的作用，建设新的实验室体系，提升工业设计学生的工程能力和与社会对接能力，实现新工科要求的应用型人才培养是地方应用型院校的重要研究课题。

一、工程链式的专业实验室建设框架

高等工程教育的核心是培养学生的创新思维和工程能力，尤其是工业设计，产品的创新与创意是设计师生存关键，工业设计专业具有各学科知识交融性、知识无界性、变迁性的特点，学生毕业面临就业行业的宽泛性，培养学生创新思维和工程能力是专业教育的根本点。而实践教学是直接培养学生运用理论知识，通过实践从而产生各种新观念、新理论、新技术达到培养工程能力和创新能力目的，实验室平台建设是实现培养目标的硬件保障。

（一）以地方院校教学特色和学术研究方向为核心

高校的专业实验室不仅服务于教学，也是教师从事研究的平台，二者相辅相承，紧密结合，因此地方应用型院校专业实验室的建设应根据其所处地域及当地经济发展情况确立学科的自有特色和学术方向。长沙师范学院是一所具有学前教育百年历史地方应用型院校，其工业设计专业是以设计学、机械工程、电子信息、物联网、美学、文化、经济、管理等学科为支撑，以儿童玩具为载体，以现代工业产业链为平台开展教学、科研和服务。根据专业的发展确立实验室的学术方向为儿童玩具设计与开发和工业品设计，以此来进行重点建设实验室。

（二）以设计+工学为基础渐进式培养工程能力

能力是指能够顺利完成某种活动所必需的主观条件，是直接影响活动效率，并使活动得以顺利进行的心理特征。对于工业设计专业毕业生应具备的工程能力[2]，学界从各自角度进行了论证普遍认为是

①工程基础知识的能力;②解决一般性工程问题②能够识别、表达、分析复杂的工业设计的实际问题，以获得有效结论。③能够设计针对复杂工业产品设計及产品开发设计的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元或设计流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素[3]。④能够基于工业设计和机械设计相关背景知识进行合理分析，评价工业设计专业涉及的工程实践。⑤具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在产品设计及产品开发设计实践中理解并遵守工业设计职业道德和规范，履行责任。⑥能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色[3]。⑦具备一定的国际视野，能够在业界同行及跨文化背景下进行沟通和交流。⑧具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。基于工业设计毕业生的培养目标，实践教学平台的基本功能是训练学生的应用专业技术能力，“渐进式”培养工程能力。因此，专业实验室以设计和工学相互渗透为基础，突出“玩具产品”特色，围绕“工程化”建设。

（二）以不同学科深度结合交融为导向

随着人类互联网技术、新产业、新工艺的发展和行业、学科之间的界限模糊，要求高校培养多元化知识结构的人才适应现代社会的要求。工业设计属于知识密集型行业，它以创新为源动力[4]。整合创新、跨界合作已成为工业设计发展趋势，“跨界设计、创新思维、人文基础、跨文化视野”是新的产业形式对设计教育提出的挑战[5]，创新能力的培养是工业设计国际化必要条件，因此，工业设计实验室建设要共享电子信息、物联网、包装工程、艺术设计等多学科实践教学资源，形成以工业设计为核心，共同搭建跨学科、跨专业的实践教学平台，打破学科和专于业界线，充分实现不同的学科的深度结合和交叉，开阔视眼，解决目前我国的工业设计专业的实践教学学科交融性、自主创新性不足的弊端。

（四）以培养创新设计能力为目标

高校专业实验室设置，很多情况下是按照满足各学科、专业课程教学所需开设的实验来建设实验室的，这样各实验独立成为孤岛，没有形成达到工程能力培养为目标的实验教学体系，学生只是单纯完成某一门课程的实验，学生的工程意识，能力培养收效甚微。本着培养学生综合工程能力和创新能力，实验室应围绕“产品认识—产品拆装—产品开发—模型制作—样品制造—组装调试—上色—包装”的工程链模式建设，焕发实验室活力，以专题设计和校企合作项目为载体，达到培养学生工程能力和创新能力的目标。

综上，工业设计专业实验室构建框架如图1。

二、工业设计工程链式实验室建设

根据学校在区域的定位、工业设计专业特色和专业发展，在中央和地方财政扶持下，我校工业设计专业实验室设有产品认识类实验室（工业产品展示厅、玩具拆装实验室）、设计开发类实验室（工作室、模型制作实验室）、原理创新类设计实验室、学科交叉类实验室、跨专业共享实验室。打破原按专业、课程分类设置的实验室，确立以产品开发设计、制造、测试、包装的工程链式的实验室（图2），建立阶梯渐进式实践教学平台，有效培养学生的创新实践能力。

