面向產品設計專業的結構設計課程改革探索*

袁雷池 姜 欣 趙軍靜

（武漢工程大學,湖北武漢 430000）

一、引言

產品設計專業培養要求是通過學習產品設計的基礎理論與專業知識，培養具有應用設計原理和方法解決各種設計問題，合理協調產品設計與社會生態、用戶、市場、功能、色彩、結構、材料、工藝等的相互關系，并將這些關系綜合地表現在產品及服務設計上的基本能力的學生。從培養要求可以看到結構在產品設計教學中的重要性，所以產品設計專業開設了結構設計課程，然而產品設計專業的學生在做設計時，仍因忽略產品的內部結構與生產工藝，造成設計的產品過于概念化，脫離生產實際，可行性低。為了讓學生掌握結構設計知識，培養其主動性與創造性，課程組對結構設計課程的教學內容、教學方法和教學手段等方面進行了改革探索。

二、結構設計課程教學中存在的主要問題

（一）產品設計專業的結構設計課程開設時間短，課程設置參考了機械設計專業，課程內容過于工科化，這對于藝術類出身的產品設計專業學生來說難度很大。因其數理知識較弱，邏輯思維能力較差，所以結構設計課堂中常常出現聽不懂、跟不上等理解困難的現象。

（二）哈佛大學的馬祖爾教授意識到了以教為主的弊端,提出了同伴教學的概念。國內外很多學者在教學方法方面做了很多研究,提出了很多以學為主的學習模式,比如翻轉課堂模式、探究式學習模式、研究為導向的學習模式等。而結構設計課程仍處于傳統的“知識講授主導課堂”的教學模式下，教學模式單一，學生被動地學習，缺乏積極性與主動性。有些知識點即使在課堂上多次強調,學生仍然難以理解，掌握的程度達不到教學目標。

（三）當今高校新工科和OBE教學改革的一個重要方面是要改變傳統課堂教學中的填鴨式教學模式，提高學生實踐動手能力。而結構設計課程教學重理論輕實踐，實踐教學內容嚴重不足，急需增加。

三、教學改革探索與實踐

為解決在滿足結構設計理論教學的同時提高學生實踐能力這一教改難題，結構設計課程組調整了課程結構與內容，擴展了計算機輔助結構設計、VR結構設計產品拆裝與3D打印模型制作等實驗，大幅度增加了課程的實踐動手的時間，讓學生通過大量實踐驗證相關理論知識。為提高課堂教學效率，課程組探索了新的課程教學方式，把部分課程內容移至線上授課，線上開放課件、教學視頻、實驗流程等資源，采用了線上線下混合式的教學模式。具體實施如下。

（一）結構設計課程內容介紹

本課程是產品設計專業的必須課，課程主要包含兩大部分：結構設計理論知識與產品結構設計案例實驗教學。理論知識主要講述產品結構設計概述、產品結構設計的材料、金屬鑄造與沖壓工藝、注塑工藝與塑料件結構設計等。實驗部分教學主要是通過計算機輔助結構設計、VR虛擬拆裝研究、3D打印結構設計實現等實驗完成一款簡單生活用品，使學生認識從產品設計到結構設計、再到VR虛擬拆裝結構設計產品、最后到實物模型驗證結構設計的完整過程，加深其對結構設計知識理解。

從時間安排上分為三個部分：a課程前，課程組開放結構設計線上課程的課件，讓學生提前了解課程結構，預習課程內容與實驗流程。b課程中，采用線上理論授課與線下實驗授課混合的方式。c課程后，持續開放課程已有的課件和視頻案例教學，學生可以在線上自由加深學習。課程組會持續的改進課程內容，豐富課程線上資源庫，學生也可以進一步擴展學習。

（二）課程實施過程

1.改變傳統理論知識教學為線上理論知識教學和線下作業研究

把結構設計理論知識部分的教學轉變為線上教學，將原來的紙質的教材和課程作業轉變為線上課程教學系統，再輔以線上多媒體課件、教學視頻、課程直播等使教學手段更加豐富多樣化。通過提前開放課程課件，學生可提前了解課程結構，預習相關課程內容。多媒體的運用讓結構設計的課堂擺脫了傳統的枯燥課程形式，課程組把最新課程相關的教學視頻與圖片等資源融入課件中，讓知識的傳遞方式更加多樣化，讓學生學習的過程更加愉悅，更能吸引大家注意力，調動其積極性。線上直播課內容回放功能，學生可以在課堂之外可以自由選擇時間加深學習，更有利于課程理解不透徹的學生重復觀看以加深學習。

為提高藝術類學生對結構設計的興趣，加強他們的動手能力，針對每一次理論課程內容，設置了對應的線下研究作業。研究作業以小組形式完成，每組人數2～4人，團隊協作動手研究目標，討論分析結果，線上提交研究活動照片與研究結果圖片視頻等。例如，線下研究作業1：小組拆解一款產品，研究其結構連接與固定方式，圖注說明。讓大家分小組進行動手實踐，通過拆解不同的產品，更直觀的學習到結構設計的連接、限位與固定等知識。小組研究作業讓學生把理論知識運用到了實際動手活動中，改變了傳統枯燥乏味的課堂教學，提高了藝術類學生的學習興趣，調動了學生學習的積極性，并培養了他們團隊協作能力。

