基于實(shí)物拆解的工業(yè)設(shè)計(jì)材料與工藝課程改革

陳雨，凌剛，周敏

摘要：材料與工藝是工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)重要的基礎(chǔ)理論課程，從如何把課堂知識轉(zhuǎn)化為實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、如何設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及如何建立與其他課程的聯(lián)系三個(gè)方面分析了當(dāng)前工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)材料與工藝課程教學(xué)存在的問題;以中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)為例，提出了基于實(shí)物拆解的實(shí)踐教學(xué)方法，有助于提升學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，為工業(yè)設(shè)計(jì)材料與工藝課程教學(xué)改革提供了有益的思路。

關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計(jì);材料與工藝;課程改革

中圖分類號：TB47 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2020）01-0131-02

一、引言

材料與工藝課程是傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)中重要的基礎(chǔ)理論課程，但近十幾年來，隨著計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)和交互設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)方法與理念的興起，材料與工藝課程在教學(xué)中的重要性呈現(xiàn)出下降的趨勢。最近，隨著設(shè)計(jì)實(shí)踐領(lǐng)域?qū)MF研究的興起，材料與工藝課程的重要性又逐漸提升[1]。在新的技術(shù)條件和時(shí)代需求下，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)進(jìn)行不斷探索，形成了基于實(shí)物拆解的實(shí)踐教學(xué)方法，為材料與工藝課程的教學(xué)改革提供了有益的思路。

二、當(dāng)前存在的問題

當(dāng)前工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)材料與工藝課程教學(xué)存在的問題主要集中在以下三個(gè)方面。

1.如何把課堂知識轉(zhuǎn)化為實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。與其他專業(yè)課相比，材料與工藝課程的特點(diǎn)是理論內(nèi)容清晰、知識點(diǎn)明確。材料與工藝課程重在向?qū)W生介紹工業(yè)設(shè)計(jì)常用材料的成型工藝和表面處理方法，并建立材料特性與造型可能性之間的關(guān)聯(lián)。課程以知識點(diǎn)講述為主、知識體系明確，大都按照材料種類劃分，如金屬材料、高分子材料、玻璃和陶瓷材料、木材等。就知識點(diǎn)學(xué)習(xí)而言，學(xué)生無須太多前期知識的積累，理解難度不大。然而，由于學(xué)生缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在教學(xué)過程中往往出現(xiàn)“記得快、忘得也快”的情況，學(xué)生考試成績尚可，但課程結(jié)束后，相關(guān)知識很難在后續(xù)課程中得到靈活運(yùn)用，甚至很快就忘記了。如何在完成課程學(xué)習(xí)后將相關(guān)知識轉(zhuǎn)化為實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是當(dāng)前材料與工藝課程教學(xué)面臨的最主要問題。

2.如何設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。受場地、設(shè)備特別是經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)要求等因素的限制，大部分高校的工業(yè)設(shè)計(jì)材料與工藝課程的教學(xué)都缺乏動(dòng)手實(shí)踐環(huán)節(jié)[2]。如在材料成型方面，即使是條件較好的學(xué)校，也只是在金屬數(shù)控加工、剪板、折彎、線切割或激光切割等特種工藝方面有相應(yīng)的設(shè)備，其他材料尤其是高分子材料方面相應(yīng)的教學(xué)設(shè)備非常有限，即便有，由于受場地和經(jīng)濟(jì)因素的限制，設(shè)備更多的還是原理演示，其工作方式與工廠的批量化生產(chǎn)也相去甚遠(yuǎn)。而在表面處理方面，受經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)要求的限制，很少有學(xué)校可以開展相關(guān)的教學(xué)實(shí)踐。總體而言，目前材料與工藝課程的實(shí)踐教學(xué)更多的還是以工廠參觀或視頻教學(xué)的形式開展，這雖然在一定程度上緩解了實(shí)踐環(huán)節(jié)不足的問題，但并不能很好地滿足課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的要求。

3.如何建立材料與工藝課程與其他課程的聯(lián)系。就知識點(diǎn)的講授和學(xué)習(xí)而言，材料與工藝課程比較獨(dú)立，基本不需要前期課程基礎(chǔ)，對后續(xù)課程的支持也是以知識點(diǎn)而非理論體系的形式出現(xiàn)的。但在設(shè)計(jì)實(shí)踐層面，材料與工藝課程和其他課程又有千絲萬縷甚至決定性的聯(lián)系。如《計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)》課程，表面上兩門課程關(guān)系不大，但如果不掌握材料與工藝的相關(guān)知識，在渲染環(huán)節(jié)就很難獲得真實(shí)效果。再比如《模型制作》課程，當(dāng)前的模型制作課程多以手工形式完成，較少涉及真實(shí)生產(chǎn)過程中材料與工藝限制的問題[3]。如果在模型制作課程中穿插材料與工藝知識完成練習(xí)，無疑對學(xué)生提高設(shè)計(jì)可行性有很大的幫助。而在后續(xù)其他專業(yè)課的實(shí)踐環(huán)節(jié)中，材料與工藝課程更是潛在、重要的支撐。如何建立材料與工藝課程與其他專業(yè)課的聯(lián)系，以便真正提升學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，也是課程改革必須考慮的重要問題。

三、基于實(shí)物拆解的課程內(nèi)容

經(jīng)過最近一輪教學(xué)計(jì)劃調(diào)整，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)材料與工藝課程包括24學(xué)時(shí)的《工業(yè)材料及加工工藝》和16學(xué)時(shí)的《工業(yè)材料及加工工藝實(shí)驗(yàn)》兩部分，教學(xué)改革主要針對實(shí)驗(yàn)部分開展。為了解決以上問題，形成了基于實(shí)物拆解的工業(yè)設(shè)計(jì)材料與工藝課程實(shí)踐教學(xué)方法，有助于學(xué)生把課堂知識轉(zhuǎn)化為實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并在后續(xù)的學(xué)習(xí)中不斷深化為工程實(shí)踐能力，具體內(nèi)容如下。

