基于“人機仿真平臺”的產品設計專業項目制教學模式研究

徐平 章勇

摘? 要：針對產品設計項目制教學中存在的現實問題，圍繞“學生能力培養”和“特色產業需求”，提出了基于“人機仿真平臺”的項目制教學改革方法。分別討論了“人機仿真平臺”的構建、項目制教學方法和課程考核的設計，并面向紡織機械產業需求進行基于“紡織機械人機仿真平臺”的項目制教學模式改革實踐。

關鍵詞：項目制;教學模式;人機仿真平臺;產品設計

基金項目：本文系湖南省普通高等學校教學改革研究項目“面向紡織行業裝備產業的產品設計專業創新人才培養模式探索與實踐”（湘教通[2017]452號-375）研究成果。

項目制教學是以產業需求為目標，以項目的流程和實際進度來組織教學活動。老師在組織學生做項目的過程中，引導學生探索新知識，傳授學生新技能，從而達到培養學生自主學習能力、項目執行能力和系統化解決方案能力的人才培養目標。由于項目制教學在學生自主學習能力和項目執行能力培養方面的優勢，近幾年，得到了各高校的廣泛重視。李津津等介紹了貫通式項目制教學，即從大一開始，就針對學生設計一個綜合性的實踐項目，以研究性項目為主導，在導師指導下，學生用3～4年時間完成實踐項目^[1];畢學鋒介紹了采用“以問題為導向”的工作室項目制教學，目的是讓學生能夠針對某些社會問題組織調研并開展設計思維方面的思考^[2];蔡國良介紹了實戰項目制教學實施的步驟和方法，并總結了項目制教學的優劣勢^[3];崔木揚、王小冬介紹了設計類專業項目制教學實踐的過程組織，總結了項目制教學的優勢^[4]。從諸多研究成果可以看出項目制教學應用廣泛，各專業都在積極探索。產品設計專業與產業需求的高度融合性，使該專業迫切需要開展項目制教學研究。然而，在產品設計專業實際的項目制教學過程中，存在諸多實際困難。在分析實際困難的基礎上，討論了應用“人機仿真平臺”組織項目制教學的舉措，并以服務特色產業需求為背景，實施了基于“紡織機械人機仿真平臺”的項目制教學實踐，為信息技術支撐下開展項目制教學提供參考。

一、產品設計專業項目制教學問題分析

項目制教學離不開企業的參與，需要企業全程參與設計階段性成果的評鑒。但對于內陸地區高校，項目制教學模式的落地實施存在諸多現實困難，教學過程中尚存在一些問題：一是缺乏支撐專業特色建設的企業實題支持，即便爭取到企業實題，但由于路途遙遠，組織學生到企業實地考察存在經費、安全等現實困難。我校產品設計專業依托紡織工程背景，積極培養具有紡織機械備產業需要的應用型人才。但由于紡織機械產業主要聚集地并不在本地，因此無法組織學生大批次地到企業實地考察。不能實地參觀和現場感知特色產業需求，學生們就無法形成設備與環境、設備與使用者之間較詳實的感性認識;二是諸多特色產業設備往往價格高、占地面積大、臺套數少，項目制教學現場參觀中企業設備和學生人數匹配度上仍存在很大問題，造成了一群學生圍著一臺設備聽講解的現場教學現狀，學生難以深入理解設備操作及結構原理;三是項目的時效性要求，往往無法與教學進程一致，給教學活動的組織和進度安排帶來困難。鑒于此，本教學團隊依托虛擬仿真技術，進行了基于“人機仿真平臺”的項目制教學模式改革研究，并從“紡織機械”視角進行了改革實踐。

二、基于“人機仿真平臺”的項目制教學設計

（一）“人機仿真平臺”的構建

基于“人機仿真平臺”的項目制教學改革，首先是依托學校學科背景和地方產業優勢，設定專業建設服務的特色產業方向，建設特色產業相應設備的“人機仿真平臺”。我校產品設計專業依托紡織工程背景，面向紡織機械產業需求，建設了“紡織機械人機仿真平臺”。人機仿真平臺包含三大模塊，即學習區、需求區和設計區。

第一模塊是學習區。該區設立知識儲備區、設備演示區、交互體驗區。知識儲備區是對特色行業產業進行行業特色、設備類型等方面的介紹，幫助學生對特色行業有一個總體的認識。設備演示區是對知識儲備區介紹的設備進行工作原理動畫展示、工作流程動畫展示和部件結構組裝動畫展示，構建真實的設備工作流程場景，生產過程采用仿真運行，全面演示該特色行業產業設備特征，幫助學生深入理解各設備使用方式。交互體驗區是對主要設備進行VR操作體驗、VR樣機拆裝體驗，實現設備的基本常規操作，如開、停、事故處理等方面的學習。通過虛擬交互，幫助學生更明確地感知設備使用中的人機關系和拆中的部件位置關系，從而提出該設備所要解決的問題。通過對知識儲備區、設備演示區、交互體驗區的學習，能夠有效解決現場參觀、演示安全、組織等困難，及當前項目制教學中臺套數與學生數之間的不平衡問題，并且通過“人機仿真平臺”三大模塊的互動充分鍛煉學生的自學能力，幫助學生建立問題意識，提高學生工程實踐能力。

第二模塊是需求區。該區及時發布企業需求，并根據企業需求直接連接到學習區相應的設備介紹、設備演示、交互體驗模塊，方便學生根據企業需求定點自主學習相應的特色行業產業設備相關知識，發現設計待解決的問題，形成明確的設計定位。老師對學生的自主學習進行指導，老師聯系企業，與學生一起就設計定位進行研判，進而形成獲得企業認可的設計方向。