（一）产品认识类实验室

产品认识实验室使学生对所学专业有一个整体认识，增强学生对工业设计专业的历史背景、专业的行业特点、发展现状、对儿童玩具的概念、设计理念、结构，控制、制作工艺等整体知识的认识，有玩具展厅和玩具拆装实验室。玩具展厅陈列有国内外不同年代不同种类的儿章玩具，有历届毕生生优秀作品，低年级学生进行认识实验，明确专业学习目标，培养学生的专业兴趣和学习积极性，为后续的专业教学奠定基础。玩具拆装实验室备有遥控机动玩具类、交通玩具类、拼板玩具类、滑板车、积木等玩具供学生拆装，达到认识不同类型的玩具产品的形态、结构、材料、产品总成与部件、构件之间的关系以及构件之间的连接方式，突出自主学习、自我探索的教育理念，培养学生独立设计能力。

（三）原理创新类设计实验室

创新设计实验室设有机构陈列展柜和机构创新设计平台，认识组成机构的构件的结构，构件之间的连接方式，并根据机构的组成原理，针对设计产品的功能要求，利用机构创新设計平台，不同构件通过合理的运动副组装成不同的机构，拟定多个设计方案，分析机构的优劣势，确定最终设计方案，培养学生设计的创新能力。

（三）设计开发类实验室

产品设计工作室包含设计工作室和模型制作工作室。设计工作室团队由不同年级的工业设计专业学生为主，并和艺术专业、电子信息专业、物联网专业、包装工程专业学生组成团队，这样不同专业融汇，使设计与企业产业价值链的需求更为契合，激发出充满智慧的创意[6]。设计工作室配备手绘和计算机辅助设计工具，利用项目驱动式进行实践教学，以教师的科研项目、校企合作项目、创新创业项目、学生毕业设计课题和虚拟课题为载体，学生分组进行市场调研提出设计构思和方案，利用手绘快速表达设计理念，展示产品的形态、色彩、材质等属性，通过师生企业三方论证后进入模型制作工作室运用油泥、石膏、泡沫塑、ABS等易塑型的材料将设计方案实物化。

模型制作工作室，配有3D打印机、模型泡沫切割机、模型雕塑工具、组合小机床、油泥模型升降平台、套装等主要设备，根据模型的材料不同，模型制作工作室分为陶泥模型制作室、石膏模型制作室、油泥模型制作室、木工模型制作室、塑料模型制作室等。学生动手操作设备制作模型，直观探索产品的功能和结构，不断完善设计方案，然后利用计算机辅助设计、数字化设计等手段进行方案形态和结构的细节完善。学生在设计理念，产品功能、产品的形态、色彩等产品属性时，不断提升理论知识和发现新知识，提高学生的设计能力、相互协作和沟通能力能力，在实践中发现问题、分析问题、解决问题，培养工程能力。

（四）学科交叉类实验室

1.    产品制造实验室随着工业设计价值的延伸，传统的以外观审美和新型功能结构为主要目的的设计观将无法达到社会对设计行业提出的新要求，各种功能型、智能型材料和新兴的特种工艺、特种设备成为现代设计的一大推动力[5]。产品制造实验室配有数控加工中心（CNC）、桌面数控机床（桌面CNC）、数控车床、注塑机等设备，利用数控机床和加工中心可高效、便利加工各种不同材料的复杂的造型。产品制造实验室也实现了面向制造和服务教学，设计引入先进技术、先进工艺向新材料，培养学生运用新技术、新装备进行设计创新。

2.    跨专业共享实验室

智能儿童玩具实验室整合了人机交互、电子信息、物联网实验室，实现跨专业共享，以儿童玩具为载体，利用微控制器、各种传感器、硬件电路和主程序、驱动程序、服务程序对应实现儿童玩具各项功能，实现信息技术使儿童玩具在视觉、动作、声效和交互等方面的智能化，以大数据、人工智能等技术支撑创新设计。产品测试实验室和产品包装实验室与包装工程专业共享。儿童玩具在实现功能的前提下，必须考虑安全性、实用性和便捷性，将人—产品—环境作为一个统一和协系统进行设计研究，利用测试获得的基本数据进行分析设计存在的缺陷，并寻求解决设计问题的方法。展板设计、儿童玩具包装设计、营销宣传等在数字快印实验室和印刷实验室完成。