高職產品設計專業拔尖應用型創客教學模式探索與實踐

摘要：本文以“虛實結合，工學協同”創客教育理念為核心，圍繞“體系科學、安排合理、特色明顯”的高職產品設計信息化教學目標，綜合運用虛擬仿真技術，3D打印設計制作等多種教學手段，結合專業技能競賽、專利申請等創新手段，構建專創融合、知行合一的拔尖應用型人才培養模式，打造符合雙創需求的復合型產品設計人才培養平臺，為高職本科產品設計專業的教育教學改革提供新思路。

關鍵詞：創客教育;拔尖應用型人才;虛擬仿真;教學評價

創新人才是知識經濟時代最寶貴的財富，培養具有自主創新能力的大學生是21世紀高校人才培養的核心內容，是建設創新型國家的重要環節。國務院辦公廳、中共中央辦公廳印發的《中國教育現代化2035》文件中明確指出“創新人才培養方式，培養學生創新精神與實踐能力”的全面提升，是高校拔尖創新人才培養發展的方向。

創客教育著重培養學生的技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達等學科核心素養，強調借助技術工具和平臺在真實的情境中開展基于項目的學習，使學生在對技術感知和運用過程的中形成工程思維。近年來，隨著“創客”教學實踐的發展，創客教育在實驗實訓課程教學中不斷融合，在培養具有創新能力和創新思維的應用型人才方面具有不可替代的優勢，這逐漸成為“創客”教學模式研究的一種趨勢。為了順應信息化社會的人才培養需求，更好地開展產品設計實驗實訓課程教學，大力發展創客教學設計與應用模式，構建實踐教學新平臺，探索拔尖應用人才培養的路徑就顯得尤為迫切。

1創客教學支持下的產品設計教學新模式發展的路徑

1.1存在問題

第一，理論脫離實際。傳統課程教學方式多停留在一般過程、方法、原則和原理的理論層面，學生學以致用、解決實際問題的能力欠缺。產品設計專業的實訓課程具有一定特殊性，如教學中存在的設備數量缺乏、實踐操作時間短、設備結構及工作原理復雜抽象難以理解等問題，使得傳統教學模式面臨諸多難題和挑戰，并在一定程度上影響了人才培養質量。

第二，缺乏自主創新意識。許多創客學習者只是空有創新的熱情，在產品設計實踐中，只能在原有的造型和功能基礎上做延伸，并沒有實質性的創新變化。對權威的依賴使其難以突破自我，缺乏自主創造的能力。同時，現有創客教學中對產品的創新設計較為盲目，沒有明確的方向，甚至連創新的實際含義都不清楚，這導致創客學習流于形式。

第三，學習動力不足。許多高職院校產品設計專業現有的教學形式缺乏學科跨界、資源共享、成果分享等特點，不能激起學生的興趣和學習積極性。學校只注重簽約各種校企合作協議，沒有以促進應用型人才培養為目標，真正實施開展校企合作，而且手段形式單一，學生沒有融入創客教學通過實踐提升專業能力和創新能力。

1.2解決路徑

為適應新經濟形式下的社會發展，高職院校應以培養具有較強實踐能力的拔尖應用人才為目標，不斷探索創新創業教育的新模式和路徑。本文圍繞“虛實結合，項目驅動，循序漸進”的思路進行，以培養學生的產品設計創新能力及可持續發展能力為導向，立足3D打印虛擬仿真教學，打造實踐教學新方法;建設3D打印模型制作創客中心，打造實訓教學新平臺;以賽促學、循序漸進、逐層推進，改善產品設計教學存在的重理論、輕實踐的不足，為建設一流金課，培養拔尖應用型產品設計創新人才服務。教學設計基本結構如下圖所示。

1.2.1以項目為導向，踐行“虛實結合，工學協同”的教學理念

在教學過程中實施以任務為驅動的項目化教學模式，以真實企業項目、設計競賽項目和專利創新項目作為提高專業技能及創新能力的載體，驅動創新教育與“做中學”的教育理念。同時運用計算機多媒體技術構建虛擬仿真平臺，體驗虛擬場景及交互系統，讓學生在真實和虛擬的職場環境進行綜合性的設計技能訓練。始終以培養“懂材料、會設計、有創新、可創業、可發展”的產品設計拔尖應用型人才為宗旨實施教學，在設計實踐過程中注重培養學生獨立完成項目的能力，充分調動學生的積極性與主動性。

