工業(yè)設(shè)計(jì)的跨學(xué)科實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)

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摘要：伴隨信息技術(shù)在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，工業(yè)設(shè)計(jì)理念與技術(shù)手段也在快速變化。以增強(qiáng)學(xué)生在新行業(yè)環(huán)境中的實(shí)踐能力為目標(biāo)，提出了一種模塊化的工業(yè)設(shè)計(jì)跨學(xué)科實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用方案。硬件上建立了完備的自制造環(huán)境，將真實(shí)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程在平臺(tái)中濃縮復(fù)現(xiàn)，提高了學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用與協(xié)同創(chuàng)新能力。軟件上通過(guò)平臺(tái)構(gòu)建推動(dòng)專業(yè)課程體系優(yōu)化與師資隊(duì)伍建設(shè)，在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中發(fā)揮了重要作用。

關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計(jì)；跨學(xué)科；實(shí)踐教學(xué)

進(jìn)入21世紀(jì)，世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家陸續(xù)開展了“再工業(yè)化”的進(jìn)程。我國(guó)也于2015年正式《中國(guó)制造2025》作為工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的行動(dòng)綱領(lǐng)?？v觀各個(gè)國(guó)家的規(guī)劃，盡管表述不同，其核心思想均是制造業(yè)的智能化與網(wǎng)絡(luò)化，加快制造技術(shù)與信息技術(shù)的深度融合。設(shè)計(jì)是制造業(yè)的靈魂，制造業(yè)的變革必然會(huì)引起工業(yè)設(shè)計(jì)行業(yè)的改變，也會(huì)對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)人才培養(yǎng)提出新的要求?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)高校眾多工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)對(duì)學(xué)生創(chuàng)意培養(yǎng)已經(jīng)比較成熟，各類專業(yè)競(jìng)賽中涌現(xiàn)出了眾多的優(yōu)秀設(shè)計(jì)作品。但不論競(jìng)賽抑或日常教學(xué)中的創(chuàng)意，最終轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的卻寥寥無(wú)幾。眾多創(chuàng)意、方案終結(jié)于圖紙，作品模型也多數(shù)停留在外形制作上，對(duì)功能和結(jié)構(gòu)缺乏深入的驗(yàn)證[1]。在此背景下，如何有效利用各種新興技術(shù)提高工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)人才的創(chuàng)新實(shí)踐能力、滿足信息化、智能化制造業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)人才的需求，成為一個(gè)亟待解決的新問(wèn)題。對(duì)此，本文提出了一種工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)跨學(xué)科實(shí)踐平臺(tái)的建設(shè)方案，對(duì)其在人才培養(yǎng)中的應(yīng)用方式與作用也進(jìn)行了初步的研究。

1跨學(xué)科實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)的必要性

1.1學(xué)生利用各種新技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)活動(dòng)的必然要求

工業(yè)設(shè)計(jì)與制造業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)，制造技術(shù)的進(jìn)步為工業(yè)設(shè)計(jì)提供了更多先進(jìn)的工具。目前，3D打印、智能硬件等新技術(shù)的蓬勃發(fā)展正為設(shè)計(jì)方法帶來(lái)一場(chǎng)新的變革：3D打印只需數(shù)小時(shí)即可將作品造型由虛擬轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)；各種先進(jìn)傳感器的出現(xiàn)可以讓設(shè)計(jì)者完成比以往更復(fù)雜、更完善的功能設(shè)計(jì)。在此形勢(shì)下，工業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)應(yīng)當(dāng)順應(yīng)時(shí)展，加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)各種新技術(shù)的熟練運(yùn)用能力。而這種能力的培養(yǎng)，離不開相關(guān)軟、硬件平臺(tái)，離不開大量的儀器、工具和材料[2]。這種培養(yǎng)環(huán)境既無(wú)法在圖書館中建立，也無(wú)法在多媒體教室中建立，只能依靠跨學(xué)科的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。