第三模塊是設計區。該區功能是提供企業、老師、學生對設計實踐過程進行交流，對設計成果進行陳列的平臺。學生依據需求區所形成的設計定位進行方案設計，老師在線下對學生方案草圖、3D模型、實物模型的各階段進行指導，與學生形成的每一個階段成果發布到設計區。老師負責聯系企業，在設計區對不同階段成果進行對接，在相互討論中修訂設計方案，直至產生最終設計成果，并在設計區進行陳列。

（二）基于項目制的教學方法設計

在“人機仿真平臺”的教學過程中，通過需求區實現以企業實際需求為導向的項目制教學：老師聯系特色行業企業，企業提出并發布設計需求;學生根據設計需求在老師的引導下到學習區進行相關知識的學習，老師定期召開討論會，學生對行業背景、設備工作原理、結構等進行匯報，既可以幫助老師掌握學生相關知識點的學習情況，又可以對學生的自主學習起到督促作用;學生運用交互體驗區對設備使用方式、人機關系、設計需求進行認知體驗，與老師討論設計方向;企業、老師、學生在需求區一起研判設計定位;老師根據設計定位對學生設計過程進行指導，并將設計階段成果與企業對接，企業、老師、學生共同討論、修改設計方案，最終形成企業、老師、學生共同的設計成果。從項目制教學組織可以看出，在“人機仿真平臺”的教學過程中，教師已由傳統的教學轉變為指導和組織，工作的重點是與企業協調創造特定的設計實踐環境、引導和監督學生自主學習，傾聽、組織企業參與討論，并給予方向性的指導，使學生成為教學活動的主體。

本教學團隊面向紡織機行業裝備產業進行“紡織機械人機仿真平臺”的項目制教學改革，大三學生針對產品設計進行為期一個月的設計教學實踐。在教學實踐前期，教學團隊制作完整的“紡織機械人機仿真平臺”學習區的內容，對紡織機械的行業背景、設備類型、發展趨勢等進行逐項建設;并選擇捻線機、梳理機、紡織機、漿紗機、染色機、整經機、切布機、提花機等設備進行數字化建模、動畫演示和VR交互設計。學生們對紡織機械產品非常陌生，在開展相關項目之前，學生有選擇地在學習區進行學習。老師聯系紡織機械相關企業提供設計需求，最終設立了“具有現代設備視覺語言的提花機”“智能化梳理機”“多功能開松打包一體機”三個項目。學生對標項目，到學習區分別學習提花機、梳理機、開松打包機相關知識，并進行虛擬感知體驗，形成設計定位。老師、學生、企業在“紡織機械人機仿真平臺”對設計過程進行跟進、研判，最終形成了較為理想的設計方案（如圖1）。

（三）課程考核設計

基于“人機仿真平臺”的項目制教學，設計項目主要來自特色產業企業的實際需求。在老師的協調下，學生與企業保持真實有效的溝通，包括項目開始之初與企業、老師討論并確定設計定位、設計過程中企業參與研判各階段的效果等。最終考核并不局限于最終的設計效果，而對“人機仿真平臺”學習區的學習效果、需求區和設計區的溝通討論效果、設計需求的實現效果和項目按計劃執行效果等方面進行綜合評價。其中，對學習效果的評價是從學生對陌生的特色產業知之甚少到侃侃而談狀態轉變的評判，是對學生自主學習能力的考核;需求區和設計區的溝通討論效果的評價是對學生協調溝通、團隊協作能力的考核;設計需求的實現效果是從設計方案最終落地的可行性進行考核，考察學生的實踐落地能力;對項目按計劃執行效果的評價，反映了項目制教學中對學生職業化能力培養方面的考核。

三、結語

在構建面向特色產業的“人機仿真平臺”教學與實踐平臺的基礎上，帶領產品設計專業大三的學生開展教改實踐。通過“紡織機械人機仿真平臺”進行項目制教學實踐，學生面對紡織機械這一特殊產業，盡管生活中接觸不多，對該產業設備不熟悉，但經過老師的引導和對學習區、演示區、交互區的自主學習，對紡織機械這一特殊產業設備有了較為清楚的認識，使學生的自主學習能力得到充分鍛煉。通過設計區設計方案的反復對接，企業、老師、學生形成合力，設計方案的最終效果有了普遍的提升，教學與實踐平臺的結合產生了良好效果，達到了教改方案的預期目標，具有廣泛的應用與推廣價值。在信息技術不斷發展的當下，以虛擬仿真技術為支撐，使開展面向特殊產業設備的“人機仿真平臺”項目制教學具有可操作性。

參考文獻：

[1]李津津，葉佩青.新工科背景下貫通式項目制研究型綜合實踐教學模式探討[J].中國大學教學，2020（10）：58-61.

[2]畢學鋒.危機之下的畢業設計探索[J].裝飾，2020（6）：32-33.

[3]蔡國良，陳平.雙創教育中實戰項目制教學的應用探索[J].高教學刊，2020（31）：39-41，45.

[4]崔木揚，王小冬.“項目制”教學理念深度實踐研究——以展示設計課程為例[J].設計，2020（13）：104-107.

作者簡介：

徐平，博士，湖南工程學院設計藝術學院副教授。研究方向：工業設計及理論研究。

章勇，博士，湖南工程學院設計藝術學院副教授。研究方向：人機工程學。

編輯：雷雪