1.產(chǎn)品的選擇。依據(jù)理論課程內(nèi)容，按主要材質(zhì)將產(chǎn)品分類，包括金屬、塑料、玻璃和陶瓷、木材4類，其中課程教學(xué)主要針對金屬和塑料類產(chǎn)品。在選擇產(chǎn)品時(shí)主要考慮以下幾方面因素：首先，造型簡潔明快、操作方式明確、結(jié)構(gòu)清晰、體積適中、便于拆解;其次，產(chǎn)品類別以學(xué)生常見的家電產(chǎn)品為主;最后，盡可能多地涉及常見成型和表面處理方法。這既有助于教師把握教學(xué)流程、合理安排時(shí)間，也便于建立材料與工藝課程和其他課程的聯(lián)系。如金屬類產(chǎn)品有面包機(jī)、電烤箱、保溫杯和微波爐等，塑料類產(chǎn)品有電熨斗、咖啡機(jī)、榨汁機(jī)、耳溫槍、吹風(fēng)機(jī)和臺燈等。

2.實(shí)驗(yàn)流程。實(shí)驗(yàn)以分組的方式完成，每組3—4人，一個(gè)班按約30人計(jì)，共8組，4組完成金屬類產(chǎn)品拆解，4組完成塑料類產(chǎn)品拆解。具體要求如下：第一步，仔細(xì)觀察產(chǎn)品、完成對產(chǎn)品操作方式的詳細(xì)分析，在使用過程中梳理使用者與產(chǎn)品的交互方式。第二步，完成對產(chǎn)品的拆解、測繪、三維建模、虛擬裝配和渲染等，以便對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)有清晰的認(rèn)識。在課程安排上，以上兩步驟一般在前期的《人機(jī)工程學(xué)》和《計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)》課程中完成。第三步，將與產(chǎn)品外觀相關(guān)的零部件制成實(shí)物爆炸模型，并為各零部件編號。第四步，標(biāo)注零部件材料種類，復(fù)習(xí)該材料的常見加工工藝;觀察實(shí)物、查閱資料，確認(rèn)零部件具體的加工工藝，復(fù)習(xí)該加工工藝的相關(guān)知識點(diǎn)。第五步，分析各零部件的表面處理方式，復(fù)習(xí)相關(guān)知識點(diǎn)。第六步，結(jié)合《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程所學(xué)知識，分析各零部件之間的裝配方式。第七步，全班展示交流，按材料成型工藝和表面處理方式對零部件進(jìn)行分類，強(qiáng)化材料特性與造型可能性之間的關(guān)聯(lián)。第八步，完成產(chǎn)品拆解實(shí)驗(yàn)報(bào)告書。

3.經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。首先，以上實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革有效地解決了當(dāng)前材料與工藝課程中存在的問題，使學(xué)生在書本知識和視頻資料外，對產(chǎn)品材料與工藝知識有了更真實(shí)的體驗(yàn)。盡管這種教學(xué)方式更多還是以知識點(diǎn)的形式完成的，難以形成體系，但基本可以覆蓋常見產(chǎn)品涉及的材料與工藝，為以后的設(shè)計(jì)實(shí)踐提供了經(jīng)驗(yàn)。其次，如上所述，在多數(shù)學(xué)校難以開展相關(guān)實(shí)踐教學(xué)的情況下，讓學(xué)生逆向整理產(chǎn)品實(shí)物的材料與工藝知識，可以有效彌補(bǔ)課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)不足的問題。最后，借助實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，將《計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)》《人機(jī)工程學(xué)》和《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》等課程有機(jī)地結(jié)合起來，建立低年級設(shè)計(jì)理論課之間的聯(lián)系。此外，待有一定積累后，可將課程實(shí)驗(yàn)整理為虛擬仿真教學(xué)資源，利用現(xiàn)代技術(shù)，有效地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力，為后續(xù)課程達(dá)成工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)提供基礎(chǔ)[4]。

四、總結(jié)

隨著設(shè)計(jì)實(shí)踐領(lǐng)域?qū)MF的強(qiáng)調(diào)，工業(yè)設(shè)計(jì)材料與工藝課程的重要性再次凸顯。經(jīng)過不斷地探索，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)形成了基于實(shí)物拆解的材料與工藝課程實(shí)踐教學(xué)方法，有助于學(xué)生把知識轉(zhuǎn)化為經(jīng)驗(yàn)，彌補(bǔ)實(shí)踐環(huán)節(jié)的不足，并有效地將工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)低年級理論課聯(lián)系起來，為培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力提供基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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Reform of Industrial Design Materials and Processes Course Based on Product Disassembly

CHEN Yu，LING Gang，ZHOU Min

（National Experimental Teaching Demonstrating Center for Mechanical and Agricultural Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083，China）

Abstract：Materials and Processes is an important theoretical course for industrial design.This paper analyzed the problems of the course from three aspects：how to transform knowledge to practical experience，how to set up experimental contents and how to establish the links between the course and other professional courses.Taking the industrial design of China Agricultural University as an example，the paper put forward a method based on product disassembly.This method is helpful to improve comprehensive practical ability of students，and provides useful ideas for the teaching reform of industrial design Materials and Processes courses.

Key words：industrial design;Materials and Processes;course reform