1.2實(shí)現(xiàn)課程教育與行業(yè)需求無(wú)縫對(duì)接的必要保障

工業(yè)設(shè)計(jì)一直以來(lái)都被認(rèn)定為“應(yīng)用型”的學(xué)科，但是接受專業(yè)教育后的學(xué)生在工作中卻常被冠以“高分低能”的評(píng)價(jià)。造成此種局面的一個(gè)重要因素即學(xué)校教育與行業(yè)需求間沒(méi)有很好的銜接。工業(yè)設(shè)計(jì)真正的基礎(chǔ)不是外觀造型設(shè)計(jì)，而是用技術(shù)實(shí)現(xiàn)的能力。工業(yè)設(shè)計(jì)教育不能是脫離制造業(yè)的學(xué)院式教育[3]。課程中的實(shí)踐教學(xué)往往沒(méi)有將真實(shí)行業(yè)中的材料工藝、成本、市場(chǎng)等限制因素考慮其中，學(xué)生可以在很寬松的環(huán)境中自由發(fā)揮，對(duì)于設(shè)計(jì)能否轉(zhuǎn)換為實(shí)物缺乏基本的判斷能力。因此，在工業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)中需要構(gòu)建跨學(xué)科的實(shí)踐平臺(tái)，為學(xué)生提供完備的“自制造”環(huán)境，使其在動(dòng)手過(guò)程中深刻理解技術(shù)、材料及工藝對(duì)設(shè)計(jì)的影響，以縮小課程教育與行業(yè)實(shí)際需求之間的差距。

1.3提升工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生綜合素質(zhì)的重要手段

電子類產(chǎn)品設(shè)計(jì)是本學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的主要方向之一。智能化是該類產(chǎn)品的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。除外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，功能設(shè)計(jì)是產(chǎn)品智能化過(guò)程中不可或缺的一部分。脫離功能需求的工業(yè)設(shè)計(jì)只能是紙上談兵，注定無(wú)法產(chǎn)生優(yōu)秀作品，也無(wú)法提高學(xué)生真正的設(shè)計(jì)能力。跨學(xué)科實(shí)踐平臺(tái)的建立可以為不同專業(yè)的學(xué)生提供思維碰撞、技術(shù)交流的場(chǎng)所。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)、學(xué)生項(xiàng)目等方式，將不同專業(yè)的學(xué)生聚集到跨學(xué)科實(shí)踐平臺(tái)中，共同研究解決工程問(wèn)題，有利于學(xué)生把本專業(yè)知識(shí)應(yīng)用在其他學(xué)科領(lǐng)域，或從其他學(xué)科領(lǐng)域?qū)W習(xí)本專業(yè)需要的技能。如此，既拓寬了學(xué)生的知識(shí)面，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)互補(bǔ)；又培養(yǎng)了學(xué)生在實(shí)際工作中分析、解決問(wèn)題及相互協(xié)作的能力，有利于其綜合素質(zhì)的提高。

2跨學(xué)科實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)方案及應(yīng)用效果

跨學(xué)科實(shí)踐平臺(tái)的建設(shè)不是實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)備的簡(jiǎn)單堆疊，還需將配套的師資隊(duì)伍、教學(xué)計(jì)劃、平臺(tái)應(yīng)用方式等加以統(tǒng)籌考慮，理順其在教學(xué)過(guò)程中的地位與作用，最大程度地發(fā)揮其在人才培養(yǎng)中的效力。結(jié)合本學(xué)院現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)及專業(yè)方向，

2.1平臺(tái)硬件建設(shè)方案

2.1.1創(chuàng)意設(shè)計(jì)

以“三創(chuàng)”實(shí)驗(yàn)室為核心為學(xué)生提供作品創(chuàng)意設(shè)計(jì)、創(chuàng)新制造方案設(shè)計(jì)及創(chuàng)業(yè)營(yíng)銷設(shè)計(jì)的場(chǎng)所，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)思考能力。

2.1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)實(shí)驗(yàn)室、金工實(shí)驗(yàn)室與數(shù)控加工(CNC)實(shí)驗(yàn)室，供學(xué)生完成作品的外觀、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)實(shí)驗(yàn)室提供Photoshop，Solidworks等設(shè)計(jì)軟件，負(fù)責(zé)作品的外觀設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及后期的產(chǎn)品手冊(cè)、宣傳海報(bào)等的設(shè)計(jì)。利用Solidworks軟件還可對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的有效性與可行性。金工實(shí)驗(yàn)室提供各類鋸、鉗、尺等五金工具及電鉆、電烙鐵等電動(dòng)、焊接工具，用于完成簡(jiǎn)單的外觀、結(jié)構(gòu)的制作。數(shù)控加工(CNC)實(shí)驗(yàn)室提供3D打印機(jī)、多軸數(shù)控加工設(shè)備，用于復(fù)雜機(jī)械零件、結(jié)構(gòu)的快速成型與精細(xì)加工。

