基于CDS平臺的產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)設(shè)計教學模式及運行機制創(chuàng)新研究

1、 基于CDS平臺的產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)設(shè)計教學模式及運行機制創(chuàng)新研究 劉佳 孫志學Summary：面臨工業(yè)設(shè)計助力中國高端裝備制造發(fā)展要求所帶來的挑戰(zhàn)，教學平臺水平以滿足不了發(fā)展的需求，隨之也帶來了教學模式改革的要求。以O(shè)BE的理念為指導，提升創(chuàng)新實驗平臺的內(nèi)涵，建立項目拉動課堂教學的方法體系，并以產(chǎn)學研合作帶動師生開闊視野，并融入課堂教學中，重點設(shè)計解決方案。設(shè)計成果獲得了認定。在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)試點學院教學實踐中取得了一定的成效。Key：CDS平臺;項目驅(qū)動模式;產(chǎn)學研合作;課程體系建設(shè);運行機制：G642 ：0：1003-0069（2020）09-0128-03Abstract：Facing the c

2、hallenge of industrial design to the development of Chinas high-end equipment manufacturing more support，the level of teaching platform cannot meet the needs of development，and which initiated the requirements of teaching mode reform.Guided by the concept of OBE，Connotation of CDS（Creative Design St

3、udio）is promoted.The method system of projects driving classroomteaching is established.And Models&Mechanism of University-Industry Cooperation help teacher and students to have more knowledge and study on the results.And then students can design the improvement scheme in class.Design works are iden

4、ti?ed by authority organization.The effects in real teaching are concluded at the end on pilot of innovation and pioneering.Keywords：CDS（Creative Design Studio）Method System of Projects Driving Models&Mechanism of University-Industry CooperationCurriculum System Constructionoperating mechanism引言CDS（

5、Creative Design Studio）平臺是創(chuàng)新實踐平臺的簡稱?！肮ぷ魇遥⊿tudio）”的概念來源于20世紀初期德國的“包豪斯（Bauhaus）”設(shè)計學院?；诠ぷ魇医虒W，開展項目式的模式，學生成為課程的主體，教師幫助輔導學生完成自己的項目。目前面臨工業(yè)設(shè)計助力中國高端裝備制造發(fā)展要求帶來的挑戰(zhàn)，我?，F(xiàn)有的教學研究已經(jīng)滿足不了高端制造業(yè)企業(yè)所需要的人才要求，主要原因在于實踐平臺的內(nèi)涵和規(guī)模有待提高。在此平臺改革的基礎(chǔ)上，進一步進行教學模式的改革，采取混合式教學模式。一、CDS平臺下教與學現(xiàn)狀分析（一）國內(nèi)外教學現(xiàn)狀工作室教學模式是一種國外高校普遍采用的教學模式，強調(diào)項目式教學和設(shè)計研

6、究的綜合性。重視過程管理與學生創(chuàng)新性主動學習能力的培養(yǎng)。專業(yè)工作室形式是以專業(yè)教師為主體，專業(yè)教授隨機進行參觀指導，多以歐美和日本的院校為主1。綜合性跨學科的工作室形式，大多是指研究性質(zhì)的工作室，在卡內(nèi)基梅隆大學和俄亥俄州立大學開設(shè)較好，跨學科學生參與組成設(shè)計團隊，可以培養(yǎng)學生的團隊合作能力。實習工廠形式，以瑞典皇家藝術(shù)學院、赫爾辛基藝術(shù)與設(shè)計大學為代表，聘請專業(yè)技術(shù)人員負責學生的技術(shù)課程，根據(jù)所需設(shè)備、材料和工藝特點在實際操作中解決學生的設(shè)計表現(xiàn)和技術(shù)實現(xiàn)的問題。挪威科技大學產(chǎn)品設(shè)計系，采用集中的實習工廠形式和自由工作坊形式，學生設(shè)計前期可以采取自由討論形式，完成創(chuàng)意，后期可以在實現(xiàn)工廠自己

