基于专题训练模式的产品开发创新设计能力培养实践<br/>——以机器人专题训练为例

基于专题训练模式的产品开发创新设计能力培养实践
——以机器人专题训练为例

2022-02-16广东海洋大学机械与动力工程学院工业设计系黄天杨

工业设计 2022年1期

2015 年，国际设计组织将工业设计定义为：工业设计旨在引导创新、促发商业成功，以及提供更好的生活，是一种将策略性解决问题的过程应用于产品、系统、服务及体验的设计活动。工业设计是一种跨学科的专业，其将创新、技术、商业、研究及消费者紧密联系在一起，共同进行创造性活动、并将需解决的问题、提出的解决方案进行可视化，重新解构问题，作为建立更好的产品、系统、服务、体验或商业网络的机会，提供新的价值以及竞争优势。为此，工业设计专业的学生，需要了解多学科体系的知识，拥有良好的创新设计思维，具备解决复杂问题的创新能力

。创新已经成为个人或国家核心竞争力的关键，如何在教学中培养学生的创新设计能力，已然成为设计类教师需要思考的重要问题。为此，在专业课程知识学习的过程中，让学生应尽可能多接触较为复杂系统的实践训练课题，有意识的培养学生解决复杂问题的能力及创新能力，不失为一种有益的尝试。

研究发现，父母离异比一方死亡的单亲家庭对子女的伤害更严重。父母离婚使孩子变得更压抑，攻击性更强。研究还发现，单亲家庭的男孩攻击性较强，不是顶撞老师就是谩骂同学。一些孩子无可选择，只能生活在单亲家庭或重组家庭里，如果得不到充分的爱与关怀，会产生悲观、猜疑、忧郁、孤僻等不良心理，并由此引发攻击性行为。

1 专题训练模式概述

专题教学模式是指教师结合教学重点、学生特点和社会热点，对教学内容进行提炼而形成的教学专题

，其是对教学大纲和教材内容进行整体把握后，根据教学目标进行教学内容的整合。当前的专题教学更多强调的是前期理论的教学，而忽略课程实践的专题训练实践。文中所指的专题训练实践是在理论教学结束后的实验课程中，授课教师基于课程理论内容和课程教学目标，选择更具针对性的专题内容进行课程实践训练，其是对教学内容的验证和巩固，是有意识的课程教学规划。

在公社办公室，队长像个被告人，被我们控诉以权谋私（全家都干轻快活、吃高工分）、占着茅坑不拉屎，不贯彻中央包工到作业组的政策，又无法调动山科村社员生产劳动积极性。社员强烈要求分长年包工作业组，不吃“大锅饭”，各尽所能、多劳多得。队长被数落得哑口无言、无地自容。公社办公室主任曾来龙表示，中央文件规定可以分长年作业组，回去商量好怎样分好，要搞好团结把早谷晒完进仓。

相对于传统的训练实践，专题训练表现出了别样的价值，具体表现为：(1)专题式训练实践丰富了教与学的方式，连接了理论教学和实践内容及形式，给教学内容提供了另一种传授空间，丰富了教学的训练内容。(2)专题式训练实践的教学内容可以融入前沿的成果，结合当下的社会议题或学生关注的热点，实现课程实践的生活化和产业化，做到教学实践的与时俱进。(3)专题训练实践促进了教师实践教学方法的不断创新。教师作为教学活动的设计者与组织者，要实现课程的教学目标，让学生高效地吸取教学内容，就需要教师在教学活动过程中不断创新，通过新方法、新途径和新方式来引导学生，调动学生的积极性和主观能动性。(4)专题式训练教学模式能推进理论实践教学的有效开展。作为教学工作的重要组成部分，实践教学是深化课堂教学的重要环节，也是学生获取和掌握知识的重要途径之一。当前许多高校课程的实践教学由于学时、场地等因素，并未真正发挥实践教学该有的价值，而专题训练实践的开展是前期教学设计后的统筹安排，能将课堂教学内容和实践有机结合，实现学以致用的教学育人目标，专题训练通过课题的调研与方案构思等实践内容的实施，促进了课程实践教学的有效开展。

2 基于专题训练模式的产品开发创新设计能力培养意义

机器人专题训练实践主要安排在《产品系统开发设计》课程的实验课程阶段，主要包括前期和后期，重点在后期。前期为专题训练的选题布置，包括开展内容、时间节点规划和相关规范等；后期则是专题训练的具体设计实践过程，包括调研和创新设计实践两大环节。