2.1.3功能設(shè)計(jì)

包括電子電路實(shí)驗(yàn)室、測(cè)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室以及嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，用于產(chǎn)品的功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。3個(gè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)應(yīng)的開發(fā)難度依次遞增，以應(yīng)對(duì)不同復(fù)雜程度的功能設(shè)計(jì)。電子電路實(shí)驗(yàn)室提供基本的電子元件與測(cè)量工具，主要針對(duì)低年級(jí)學(xué)生進(jìn)行簡(jiǎn)單的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)制作。只需具備基本的模擬、數(shù)字電子知識(shí)，即可實(shí)現(xiàn)一定的功能，對(duì)提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣具有積極作用。測(cè)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室主要提供基于開源平臺(tái)的Arduino控制器及相應(yīng)的各類傳感器，主要面向單片機(jī)基礎(chǔ)較薄弱的學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)意產(chǎn)品的開發(fā)。嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室以51和STM32微控制器為主要開發(fā)工具，用于較復(fù)雜的功能設(shè)計(jì)開發(fā)，學(xué)生可在此將課堂知識(shí)深化拓展，進(jìn)一步提升自身的專業(yè)技能。該實(shí)驗(yàn)室同時(shí)也承擔(dān)了為各類專業(yè)電子競(jìng)賽培養(yǎng)、選拔人才的任務(wù)。

2.1.4行業(yè)應(yīng)用

為加強(qiáng)專業(yè)教育與行業(yè)需求之間的聯(lián)系，專業(yè)結(jié)合本地區(qū)產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)，將與企業(yè)共建的行業(yè)實(shí)驗(yàn)室也納入實(shí)踐平臺(tái)，如生物醫(yī)學(xué)儀器實(shí)驗(yàn)室、機(jī)器人教育實(shí)驗(yàn)室等。每學(xué)期在實(shí)踐平臺(tái)中遴選優(yōu)秀學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，參與實(shí)際企業(yè)項(xiàng)目的開發(fā)。同時(shí)實(shí)踐平臺(tái)的作品也可通過(guò)該渠道接受企業(yè)考核，實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀作品的成果轉(zhuǎn)化。

2.2平臺(tái)軟件建設(shè)方案

2.2.1課程體系配套建設(shè)

跨學(xué)科實(shí)踐平臺(tái)本質(zhì)上是為人才培養(yǎng)服務(wù)，平臺(tái)建設(shè)不能脫離專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃，應(yīng)當(dāng)與課程緊密銜接，以平臺(tái)為工具，在課程教學(xué)中貫徹“實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品”的理念。通過(guò)平臺(tái)建設(shè)過(guò)程中統(tǒng)籌規(guī)劃，每個(gè)實(shí)驗(yàn)室均可作為相關(guān)課程的實(shí)踐教學(xué)場(chǎng)所。如此，平臺(tái)除課余時(shí)間為學(xué)生提供鞏固知識(shí)、提高能力的場(chǎng)所外，也能很好的融入課程教學(xué)，提高了平臺(tái)的使用效率。

2.2.2指導(dǎo)教師隊(duì)伍建設(shè)

跨學(xué)科實(shí)踐平臺(tái)包含了作品從創(chuàng)意到成品的全流程，每一環(huán)節(jié)均需配備具有相應(yīng)學(xué)科背景的教師進(jìn)行指導(dǎo)，如此才能保證平臺(tái)的教學(xué)質(zhì)量。平臺(tái)師資隊(duì)伍主要由三部分組成：首先是工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)教師，負(fù)責(zé)對(duì)造型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)；其次是學(xué)院電子相關(guān)專業(yè)的教師，負(fù)責(zé)對(duì)功能設(shè)計(jì)、數(shù)控加工的指導(dǎo)；最后，聘請(qǐng)合作單位中經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師作為兼職教師，從行業(yè)實(shí)際需求的角度對(duì)學(xué)生進(jìn)行作品立意、技能鍛煉等方面的指導(dǎo)。

