基于設計創新的工業設計模型制作課程教學模式構建

[摘要]在目前工業設計本科專業模型制作課程的教學體系、整體教學框架及主要教學內容的基礎上，提出了基于設計創新的教學思路，并列舉了詳細的教學案例，通過教學實踐建立基本制作技能訓練與綜合設計能力培養雙軌并行的教學模式，為更加系統地探討適合工業設計創新人才培養的機制和方法，形成完整的以實驗教學為依托的創新人才培養體系等做一些基礎研究工作。

[關鍵詞]設計創新；模型制作；教學模式

[中圖分類號]G642.4[文獻標識碼]A[文章編號]1005-4634(2011)05-0046-04

0引言

模型制作是產品設計不可缺少的重要環節，模型制作課程作為工業設計專業本科教學最重要的專業基礎課之一，是培養學生動手能力、實踐能力的重要手段。通過這門課程的學習，可以使學生在掌握各種模型材料的特點和加工方法，利用多種模型材料加工制作出相應的產品模型的基礎上，理解產品模型貫穿于工業產品全過程（設計初期的概念草模－設計中期的結構模型－設計方案確定后的仿真模型或樣機）的重要作用，有助于學生分析和掌握產品的功能、結構、形態、材料、色彩、肌理、工藝等，還可以啟發設計靈感，開拓設計思路，提高三維造型能力[1]，為日后更好的開展設計工作、檢驗和展示設計方案提供了最為直觀的平臺和手段。

1工業設計專業模型制作課程教學現狀

1.1總體狀況

自20世紀80年代末以來，中國工業設計教育已由新興專業，發展到了目前的遍布全國各類高校：美術院校、工科院校、綜合大學、農林院校、師范院校都有設置。通過近三十年的教育摸索，我國的工業設計高等教育模式經歷了“不同－大同－各具特色”的發展道路。

目前全國各高校工業設計本科專業教學計劃經過幾輪大調整之后，已形成了既具有自身特色，又注重整體發展的比較規范的教學體系。在這之中，模型制作課程課時基本確定為64～80學時；采用的教學手段主要為課堂理論講解、教師操作演示、學生實際操作、課內外制作等環節；教學的重點是對各種模型材料的特點和加工方法、設備及工具的使用方法、典型結構形態制作的流程與方法等基本技能的訓練與培養。由于學時、課程檔期、制作難度等多重因素的限制，在大多數院校模型制作課程與工業設計其他專業課程，特別是與產品設計實踐之間的脫節情況相當嚴重，這門課程的教學未能引導學生真正領會到制作模型對于產品設計全過程的重要意義。

1.2教學內容

模型制作課程一般按照常用模型材料的種類、加工技術手段以及技能掌握的難易程度，適當整合之后，編排教學內容。在多年教學中，筆者逐漸摸索出了一條根據產品形態結構特征，涵蓋各類模型材料的教學思路，如圖1所示。

該教學框架分為兩大組成部分：第一部分根據產品設計的一般流程，按照設計構思、草模制作、模具及模型翻制、后期表面及細節處理等環節的邏輯關系，對涉及一般工業產品開發過程中制作模型的相關制作流程、主要模型材料、重要設備使用、制作技巧及方法進行歸納與整合；第二部分基于制作工藝與方法、后期處理工藝與方法都自成體系的兩種模型材料（木質、油泥）進行有針對性的專題教學，在綜合教授模型制作技術的基礎上，體現自身的優勢與特色。

2基于設計創新的模型制作課程教學探索與實踐

2.1基于設計創新開展模型制作教學的目的與意 義

模型是設計創意的一種表達方式，是借助于一定材料或媒介來表現設計創意的表現手段，是設計思維的直觀體現[2]?；谠O計創新開展模型制作教學，一方面要將產品設計與創新的程序、方法和理念貫穿于模型制作的全過程，使模型制作不只是按圖索驥，而是具有創造性的設計活動；另一方面要借助和應用模型制作中立體表達的思維方式，更好地輔助各階段的設計創意活動。將以上兩個方面相結合，促進模型制作課程與工業設計其他專業課程的緊密融合，才能真正發揮和體現模型制作對于設計全過程的重要意義。