2.計算機輔助結構設計案例教學

計算機輔助結構設計部分的教學方式可以自由調節，可以采用線上直播授課或者線下課堂授課。線下課堂學習氛圍優于線上直播課堂，線上課堂對學生的管控不夠全面，但是線上直播課堂更方便學生課后加深學習。也可以采用線上線下結合的方式進行，線下課堂授課，線上更新課堂視頻內容供學生自由的加深學習。線上答疑優于線下答疑，借助現在方便快捷的互動工具，線上答疑時間更加靈活，答疑形式更加方便，如可以通過QQ、微信等進行語音與視頻交流，也可以進行遠程控制學生電腦進行輕松指導等。

計算機輔助結構設計主要是指導學生使用CREO完成一款簡單生活產品的設計，包括產品造型設計與產品結構設計兩個部分。例如，指導學生設計一款簡單遙控器，首先完成遙控器的整體造型設計，設計上下殼分型面，電池倉分型面，按鍵分型面等，理解分型面的概念，掌握分型面于產品的作用。其次完成產品上殼與下殼的連接與固定、電池倉結構設計、電池倉蓋與下殼的連接與裝配、硅膠按鍵結構設計、按鍵與上殼體的固定與裝配、線路板的限位與裝配等。最后進行零件裝配的干涉分析，檢測結構設計的合理性，對零件沖突的地方進行修改。通過計算機輔助結構設計實驗，讓學生認識到產品結構對產品造型的影響，認識到產品設計與結構設計的密切關系，認識到產品設計不考慮結構的不良后果，進而使學生在以后做設計時，能充分考慮產品結構，提高其設計的合理性與可行性。

3.VR虛擬現實技術融入結構設計課程——VR虛擬拆裝結構設計產品

為了進一步提高學生對課程的興趣，提高其實踐動手能力，提高學生對VR虛擬現實技術的認知，基于學院的VR虛擬實驗教學平臺，開發了產品拆裝與造型設計輔助系統，把VR虛擬現技術實融入結構設計課程中，設置了VR虛擬產品拆裝實驗。實驗課程前，線上開放VR虛擬產品拆裝實驗流程、方法與注意事項等，學生可以預習實驗流程，提前做好實驗準備工作。課程中輔導學生把CREO完成的結構設計產品模型導入進渲染軟件中，為自己的遙控器設置好環境、材質、貼圖與光效等，最后導入到VR虛擬拆裝系統中，設置各部件的拆裝順序，通過VR眼鏡觀測產品的三維立體虛擬仿真效果，也可以通過操縱手柄對產品進行拆卸與組裝。通過VR虛擬產品拆裝實驗，學生可以更直觀地觀察自己設計的遙控器的造型與結構，加深對產品內部空間的認識，還可以找出結構設計中的缺點與不足。學生對這種把VR虛擬現實融入結構設計課程的新型教學方式充滿了熱情，積極性很高。

4.3D打印技術融入結構設計課程——3D打印零件組裝結構設計產品

為進一步優化結構設計課程理論教學與實踐教學的比重，加深學生對產品結構設計的理解，課程組把3D打印技術也融入結構設計課程中，設置了3D打印實驗。學院3D打印實驗室設有4臺3D打印機，學生可以使用3D打印機制作實物模型。實驗課程前，線上開放3D打印軟件的基礎教學、3D打印實驗流程與注意事項等，學生可以預習相關知識，提前做好實驗準備工作。課程中，教師輔導學生把CREO完成的結構設計產品模型導入進3D打印軟件中，設置打印精度、切片厚度、填充率等相關3D打印參數，打印出結構設計產品的各個零件，并手工把零件組裝產品模型。學生通過觀察與觸摸實物模型，可以更直觀地分析產品結構設計的合理性與可行性，在實際動手操作中學習結構設計知識，真正地做到理論聯系實際。這個實驗環節不僅增強了學生對結構設計知識點的理解，提高了學生課程教學活動參與度和動手能力，有效地提高了教學效果，還讓學生掌握了基礎的3D打印知識。

四、結語

通過調整結構設計課程結構，大幅度增加了實踐動手課程內容，讓學生在實踐中驗證理論，加深學生對結構設計知識點的掌握程度，課程教學方式轉變為理論與實踐并重型；通過采用線上線下混合式的教學模式，擺脫了傳統的枯燥課堂，使課程的教學方法更加豐富，讓知識的傳遞方式更加多樣化。結構設計課程改革，有效調動起藝術類學生的學習興趣，提高了其主動性與積極性，提高了教學效果，使課程更適配產品設計專業，更符合OBE教學改革的要求，對產品設計專業的課程體系構建與人才培養具有重要意義。