2.3平臺(tái)應(yīng)用方式探索

2.3.1與課程教學(xué)考核緊密結(jié)合

跨學(xué)科實(shí)踐平臺(tái)的使用豐富了課程教學(xué)手段，加強(qiáng)了課程之間的聯(lián)系。例如，在《計(jì)算機(jī)輔助三維設(shè)計(jì)》教學(xué)中，以往只能保存于計(jì)算機(jī)中的虛擬模型，通過(guò)平臺(tái)的快速成型設(shè)備可以轉(zhuǎn)化為實(shí)物。而通過(guò)電工學(xué)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可利用實(shí)踐平臺(tái)制作出具備一定功能的電路，將其與計(jì)算機(jī)輔助三維設(shè)計(jì)課程作品結(jié)合，即可完成一個(gè)作品的開發(fā)。通過(guò)這一過(guò)程，學(xué)生可從更宏觀的角度把握每一部分知識(shí)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的作用，提升學(xué)習(xí)的目的性。此外，實(shí)踐平臺(tái)還為任課教師提供了新的考核方式，用提交實(shí)物作品的方式代替以往紙面考核，真正培養(yǎng)學(xué)生“學(xué)以致用”的能力。

2.3.2與專業(yè)競(jìng)賽緊密結(jié)合

除日常教學(xué)外，實(shí)踐平臺(tái)還提供了一個(gè)各級(jí)學(xué)生競(jìng)賽選拔培訓(xùn)的場(chǎng)所。自建成以來(lái)，依托CAD實(shí)驗(yàn)室、測(cè)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室培訓(xùn)的選手，已在全國(guó)“高教杯”“藍(lán)橋杯”等信息建模、電子技術(shù)專業(yè)競(jìng)賽中連年獲獎(jiǎng)。

2.3.3與企業(yè)項(xiàng)目緊密結(jié)合

工業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)，跨學(xué)科實(shí)踐平臺(tái)建立的初衷也是為了提高學(xué)生的實(shí)際設(shè)計(jì)能力。因此利用校企共建實(shí)驗(yàn)室，將企業(yè)項(xiàng)目引入平臺(tái)，依托大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、畢業(yè)設(shè)計(jì)等形式，使學(xué)生在學(xué)校教育階段即可接觸到真實(shí)的產(chǎn)品開發(fā)流程。在這一過(guò)程中，學(xué)生也可了解企業(yè)中不同崗位的職業(yè)能力需求，可根據(jù)自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)與興趣進(jìn)行就業(yè)方向的選擇。如此既提升了學(xué)生的專業(yè)能力，又對(duì)學(xué)生就業(yè)乃至創(chuàng)業(yè)提供了有效的幫助，提升了應(yīng)用型人才培養(yǎng)的效果。

3結(jié)語(yǔ)

在信息技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代下，高校設(shè)計(jì)教育除了要培育學(xué)生的創(chuàng)新精神，還應(yīng)注重各種創(chuàng)意的落地實(shí)現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生在新行業(yè)環(huán)境中必備的實(shí)踐技能。跨學(xué)科實(shí)踐平臺(tái)的建設(shè)為該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了一條途徑，其價(jià)值主要體現(xiàn)在：通過(guò)機(jī)械、電子、數(shù)控加工等實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建，為學(xué)生創(chuàng)意的實(shí)體化提供了堅(jiān)實(shí)的后盾。通過(guò)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、競(jìng)賽培訓(xùn)、企業(yè)項(xiàng)目在平臺(tái)中的實(shí)施，拓寬了教學(xué)渠道，真正提升了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。通過(guò)平臺(tái)中畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的跨學(xué)科聯(lián)合指導(dǎo)，提升了工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)教師的工程技術(shù)素養(yǎng)，增強(qiáng)了指導(dǎo)作品時(shí)的嚴(yán)謹(jǐn)性與科學(xué)性。未來(lái)，若在教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)管理、考評(píng)體系等方面繼續(xù)實(shí)施配套改革，跨學(xué)科實(shí)踐平臺(tái)在應(yīng)用型工業(yè)設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)中定能發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)

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作者:欒江峰 劉廣博 肖軍 袁劍鋒 單位:北京師范大學(xué)珠海分校