7、加工自己所設(shè)計的產(chǎn)品樣機。目前國內(nèi)各個高校加強改革推進，提高教學資源的合理利用，促進教育的良性循環(huán)。紛紛從改變教學模式入手，培養(yǎng)學生的設(shè)計創(chuàng)新與實踐能力。注重學生實踐能力的培養(yǎng)與提高?；趧?chuàng)新實踐平臺，推行導師工作制的模式，已在部分高校實施，取得了一定的成績。自我校工業(yè)設(shè)計創(chuàng)辦以來，一直采用傳統(tǒng)的授課形式，理論與圖紙設(shè)計相結(jié)合的方式，以教師授課為主的理論教學，教師下達虛擬課題，學生完成創(chuàng)意設(shè)計，教師輔導驗發(fā)收。其主要問題在于重視理論知識講解，輕視創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)，學生缺乏感性認知，缺少對設(shè)計成果的驗證，二次改良的教學不夠理想。教學實踐薄弱，逐漸不能滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求。面臨專業(yè)認證與

8、按專業(yè)招生的迫切要求，我校工業(yè)設(shè)計專業(yè)的發(fā)展存在考驗與挑戰(zhàn)。我校應(yīng)“十三五”規(guī)劃綱要的要求，積極適應(yīng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)改革要求，加強素質(zhì)教育2。2016年申報省級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)改革試點并獲批，工業(yè)設(shè)計專業(yè)首批被納入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育試點班。為適應(yīng)這一目標要求，我校成立創(chuàng)新學院。目前已經(jīng)開始著手工業(yè)設(shè)計實驗課程改革建設(shè)。已投入人力、物力、財力加強實驗平臺建設(shè)，設(shè)立產(chǎn)品設(shè)計實驗室，即產(chǎn)品設(shè)計綜合表達實驗室、用戶研究工作室、功能設(shè)計工作室、結(jié)構(gòu)設(shè)計工作室、SOP工作室和頭腦風暴工作室。我們急需修改本科教育模式，壓縮教學課時，適當增加實踐課時，提升內(nèi)涵，引入先進的設(shè)備與方法，應(yīng)用到教學實踐中去，例如，引入三維掃描與3D打印

9、等先進的技術(shù)和手段到計算機輔助工業(yè)設(shè)計等課程中去，驗證設(shè)計作品迭代設(shè)計問題點，以達到持續(xù)改進的效果。（二）要解決的教學問題項目式驅(qū)動教學模式可以拉動課程之間的聯(lián)系，以達到持續(xù)改進的效果。教學活動以學生自主學習為主，提倡教師為輔的教學模式，教師講授學生所需的知識結(jié)構(gòu)，并縮小授課規(guī)模。對于學生來講，以現(xiàn)實實際問題作為設(shè)計研發(fā)的起點，明確設(shè)計的目的性，拉近與將來工作氛圍的距離。工作室教學平臺可進行可變式設(shè)計，以符合不同的設(shè)計題目的需要。面積較大的工作室應(yīng)盡量滿足多功能的需求。小教室，主要滿足于小組討論，小組學習。運行機制研究，將所設(shè)計的教學模式，在實踐平臺運行，制定運行規(guī)則與管理辦法。驗證工作室教學

10、模式是否能適應(yīng)工業(yè)設(shè)計試點班的培養(yǎng)目標與要求。是否能夠符合素質(zhì)教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的要求。同時也應(yīng)符合工業(yè)發(fā)展趨勢的要求。二、建立CDS教學模式的培養(yǎng)目標課程改革從平臺基礎(chǔ)先開始。在該平臺基礎(chǔ)上，以逆向設(shè)計理論為指導，引入先進的設(shè)備與手段，從而獲取設(shè)計數(shù)據(jù)，對設(shè)計成果進行論證和多次迭代出優(yōu)良的設(shè)計方案。例如，以3D掃描與3D打印為手段形成閉環(huán)模式3。達到產(chǎn)品改良的效果，整個過程有驗證過程、支撐理論和評價驗證過程。在此平臺上，通過逆向設(shè)計了解先進的技術(shù)、手段，現(xiàn)有高科技產(chǎn)品的構(gòu)架、結(jié)構(gòu)，以及人機關(guān)系如何協(xié)調(diào)。大學生科技創(chuàng)新平臺有利于培養(yǎng)學生實踐能力，以大學生科技活動為手段，促進設(shè)計成果的認可與轉(zhuǎn)化