2.2基于設計創新的模型制作教學案例介紹

1）課題確定。根據模型制作課程教學大綱的具體要求，課題的選擇在設計內容方面應具有一定的代表性，在制作技術方面應具有較高的綜合性，通過典型產品的設計制作，將一般工藝流程、常用模型材料、重要加工設備、重點技術技巧融匯于其中，從而達到教學目標。

在多年的合作中，筆者與南京貝力模型有限公司建立了長期穩定聯系，通過反復實踐，將該企業的產品改良設計課題作為基于設計創新的模型制作的教學案例，取得了較好的教學效果。南京貝力模型有限公司是專業設計制造遙控航海模型、航空模型、靜態模型、建筑模型等模型產品的企業。改良設計的對象是比賽用帆船模型。要求在沿襲企業帆船系列產品整體形象風格的基礎上，對整體造型、細節以及涂裝設計，進行改良與創新。

2）具體設計要求。帆船模型是以風帆為動力，通過無線電操縱，改變風帆和船舵的角度來控制船行駛速度和方向的模型。帆船模型按船體長度和帆的面積分三個級別：F5-E級：模型船體長度不超過1米，帆的測量面積為0.4平方米，又稱1米級；F5-M級：模型船體長度在1.275米至1.29米之間，帆的面積不大于0.5161平方米；F5-10級：（水線長度+帆面積）/122903≤10，即水線長度越大，帆面積將越小，反之亦然。

本文論述的是按照F5-E級（模型船體總長不超過1米）帆船模型的參數要求開展基于設計創新的模型制作課程教學過程。

2.3基于設計創新的帆船模型制作過程

1）創意設計。模型帆船的船底采用經典的U型船底。U型船底從船尾看呈U形，船身飽滿穩定，到距艇首2/5處慢慢過渡成V形，使得船底的整體形態由馳到張，線條流暢，顯示出比賽用模型帆船一觸即發的速度感。

設計創意主要通過甲板造型加以體現，繪制大量設計草圖（圖2），并確定初期方案的大致尺寸。

2）制作草模輔助創意。在產品模型制作中常用于制作草模輔助創意、修正造型的材料有硬質聚氨酯發泡及聚苯乙烯發泡兩種。聚氨酯發泡結構細密、密度均勻、硬度較高，具有良好的加工性能，是理想的模型材料，但其價格昂貴，多用于產品研究與開發。作為替代品，聚苯乙烯發泡因其價格便宜而在模型制作實驗教學中被廣泛應用。

模型帆船船體草模的制作步驟為：（1）按照船體長寬高尺寸下料，加工出余量約為10mm的泡沫長方體一塊；（2）分別在長方形的側面、頂面及后面描繪出船體三個方向的主要輪廓線；（3）用鋸條進行粗加工，切除多余的形態，再用銼刀加工出較為細致準確的船體造型，見圖3；（4）根據草圖及草模確定船體造型方案，建立數字模型，見圖4。

根據精確的數字模型，選用硬質聚氨酯發泡制作船體準確造型。發泡材料結構疏松、表面粗糙，制作的草模無法直接翻制模具，因此表面需經刮膩子、打磨2～3遍等表面處理工序，直至船體形態準確、表面均勻、光滑、細膩，方能作為模具使用。

3）利用泡沫草模翻制石膏陰模。石膏是一種成本低廉、操作簡單的模型材料。石膏主要的成型方法有：平板成型、雕塑成型、旋轉成型以及翻模成型[3]。石膏制作的模型雖細膩潔白，但表面多粉塵及致密細孔，對噴涂顏料等有較強的吸附作用，石膏內部水分在涂裝前很難保證完全揮發，經常發生漆膜開裂脫落現象，因此表面涂裝性能不理想，并不是制作產品最終展示模型的理性材料。但石膏與水混合后固化的成型方式使得石膏非常適合作為翻制模具的材料使用。翻制得到的石膏模具形態完美、表面細膩光潔、能完全復制出設計作品的原型。在使用脫模劑、操作得當的情況下，石膏模具可多次翻制得到最終的樹脂模型（一般2～3次）。