学生素质和能力的培养在很大程度上受到教学环节设置的影响

。因此，教学改革实践的实施应遵循“理论+实践”的教学理念，在产品系统开发设计课程中，以产品系统开发设计课程内容为理论，以机器人作为实验教学的训练实践专题，进行产品开发创新设计能力培养的探索实践，指导学生以系统性思维开展工业机器人、移动机器人、服务机器人等机器人的研究，包括用户分析、机器人产品分析、环境分析等，然后开展头脑风暴，构思机器人创意设计的草图方案，选定方案进行优化，并开展计算机3D 数字化建模渲染等，以形成机器人产品造型创意设计的方案。

陪同口译作为一种交际活动，为促进双方的沟通，译员需要提前做好准备，平时注重积累，提升语言转换、临场反应等能力。在释意理论的指导下，利用猜测、解释和概括等策略，提高口译输出的准确性与流畅性，保证口译活动的顺利进行。

2.1 两组安全性评价结果(表2)表明：两组患者发病90 d各有2例死亡；两组患者间出血性脑梗死、其他重要脏器出血、发病90 d死亡率及发病90 d mRS(0～2分)差异均无统计学意义。

在进行工业设计专业课程教学的过程中，教师除了要重视理论传授外，还应该注重专题实践的训练，通过专题训练对课程理论的应用性和技术性加以强调和转化，使学生在专题训练实践过程中形成系统性看待问题的创新意识，提升学生的创新能力。总体而言，基于专题训练模式的产品开发创新设计能力培养的意义主要表现在：第一，启发学生的创新设计思维，锻炼学生解决机器人等较为复杂对象痛点的设计能力，培养学生用创新性的方法解决当前的热点问题；第二，培养学生对社会专题热点和产业的关注意识，培养学生的社会适应能力；第三，激发学生从被动接受知识转向积极探索和吸收知识，调动学生的积极性、主动性和创造性，形成自主学习和互动式学习的模式；第四，加深学生对专题知识的系统理解，弥补传统的宽泛多元课题训练中对知识理解的不透彻与不全面；第五，通过专题训练模式能在一定程度上促进授课教师加强对相关产业知识体系的深入学习，进而提升授课教师的教学水平。

3 机器人专题训练实践

3.1 专题训练实施路径

斯坦福大学设计研究院提出的设计思维（Design Thinking），倡导利用设计思维解决各种实际问题，即作为一种创造性思维方法，设计思维针对某个设计任务，从最终用户的视角出发，寻求全新的问题解决方案。设计思维更加关注用户的期望和需求，关注创新与未来，研究创新的各种可能性，其是产品创新开发的范式。而通过专题训练模式进行产品开发创新设计能力培养，其产品专题过程往往包含专题产品的用户与市场需求分析、专题产品的分析与创造的过程。整个训练过程中更加注重专题模式训练的产品开发设计与分析，它与设计思维注重的，即通过发现、解释和构思的系统创新过程来探索相关问题是一致的

。因此，基于专题训练模式的实践也是一种通过设计思维拓展训练而进行产品开发创新设计能力培养的途径。可以说，在教学活动中，开展专题训练模式对于学生的设计思维与产品开发创新设计能力的培养均是有益的。

3.2 专题训练实践过程

创新的过程也是个体发现问题、分析问题和解决问题的过程

。创新能力可以被理解为是个人在已有信息和经验的基础上，提出新方法、新技术、新理论或新见地的能力

。产品开发的创新设计能力是设计创新能力的重要呈现，而通过专题（如机器人）训练的实践，在设计教学活动中开展专题训练，针对已有问题与当前或未来用户提出新的产品、服务或系统等创造性的解决方案，这将在一定程度上提升学生对相关专题产品的创新设计能力。

通过在产品系统开发设计课程中，以机器人作为实验教学的训练实践专题，进行了产品开发创新设计能力培养的探索实践，拓展了学生的创新设计思维。首先，学生2 人一组进行了历时约15 天的调研，其中4 学时为课程实验教学计划学时，其余为课余实践与指导时间。学生对各自的选题进行了初步的分析，包括机器人产品的造型、色彩、功能，以及用户和环境等分析，同时提出了可能的设计方向，初期调研结束后形成了初步的思维导图，并在课程中进行了一一讲解。图1 为学生制作的汽车焊接机器人思维导图，内容涉及产品背景、用户数据、产品分析与环境分析等，并初步提出了现存的相关问题和后续方案可能涉及的问题。

