工業(yè)設(shè)計(jì)材料與工藝課程改革

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摘要：材料與工藝是工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)重要的基礎(chǔ)理論課程，從如何把課堂知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、如何設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及如何建立與其他課程的聯(lián)系三個(gè)方面分析了當(dāng)前工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)材料與工藝課程教學(xué)存在的問(wèn)題；以中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)為例，提出了基于實(shí)物拆解的實(shí)踐教學(xué)方法，有助于提升學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，為工業(yè)設(shè)計(jì)材料與工藝課程教學(xué)改革提供了有益的思路。

關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計(jì)；材料與工藝；課程改革

一、引言

材料與工藝課程是傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)中重要的基礎(chǔ)理論課程，但近十幾年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)和交互設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)方法與理念的興起，材料與工藝課程在教學(xué)中的重要性呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。最近，隨著設(shè)計(jì)實(shí)踐領(lǐng)域?qū)MF研究的興起，材料與工藝課程的重要性又逐漸提升[1]。在新的技術(shù)條件和時(shí)代需求下，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行不斷探索，形成了基于實(shí)物拆解的實(shí)踐教學(xué)方法，為材料與工藝課程的教學(xué)改革提供了有益的思路。

二、當(dāng)前存在的問(wèn)題

當(dāng)前工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)材料與工藝課程教學(xué)存在的問(wèn)題主要集中在以下三個(gè)方面。

1.如何把課堂知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。與其他專(zhuān)業(yè)課相比，材料與工藝課程的特點(diǎn)是理論內(nèi)容清晰、知識(shí)點(diǎn)明確。材料與工藝課程重在向?qū)W生介紹工業(yè)設(shè)計(jì)常用材料的成型工藝和表面處理方法，并建立材料特性與造型可能性之間的關(guān)聯(lián)。課程以知識(shí)點(diǎn)講述為主、知識(shí)體系明確，大都按照材料種類(lèi)劃分，如金屬材料、高分子材料、玻璃和陶瓷材料、木材等。就知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)而言，學(xué)生無(wú)須太多前期知識(shí)的積累，理解難度不大。然而，由于學(xué)生缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在教學(xué)過(guò)程中往往出現(xiàn)“記得快、忘得也快”的情況，學(xué)生考試成績(jī)尚可，但課程結(jié)束后，相關(guān)知識(shí)很難在后續(xù)課程中得到靈活運(yùn)用，甚至很快就忘記了。如何在完成課程學(xué)習(xí)后將相關(guān)知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是當(dāng)前材料與工藝課程教學(xué)面臨的最主要問(wèn)題。

2.如何設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。受場(chǎng)地、設(shè)備特別是經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)要求等因素的限制，大部分高校的工業(yè)設(shè)計(jì)材料與工藝課程的教學(xué)都缺乏動(dòng)手實(shí)踐環(huán)節(jié)[2]。如在材料成型方面，即使是條件較好的學(xué)校，也只是在金屬數(shù)控加工、剪板、折彎、線(xiàn)切割或激光切割等特種工藝方面有相應(yīng)的設(shè)備，其他材料尤其是高分子材料方面相應(yīng)的教學(xué)設(shè)備非常有限，即便有，由于受場(chǎng)地和經(jīng)濟(jì)因素的限制，設(shè)備更多的還是原理演示，其工作方式與工廠的批量化生產(chǎn)也相去甚遠(yuǎn)。而在表面處理方面，受經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)要求的限制，很少有學(xué)?？梢蚤_(kāi)展相關(guān)的教學(xué)實(shí)踐?？傮w而言，目前材料與工藝課程的實(shí)踐教學(xué)更多的還是以工廠參觀或視頻教學(xué)的形式開(kāi)展，這雖然在一定程度上緩解了實(shí)踐環(huán)節(jié)不足的問(wèn)題，但并不能很好地滿(mǎn)足課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的要求。

3.如何建立材料與工藝課程與其他課程的聯(lián)系。就知識(shí)點(diǎn)的講授和學(xué)習(xí)而言，材料與工藝課程比較獨(dú)立，基本不需要前期課程基礎(chǔ)，對(duì)后續(xù)課程的支持也是以知識(shí)點(diǎn)而非理論體系的形式出現(xiàn)的。但在設(shè)計(jì)實(shí)踐層面，材料與工藝課程和其他課程又有千絲萬(wàn)縷甚至決定性的聯(lián)系。如《計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)》課程，表面上兩門(mén)課程關(guān)系不大，但如果不掌握材料與工藝的相關(guān)知識(shí)，在渲染環(huán)節(jié)就很難獲得真實(shí)效果。再比如《模型制作》課程，當(dāng)前的模型制作課程多以手工形式完成，較少涉及真實(shí)生產(chǎn)過(guò)程中材料與工藝限制的問(wèn)題[3]。如果在模型制作課程中穿插材料與工藝知識(shí)完成練習(xí)，無(wú)疑對(duì)學(xué)生提高設(shè)計(jì)可行性有很大的幫助。而在后續(xù)其他專(zhuān)業(yè)課的實(shí)踐環(huán)節(jié)中，材料與工藝課程更是潛在、重要的支撐。如何建立材料與工藝課程與其他專(zhuān)業(yè)課的聯(lián)系，以便真正提升學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，也是課程改革必須考慮的重要問(wèn)題。