11、。我校大學生活動中心購置了模塊化機器人和3D打印機，為加強學生實踐能力和動手能力的培養(yǎng)搭建了平臺。本課題研究的另一個重點在于這一平臺下，如何更有效地促進實踐能力的培養(yǎng)。促進良性循環(huán)，學生以教師的科研項目為基礎(chǔ)指導，根據(jù)自己的興趣與當前所需要解決的現(xiàn)實問題為出發(fā)點，完成自己的課程學習，提高了動手能力，并將成果在大學生課外科技活動平臺，轉(zhuǎn)化為學習成果或者經(jīng)濟效益，從而推動自己學習的動力，并且為今后的就業(yè)打下一定的基礎(chǔ)。對于專業(yè)建設(shè)而言，可以吸取到更多的外來力量，促進對外交流，加強專業(yè)建設(shè)，吸納優(yōu)秀生源，逐步提升專業(yè)水平。三、教學實施機制分析（一）工作室教學模式與平臺設(shè)計工作室教學模式將成為工業(yè)設(shè)計

12、類專業(yè)實現(xiàn)教學改革的重要途徑。設(shè)計出適合我校工業(yè)設(shè)計專業(yè)的工作室教學模式的重點在于創(chuàng)新平臺的設(shè)計：以學生自主學習為主，提倡教師為輔的教學模式，教師講授學生所需的知識結(jié)構(gòu)，并縮小授課規(guī)模。產(chǎn)品設(shè)計I采取小班授課模式，以逆向設(shè)計理論為指導，以功能技術(shù)系統(tǒng)法為方法體系，拆裝，評價現(xiàn)有產(chǎn)品，收集建立支撐數(shù)據(jù)，改良展示產(chǎn)品，模擬交互過程。1. 實驗平臺建設(shè)：本次研究的重點在功能設(shè)計工作室、結(jié)構(gòu)設(shè)計工作室和SOP工作室三個教學實踐平臺的建設(shè)。學生在實踐平臺中發(fā)揮主觀能動性，設(shè)計并實現(xiàn)自己的作品。如果校內(nèi)的實踐平臺達不到教學要求，可以拓展到企業(yè)平臺，實現(xiàn)設(shè)計樣機的制作。2. 教學模式研究：問題式的教學模式探

13、討。在理論實踐相結(jié)合的基礎(chǔ)之上。根據(jù)教師的科研項目為基礎(chǔ)，提出議題，根據(jù)議題，分析現(xiàn)有產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能，提出思路與想法。工作室教學模式研究。根據(jù)教學實踐平臺的硬件基礎(chǔ)，充分由學生設(shè)計研發(fā)產(chǎn)品樣機，并展示成果。企業(yè)專家走進課堂項目研究。近三年來，企業(yè)專家定期開展企業(yè)課堂活動，邀請企業(yè)一線設(shè)計師為我校工業(yè)設(shè)計學生作報告達到6次以上。目前，已經(jīng)成為每一學年比較成熟的第二課堂活動。良性機制的運行管理是是本項目規(guī)范化與持久化的保證，如何加強管理保證機制運行，是研究的首要問題。（二）運行機制教學運行分為理論教學與工作室實踐兩個部分，內(nèi)容圍繞五個模塊運行。課程體系分為五個模塊：產(chǎn)品拆解模塊、產(chǎn)品功能分析模塊

14、、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析模塊、產(chǎn)品改良模塊以及產(chǎn)品綜合表達模塊。通過平臺，達到教學成果轉(zhuǎn)化，培養(yǎng)學生的實踐能力，鼓勵學生實現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化的目的。根據(jù)課程之間的聯(lián)系與課程體系的分析，使得一個課題可以得到延續(xù)，從而達到產(chǎn)品系統(tǒng)形成和持續(xù)改進的目的。如圖1中的逆向設(shè)計課程體系運行流程展示所示，每個項目建立一個目標，提出一個技術(shù)源點，這個技術(shù)源點來源于機械設(shè)計基礎(chǔ)中所學的機械知識，例如，減速器的原理。在計算機輔助工程設(shè)計主要學習結(jié)構(gòu)設(shè)計表達的方法，可以構(gòu)建產(chǎn)品殼體結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品設(shè)計I中學習，功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計的理論與方法，再通過拆解相關(guān)的產(chǎn)品，認知產(chǎn)品原理與結(jié)構(gòu)，例如多功能豆?jié){機的拆解與改良設(shè)計。計算機輔助工業(yè)設(shè)計中對改良