该训练的前期调研和后期设计实践的教学活动设计将创新设计思维融入其中，将解决生活中机器人所涉及的工作、社交、文化、卫生等领域的相关问题，以调研为基础，解决方案为结果。整个专题训练实践的过程和指导教师的指导符合设计思维以学生为中心的理念，注重培养学生分析和解决问题的能力与创新设计能力。

3.3 专题训练实践成果

在后期的调研环节，学生根据选题，以组为单位进行市场调研，了解选题产品、用户和环境等相关内容和存在的问题，提出可能的设计方向。在后期的创新设计实践环节，以个人为单位进行，以选定的机器人主题作为设计实践对象，开展机器人造型方案的创新设计。具体内容包括设计方向的构思与选定、头脑风暴创意方案构思、创意方案评估与初选、初选方案优化与评估、定案确定与深化、定案的计算机表达与优化、定案的计算机渲染与展示。在创新设计实践环节，学生完成每一个阶段的内容后，都要进行思路与成果的讲解，指导老师基于每位学生的基础和具体选题等情况，给出可能的引导方向或具体修改意见。只有该阶段的内容和成果相对合理后，方能开展下一个阶段的实践内容，希望通过每个实践环节的层层把关，在进一步督促学生的同时，也让学生对设计、专题、课程和自己有更进一步的认知。借助机器人专题训练培养学生机器人产品分析等前期市场研究、创意方向提炼、设计构思、设计定案确定、机器人造型方案视觉化，以及计算机3D 数字化建模渲染等设计分析与解决问题的创新设计能力。

后期的创新设计专题训练实践过程共持续了约40 天的时间，其中20 学时为课程实验教学计划学时，8 学时为指导教师额外增加的实验教学学时，其余为课余指导与实践时间。课程实验教学计划学时和指导教师额外增加的实验教学学时，主要用于学生专题的前期草图构思成果、拟定方案优化与评价、定案深化表达内容的学生讲解及教师指导。课余时间主要用于学生定案的计算机表达与教师指导，无论是教学计划学时还是课余时间的指导，学生和老师都分别进行了多轮的一对一的讲解和指导。指导教师主要综合方案的创新性、实用性、美观性等对学生的阶段性成果进行评价，并给出指导方向和修改意见。

通过在产品系统开发设计课程中融入机器人训练专题，学生们进行了工业机器人、移动机器人、服务机器人三大主题机器人的创新设计实践，具体机器人创新方案成果涉及工业、农业、医疗、社交、娱乐、居家、卫生、航空、海洋等各个领域。在这些机器人创新设计实践的过程中，同学们应用了前期理论教学中所教授的系统、组合、发散等创造性思维方法，以及列举法、组合法、联想类比法等创意设计方法，取得了较好的成果。例如，图2 为学生设计的水下机器人，该机器人可以为潜水爱好者提供拍摄、探测的功用，让潜水活动更安全、更有趣，用户可以通过遥控手柄控制机器在水中的活动轨迹，机器人将水下拍摄的数据与画面反馈给用户，亦或是用户可以带着它一起进行潜水活动娱乐，记录用户的快乐瞬间。此外，图3 为学生设计的棉花机器人，是基于劳动力不足和当前采棉机采摘质量差等社会现实设计的全自动化的采棉花机器人，该机器通过机械手臂采取棉花，并通过吸管将棉花吸入箱体，机械夹具前端采用柔软的硅胶材料，增大了夹具与棉花的接触面积。此外，棉花机器人还具有除杂、打包和放置等功能。

机器人专题的创新设计训练实践，对机器人专题进行有针对性的机器人创新产品开发设计，培养了学生前期用户研究、机器人产品分析、创意方向提炼、设计定案确定、机器人造型方案视觉化，以及数字化建模渲染等系统化设计分析与解决问题的创新能力，从而提高了学生的理解、计划、综合思考、分析，以及设计创新的能力，为走向工作岗位后企业实际项目的产品开发设计工作奠定了一定的基础。