4）利用石膏陰模翻制樹脂模型。樹脂模型是由玻璃纖維織物與樹脂復合而成的模型材料，俗稱玻璃鋼。樹脂模型在機械加工、表面處理、物理化學穩定性、涂裝等方面均具有卓越的性能，是理想的產品模型材料。常用的樹脂有環氧樹脂、酚醛樹脂和不飽和聚酯樹脂等?？芍苯永蒙鲜龇频玫降氖嚓幠７茦渲Ｐ?，制作步驟如下（如圖5）：（1）調制樹脂：在環氧樹脂中按100∶4∶3的比例依次加入催化劑和固化劑，輕輕攪拌調制均勻；（2）裱刷樹脂與玻璃纖維布：用羊毛刷蘸調制好的樹脂膠，在石膏陰模內壁均勻涂抹2～3遍，使之形成第一層膠衣；待第一層膠衣固化后裱貼第一層玻璃纖維布，再刷一層樹脂膠，如此反復2～3遍；（3）固化脫模：將裱刷完成的模型放置在干燥通風處讓其自然固化，大約需要24小時；完全固化后，形成的玻璃鋼模型殼體的厚度可達2～3mm；（4）表面整飾：切除模型外沿，清理模型表面雜質；模型經刮膩子、打磨、機械拋光等處理后，表面細膩、光滑、平順；

5）利用塑料成型方法制作帆船模型上的細節部件。在工業設計本科教學模型制作課程中針對塑料最為常用的模型制作方法是雕刻成型、吸塑成型。大部分高校配備有雕刻機，可進行二維及三維浮雕效果的雕刻。吸塑成型是利用真空吸力，將加熱軟化的ABS、PVC等熱塑性塑料片材，吸附到模具表面，經冷卻定型從而形成各種曲面形態的塑料成型方法。這兩種方法操作簡便、設備及制作成本低、經濟性較好，特別適合高校工業設計專業實驗室制作產品模型或部件使用[4]。利用塑料的雕刻成型及吸塑成型法，可制作帆船模型的甲板結構及部分細節（見圖6）。

6）模型后期涂飾及零部件安裝。對模型表面進行細致的涂飾處理，保證模型的設計與制作從形態到色彩具有較好的完整性，從而取得理想的展示效果，見圖7、圖8。后期表面處理一般經過刮膩子－打磨－噴底漆－噴面漆－標志與文字處理－零部件安裝等步驟。

2.4基于設計創新的模型制作教學效果

基于設計創新的工業設計專業模型制作實驗教學，針對目前模型制作課程過于偏重基本制作技能訓練的教學模式，有效解決了技能型專業基礎課與設計型專業課之間明顯脫節的教育現狀，將相關專業課和專業基礎課的理論與實踐教學有機整合，通過建立課程與課程之間、教學與產品設計實踐之間的密切聯系，模型制作實驗教學的內容直接選自相關專業課程中的設計作品或社會服務、科研課題中的設計項目，形成基本制作技能訓練與綜合設計能力培養雙軌并行的教學模式。學生學習興趣濃厚、教學效果顯著。

3結束語

模型制作課程是我國目前工業設計本科教育中實驗實踐教學最集中的課程，本文在詳細分析了目前模型制作課程教學體系及教學內容現狀的基礎上，基于設計創新，提出了建立基本制作技能訓練與綜合設計能力培養雙軌并行的教學模式，并列舉了詳細的教學案例，為更加系統地探討適合工業設計創新人才培養的機制和方法，形成完整的以實驗教學為依托的創新人才培養體系等做一些基礎研究工作。

參考文獻

[1]黃婉春，舒余安.工業設計中的模型制作[J].包裝工程，2005，(4):182-187.

[2]胡俊紅，張賢富.產品設計中泡沫塑料模型的制作探討[J].機電產品開發與創新，2010，(3):46-48.

[3]謝大康.產品模型制作[M].北京:化學工業出版社，2003:29.

[4]劉瑋，鄭梅生，顧葉錢.一種高校實驗室制作產品手板模型用真空吸塑機的設計研究[J].包裝工程，2010，(20):4-6.