1.2.2建設模型制作創客中心，打造實訓教學新平臺

通過將虛擬仿真實驗、3D打印等技術引入創客中心，支持學生在創客中心進行產品3D打印模型設計與制作，快速、精確地將創意設計轉變為具有結構功能的產品原型，為學生的個性化參賽作品快速實現提供了保障。學生在積極參與各類科技創新活動過程中，得到技術的訓練和最新知識的獲取，不斷激發創新的興趣。

1.2.3以賽促教、循序漸進、逐層推進培養拔尖應用人才

以藝術工坊、藝術社團、3D打印創客中心等多種形式組成的多元化的課程模式，通過由教師精心設計的綜合實訓項目和企業項目，將設計競賽、專利申報與專業教學進行有效融合，多層次多方式地進行學生創新能力的培養。

學生經過選拔進入創客中心，接受基本培訓之后逐步熟悉產品的設計制作過程;然后與高年級同學的合作，參加校級和工業學會主辦的難度相對較低的設計競賽，積累比賽經驗;接著，逐步在老師的指導下參加校企合作項目或大學生創新創業項目;經過一段時間的實踐經驗積累，再參加發明杯、挑戰杯大賽和紫金獎設計大賽等級別和難度更高的技能大賽，鍛煉專業素養，培養科技創新能力。

2基于創客項目的線上線下教學設計

為了順應信息化社會的人才培養需求，更好地開展產品設計實驗實訓課程教學，利用虛擬仿真、3D打印技術、項目式教學、校企協同等線上線下教學模式，設計了一系列的以項目為導向的創客實踐課題，激發學生的興趣和創新能力，為學生創客進行創新學習提供幫助和支持。

2.1 3D打印虛擬仿真創客項目教學設計

南京工業職業技術大學藝術設計學院構建了“產品模型設計與制作”3D打印虛擬仿真實訓平臺，與國內VR虛擬現實行業高科技企業上海曼恒合作，使用Rhino和3Dmax等建模軟件進行三維模型搭建，利用IdeaVR虛擬仿真平臺構建3D打印體驗虛擬場景及交互系統，運用計算機技術、多媒體技術構建一個完整的大型工業級3D打印體驗架構。

大型工業級3D打印機價格高昂，電器操作參數復雜，而且現場操作過程具有一定的危險性。通過創客中心的虛擬仿真實訓項目，以三維仿真動畫在線模擬操作的方式，學生可以直觀地了解噴頭擠出的電機驅動電路工作原理，了解大型3D打印機噴頭的機械結構，學習如何正確設定參數，使噴頭更加滿足吐絲、溫控和操作等要求，有效避免打滑、噴頭堵塞等問題，大幅提高產品模型的打印精度和成功率。

模型后處理過程缺乏獨立作業空間，使用油漆噴桶等工具會產生的有毒有害物質，污染環境，危及操作者的身體健康。以PLA增材3D打印模型虛擬仿真實驗為例，學生通過虛擬仿真交互技術可以在實訓室場景中自由拿取砂紙、打磨棒、震動拋光機等打磨工具，模擬3D打印模型的平面打磨拋光，研磨拋光等工序。這種創客項目線上教學模式可以讓學生反復操練，課后還可以繼續借助虛擬仿真平臺進行創新實踐。

2.2便攜式全息投影裝置創客項目教學設計

在“便攜式全息投影裝置設計”創客項目教學中，第一階段，通過視頻連線企業客戶了解設計需求，與產業教授在線訪談和互動。經過頭腦風暴發散思維，分析篩選創意，形成小組作品設計方案。第二階段，學生在老師們的指導下，動手制作簡易雪弗板投影支架產品原型。過程包括測量全息投影遮罩角度尺寸，裁切透明亞克力板、實驗各種不同尺寸顯示屏、軸承零件、磁懸浮裝置等設備。第三階段運用keyshot制作個角度旋轉拆分動畫，以小組匯報形式展示整個制作過程，以方便創客中心師生共同研究全息投影裝置的結構問題。