15、的產(chǎn)品進行表達，主要表現(xiàn)改良過程，產(chǎn)品原理與系統(tǒng)構(gòu)建，效果圖表現(xiàn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計，動畫展示產(chǎn)品殼體零件結(jié)構(gòu)。人機界面設(shè)計，主要對相關(guān)的智能控制部分進行交互設(shè)計。在知識產(chǎn)權(quán)與保護中，形成成果認定與保護。（三）考核方式實施過程評價與成果評價相結(jié)合的方法來進行考核。過程評價側(cè)重于試點班學生在學習全過程中的綜合表現(xiàn)，分別從創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)熱情、學習態(tài)度、精力投入、團隊合作等方面來進行考核;成果評價是課程或環(huán)節(jié)結(jié)束后進行的一次性的評價，重點考核學生所取得的課程（環(huán)節(jié)）的成果，分別從論文、專利、大賽獲獎、項目立項（參與）、媒體報道、創(chuàng)業(yè)孵化、考試成績7各方面來綜合評定。過程評價和成果評價在總成績中各占50%。課程成績實

16、行浮動制，在畢業(yè)前該課程取得較高成績或成果可按上述標準重新計算成績，如因弄虛作假取消相關(guān)項目或獲獎對應(yīng)課程也應(yīng)重新核定成績。同一成果僅限在一門課程成績計算中使用。四、學習效果評價與教學體系發(fā)展基于課程運行實踐為案例開展本次研究，研究成果直接在教學實踐中得到論證。構(gòu)建一種應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。構(gòu)建一種適應(yīng)本專業(yè)要求的教學運行機制，尤其是校企合作培養(yǎng)能適應(yīng)社會的優(yōu)秀人才。（一）根據(jù)以上特點建立方法體系1. 設(shè)計教學實踐平臺，實驗平臺建設(shè)與工作室建設(shè)。2. 實踐法，通過產(chǎn)品設(shè)計，計算機輔助工業(yè)設(shè)計兩門課程的實際運行，根據(jù)現(xiàn)有的理論知識，指導教學與實踐。分析工作室教學模式的問題、過程、

17、效果和已有成績等因素。企業(yè)專家定期開展企業(yè)課堂活動，邀請企業(yè)一線設(shè)計師為我校工業(yè)設(shè)計學生作報告，形成校企合作的模式。3. 專家評價法，結(jié)合我校工業(yè)設(shè)計專業(yè)的具體情況.請有關(guān)專家對調(diào)查結(jié)果進行分析論證，為制訂具體的科技團隊建設(shè)方案提供科學依據(jù)。（二）教學體系發(fā)展1. 基礎(chǔ)實踐平臺建設(shè)：以教學模塊為基礎(chǔ)，逐步完善實驗室建設(shè)。初步建設(shè)已在在2019年上半年完成。研究硬件平臺對實踐創(chuàng)新的積極作用。接下來的任務(wù)逐步提升實踐平臺的內(nèi)涵建設(shè)。2. SOP、綠色設(shè)計理論與實際項目相結(jié)合教學模式研究：通過產(chǎn)品設(shè)計，計算機輔助工業(yè)設(shè)計兩門課程的實際運行，根據(jù)現(xiàn)有的理論知識，指導教學與實踐。分析工作室教學模式的問題