三、基于實(shí)物拆解的課程內(nèi)容

經(jīng)過(guò)最近一輪教學(xué)計(jì)劃調(diào)整，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)材料與工藝課程包括24學(xué)時(shí)的《工業(yè)材料及加工工藝》和16學(xué)時(shí)的《工業(yè)材料及加工工藝實(shí)驗(yàn)》兩部分，教學(xué)改革主要針對(duì)實(shí)驗(yàn)部分開(kāi)展。為了解決以上問(wèn)題，形成了基于實(shí)物拆解的工業(yè)設(shè)計(jì)材料與工藝課程實(shí)踐教學(xué)方法，有助于學(xué)生把課堂知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并在后續(xù)的學(xué)習(xí)中不斷深化為工程實(shí)踐能力，具體內(nèi)容如下。

1.產(chǎn)品的選擇。依據(jù)理論課程內(nèi)容，按主要材質(zhì)將產(chǎn)品分類(lèi)，包括金屬、塑料、玻璃和陶瓷、木材4類(lèi)，其中課程教學(xué)主要針對(duì)金屬和塑料類(lèi)產(chǎn)品。在選擇產(chǎn)品時(shí)主要考慮以下幾方面因素：首先，造型簡(jiǎn)潔明快、操作方式明確、結(jié)構(gòu)清晰、體積適中、便于拆解；其次，產(chǎn)品類(lèi)別以學(xué)生常見(jiàn)的家電產(chǎn)品為主；最后，盡可能多地涉及常見(jiàn)成型和表面處理方法。這既有助于教師把握教學(xué)流程、合理安排時(shí)間，也便于建立材料與工藝課程和其他課程的聯(lián)系。如金屬類(lèi)產(chǎn)品有面包機(jī)、電烤箱、保溫杯和微波爐等，塑料類(lèi)產(chǎn)品有電熨斗、咖啡機(jī)、榨汁機(jī)、耳溫槍、吹風(fēng)機(jī)和臺(tái)燈等。

2.實(shí)驗(yàn)流程。實(shí)驗(yàn)以分組的方式完成，每組3—4人，一個(gè)班按約30人計(jì)，共8組，4組完成金屬類(lèi)產(chǎn)品拆解，4組完成塑料類(lèi)產(chǎn)品拆解。具體要求如下：第一步，仔細(xì)觀察產(chǎn)品、完成對(duì)產(chǎn)品操作方式的詳細(xì)分析，在使用過(guò)程中梳理使用者與產(chǎn)品的交互方式。第二步，完成對(duì)產(chǎn)品的拆解、測(cè)繪、三維建模、虛擬裝配和渲染等，以便對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)有清晰的認(rèn)識(shí)。在課程安排上，以上兩步驟一般在前期的《人機(jī)工程學(xué)》和《計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)》課程中完成。第三步，將與產(chǎn)品外觀相關(guān)的零部件制成實(shí)物爆炸模型，并為各零部件編號(hào)。第四步，標(biāo)注零部件材料種類(lèi)，復(fù)習(xí)該材料的常見(jiàn)加工工藝；觀察實(shí)物、查閱資料，確認(rèn)零部件具體的加工工藝，復(fù)習(xí)該加工工藝的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。第五步，分析各零部件的表面處理方式，復(fù)習(xí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。第六步，結(jié)合《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程所學(xué)知識(shí)，分析各零部件之間的裝配方式。第七步，全班展示交流，按材料成型工藝和表面處理方式對(duì)零部件進(jìn)行分類(lèi)，強(qiáng)化材料特性與造型可能性之間的關(guān)聯(lián)。第八步，完成產(chǎn)品拆解實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)。

3.經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。首先，以上實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革有效地解決了當(dāng)前材料與工藝課程中存在的問(wèn)題，使學(xué)生在書(shū)本知識(shí)和視頻資料外，對(duì)產(chǎn)品材料與工藝知識(shí)有了更真實(shí)的體驗(yàn)。盡管這種教學(xué)方式更多還是以知識(shí)點(diǎn)的形式完成的，難以形成體系，但基本可以覆蓋常見(jiàn)產(chǎn)品涉及的材料與工藝，為以后的設(shè)計(jì)實(shí)踐提供了經(jīng)驗(yàn)。其次，如上所述，在多數(shù)學(xué)校難以開(kāi)展相關(guān)實(shí)踐教學(xué)的情況下，讓學(xué)生逆向整理產(chǎn)品實(shí)物的材料與工藝知識(shí)，可以有效彌補(bǔ)課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)不足的問(wèn)題。最后，借助實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，將《計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)》《人機(jī)工程學(xué)》和《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》等課程有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，建立低年級(jí)設(shè)計(jì)理論課之間的聯(lián)系。此外，待有一定積累后，可將課程實(shí)驗(yàn)整理為虛擬仿真教學(xué)資源，利用現(xiàn)代技術(shù)，有效地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，為后續(xù)課程達(dá)成工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)提供基礎(chǔ)[4]。

四、總結(jié)

隨著設(shè)計(jì)實(shí)踐領(lǐng)域?qū)MF的強(qiáng)調(diào)，工業(yè)設(shè)計(jì)材料與工藝課程的重要性再次凸顯。經(jīng)過(guò)不斷地探索，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)形成了基于實(shí)物拆解的材料與工藝課程實(shí)踐教學(xué)方法，有助于學(xué)生把知識(shí)轉(zhuǎn)化為經(jīng)驗(yàn)，彌補(bǔ)實(shí)踐環(huán)節(jié)的不足，并有效地將工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)低年級(jí)理論課聯(lián)系起來(lái)，為培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力提供基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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[4]王燕,王馨.基于計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品CMF課程實(shí)踐與研究[J].設(shè)計(jì),2017,(5):118-119.

作者：陳雨 凌剛 周敏 單位：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械與農(nóng)業(yè)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心