通過這種教學模式，培養了發散性思維與創新技能以提升綜合創新能力，滿足了學生將創新設計快速實現為實物制作的初衷，也使其在目標驅動下不斷思索如何設計更具新穎性的創新作品。有的小組設計了榫卯結構全息投影裝置，在較大程度上對古代榫卯結構進行了再現，并對部分組件進行一定的創新設計;有的小組設計了燈塔全息投影裝置，將燈塔造型的與黑白格調相結合;還有的小組作品設計了浮世白夜花全息投影裝置，投影屏運用可翻折的軸承構造，底部托架結合磁懸浮技術。在創客項目實踐中，教師鼓勵學生通過多次迭代實現設計作品的精細化，運用批判思維協作溝通，找到解決問題的方法，逐步將外觀造型實踐設計拓展深入至結構材料的實用新型設計。

2.3評價設計

2.3.1線上線下相結合考核評價

本研究通過線上線下相結合的考核評價體系著重考察創客教育模式下學生掌握的產品設計知識以及學以致用解決實際問題的能力。線上，教師通過云班課教學平臺發布課程資源，視頻連線企業客戶了解設計需求，與產業教授在線訪談和互動;通過虛擬仿真軟件進行3D機操作，產品模型設計制作、模型后處等;線下，以案例項目為驅動，在教師引導下交流分享學習成果產生的不同觀點和創意。最后，以線上答辯的形式進行實踐技能考核，對產品模型設計制作項目進行總結。

2.3.2過程性評價

在創客課程項目中，經過前期頭腦風暴和手繪確定設計方案后，學生用犀牛進行產品建模、Keyshot加以材質渲染、Premiere進行配樂剪輯等動畫演示。在虛擬仿真實訓平臺的大型工業級3D打印機的虛擬情境中，學生扮演不同的虛擬角色，與教師及企業專家一起通過集體智慧，解決相關的調試、拆卸、交互、安全等一系列具有代表性的實際問題，最終提出可3D打印的創意設計。整個創意構思、設計模型、制作過程、創意作品展示分享到線上平臺以及抖音、快手等社交媒體，使得他們的創意得到關注，極大地增強學生的創新精神。

2.3.3形成性評價

作業成果以創客小組合作形式，以3D打印實物模型展示進行形成性評價，使學生創客們具備小型展覽的布展能力，能通過道具的配合營造展示氛圍，烘托展品。通過參與展覽現場安裝布置全過程，為學生搭建了一個跨專業、跨學科的合作平臺，使學生創客的創意作品可以實時地呈現，為學生提供了具有一定強度和挑戰的學習與實操機會，激發了學生創客們的興趣和自主學習的動機。

3評價指標

在3D打印虛擬仿真創客項目教學中，教師通過實驗腳本設計，將模型導入IdeaVR虛擬系統進行講解和演示，設置引擎應用于考試功能，編輯考題，在虛擬場景中進行模擬考試操作。測試包括大型3D打印機操作，產品模型設計制作、模型后處理工序等一系列過程。幫助學生了解用戶界面控制、打印機運行控制、建模分析評價等方法和手段。

以2020屆產品設計專業產品班作為實驗組，展示班作為對照組，對76名學生采用SPSS22軟件進行作業考核成績統計，得到獨立樣本t檢驗分析如下表所示。在考核總分中，實驗組（83.45+11.06）分與對照組（77.38+10.20）分相比，t=3.41，P值<0.01，有顯著差異性。考核結果表明，在基于虛擬仿真實驗的大型3D打印機產品模型制作的一系列創客項目教學模式的實施下，學生通過浸入式的三維仿真動畫場景能夠更加直觀地了解3D打印機各個部件的機械結構，迅速掌握大型3D打印機復雜的操作流程，學習效果得到顯著增強，基礎知識和實踐技能的掌握水平明顯提高。

4總結

創客教學在高等職業教育領域的研究起步較晚，使得我國創客教學在高等職業教育領域研究的針對性和情境性不強，研究內容也不全面。創客教學是培養拔尖應用型人才的重要途徑，高職產品設計是實踐性極強的專業，人才培養計劃中圍繞實踐內容設置了大量課程。本文結合多年高職產品設計專業創客教學實踐，所提出基于“虛實結合，項目驅動，循序漸進”的教學方法研究與應用，幫助高職產品設計專業學生在創客教學實踐環境中探索知識，構建系統的知識體系，培養自主創新的能力。在拔尖應用型人才培養過程中，我們將堅持實施項目式教學，以真實企業項目、設計競賽項目和專利創新項目驅動創新教育，也為此類創客教學模式的研究建設提供一種可借鑒的模式。

作者簡介：何悅菡（1980— ），女，漢族，碩士，南京工業職業技術大學講師，研究方向：文創產品設計。