18、、過程、效果和已有成績等因素。3. 企業(yè)專家走入課堂運行機制研究和高校間的交流合作：企業(yè)專家定期開展企業(yè)課堂活動，邀請企業(yè)一線設(shè)計師為我校工業(yè)設(shè)計學生作報告，加強校企合作。并且在校期間選派優(yōu)秀學生，在企業(yè)實習和赴臺灣樹德科技大學做交換生。學生赴工業(yè)設(shè)計產(chǎn)業(yè)園等設(shè)計交流平臺進行交流學習。4. 課程團隊建設(shè)：團隊由專業(yè)教師、實踐人員與企業(yè)專家三部分組成。由專業(yè)教師帶頭組織協(xié)調(diào)團隊的正常運行，保證課程正常運行。5. 專家論證階段：結(jié)合我校工業(yè)設(shè)計專業(yè)的具體情況.請有關(guān)專家對調(diào)查結(jié)果進行分析論證，為制訂具體的科技團隊建設(shè)方案提供科學依據(jù)。（三）課程體系建設(shè)的發(fā)展延伸課程體系基本搭建了產(chǎn)業(yè)鏈用戶研究產(chǎn)業(yè)

19、合作課堂教學，相互融合的基本局面。已運行的幾個課題基本上以該模式進行的。2019年5月，以惠柯評等五名同學組成的團隊根據(jù)以上教學方法參加長沙國際工程機械大賽線下組的邀請賽，取得了優(yōu)異的成績。驗證了教學方法的可行性。建立學生成果的發(fā)布平臺和成果驗證平臺?？萍几傎惼脚_，如全國大學生互聯(lián)網(wǎng)+，全國大學生“挑戰(zhàn)杯”科技活動競賽、全國大學生工業(yè)設(shè)計大賽和全國大學生機械創(chuàng)新大賽等學科競賽，可發(fā)布展示學生成果。專利申報平臺，學生對自己的成果進行申報和保護。大學生科技活動立項，學生可以展示論證自己的成果。（四）教學體系價值分析適應(yīng)實踐性人才培養(yǎng)的目標。培養(yǎng)適應(yīng)學生解決實際問題的能力。研究成果可直接應(yīng)用到教學實

20、踐中去，提高教學質(zhì)量。構(gòu)建一種應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。使學生在學習階段能夠有機會與實際項目相結(jié)合的機會，有助于畢業(yè)后更快地適應(yīng)工作要求。加強校企合作，培養(yǎng)有目標有針對的專業(yè)人才，同時又為學校創(chuàng)造經(jīng)濟效率。五、過程管理與教學成果的產(chǎn)生以血糖儀設(shè)計改良項目為例，主要分為三個步驟進行：首先，項目立項，該項目來自于企業(yè)設(shè)計師負責的項目，校企聯(lián)合指導該項目。其次，實物分析，如表1所示，逆向工程、在SOP和FAST等理論指導下，建立原型，并提出改良方案，再通過3D打印的改良原型，驗證方案，迭代其中的問題，最后，成果認定，認定的方式比較多，設(shè)計競賽中的獲獎如圖2所示，專利的獲批，大學生科技活動

21、立項。在圖2中，展示了在CDS平臺上，學生設(shè)計成果產(chǎn)生的過程與結(jié)果。前期的實驗分析，主要在我校實驗室進行，通過對現(xiàn)有血糖儀的拆解分析，完成SOP執(zhí)行過程列表，如表1所示，認知零件功能與殼體結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上完成改良產(chǎn)品無創(chuàng)血糖儀的FAST圖和產(chǎn)生功能結(jié)構(gòu)圖，如圖中功能分解圖所示。由此產(chǎn)生創(chuàng)意結(jié)果展示，包括外觀、結(jié)構(gòu)與人機關(guān)系設(shè)計。效果展示位于圖中的上部分。以3D打印為基礎(chǔ)平臺，對產(chǎn)品人機關(guān)系，特別是血糖信息獲取的人機界面進行分析，迭代，改進人機關(guān)系。過程展示位于圖中的下半部分。教學成果，參加2018年全國大學生工業(yè)設(shè)計大賽，獲省級三等獎。結(jié)語通過以上的研究與分析，工作室教學模式與平臺的設(shè)計是基礎(chǔ)，良好設(shè)置策略保證硬件平臺合理利用，是設(shè)計類課程教學模式及運行機制的保證。在運行過程中，以過程管理和成果管理為主導，課堂上形成閉合環(huán)，特別是產(chǎn)品設(shè)計I的課堂教學分解成為五個部分模塊，拆解、功能分析、結(jié)構(gòu)分析、改良設(shè)計和綜合創(chuàng)意表達。前一次項目是后一次項目的前提，后一