工業(yè)設計材料與工藝課程改革

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摘要：材料與工藝是工業(yè)設計專業(yè)重要的基礎理論課程，從如何把課堂知識轉(zhuǎn)化為實踐經(jīng)驗、如何設置實驗內(nèi)容以及如何建立與其他課程的聯(lián)系三個方面分析了當前工業(yè)設計專業(yè)材料與工藝課程教學存在的問題；以中國農(nóng)業(yè)大學工學院工業(yè)設計專業(yè)為例，提出了基于實物拆解的實踐教學方法，有助于提升學生的綜合實踐能力，為工業(yè)設計材料與工藝課程教學改革提供了有益的思路。

關鍵詞：工業(yè)設計；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)設計教學中重要的基礎理論課程，但近十幾年來，隨著計算機輔助工業(yè)設計和交互設計等設計方法與理念的興起，材料與工藝課程在教學中的重要性呈現(xiàn)出下降的趨勢。最近，隨著設計實踐領域?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)條件和時代需求下，中國農(nóng)業(yè)大學工學院工業(yè)設計專業(yè)進行不斷探索，形成了基于實物拆解的實踐教學方法，為材料與工藝課程的教學改革提供了有益的思路。

二、當前存在的問題

當前工業(yè)設計專業(yè)材料與工藝課程教學存在的問題主要集中在以下三個方面。

1.如何把課堂知識轉(zhuǎn)化為實踐經(jīng)驗。與其他專業(yè)課相比，材料與工藝課程的特點是理論內(nèi)容清晰、知識點明確。材料與工藝課程重在向?qū)W生介紹工業(yè)設計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聯(lián)。課程以知識點講述為主、知識體系明確，大都按照材料種類劃分，如金屬材料、高分子材料、玻璃和陶瓷材料、木材等。就知識點學習而言，學生無須太多前期知識的積累，理解難度不大。然而，由于學生缺乏實踐經(jīng)驗，在教學過程中往往出現(xiàn)“記得快、忘得也快”的情況，學生考試成績尚可，但課程結(jié)束后，相關知識很難在后續(xù)課程中得到靈活運用，甚至很快就忘記了。如何在完成課程學習后將相關知識轉(zhuǎn)化為實踐經(jīng)驗是當前材料與工藝課程教學面臨的最主要問題。

2.如何設置實驗內(nèi)容。受場地、設備特別是經(jīng)濟和環(huán)境保護要求等因素的限制，大部分高校的工業(yè)設計材料與工藝課程的教學都缺乏動手實踐環(huán)節(jié)[2]。如在材料成型方面，即使是條件較好的學校，也只是在金屬數(shù)控加工、剪板、折彎、線切割或激光切割等特種工藝方面有相應的設備，其他材料尤其是高分子材料方面相應的教學設備非常有限，即便有，由于受場地和經(jīng)濟因素的限制，設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。而在表面處理方面，受經(jīng)濟和環(huán)境保護要求的限制，很少有學?？梢蚤_展相關的教學實踐?？傮w而言，目前材料與工藝課程的實踐教學更多的還是以工廠參觀或視頻教學的形式開展，這雖然在一定程度上緩解了實踐環(huán)節(jié)不足的問題，但并不能很好地滿足課程實踐環(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。就知識點的講授和學習而言，材料與工藝課程比較獨立，基本不需要前期課程基礎，對后續(xù)課程的支持也是以知識點而非理論體系的形式出現(xiàn)的。但在設計實踐層面，材料與工藝課程和其他課程又有千絲萬縷甚至決定性的聯(lián)系。如《計算機輔助工業(yè)設計》課程，表面上兩門課程關系不大，但如果不掌握材料與工藝的相關知識，在渲染環(huán)節(jié)就很難獲得真實效果。再比如《模型制作》課程，當前的模型制作課程多以手工形式完成，較少涉及真實生產(chǎn)過程中材料與工藝限制的問題[3]。如果在模型制作課程中穿插材料與工藝知識完成練習，無疑對學生提高設計可行性有很大的幫助。而在后續(xù)其他專業(yè)課的實踐環(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業(yè)課的聯(lián)系，以便真正提升學生的綜合實踐能力，也是課程改革必須考慮的重要問題。

三、基于實物拆解的課程內(nèi)容

經(jīng)過最近一輪教學計劃調(diào)整，中國農(nóng)業(yè)大學工學院工業(yè)設計專業(yè)材料與工藝課程包括24學時的《工業(yè)材料及加工工藝》和16學時的《工業(yè)材料及加工工藝實驗》兩部分，教學改革主要針對實驗部分開展。為了解決以上問題，形成了基于實物拆解的工業(yè)設計材料與工藝課程實踐教學方法，有助于學生把課堂知識轉(zhuǎn)化為實踐經(jīng)驗，并在后續(xù)的學習中不斷深化為工程實踐能力，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，包括金屬、塑料、玻璃和陶瓷、木材4類，其中課程教學主要針對金屬和塑料類產(chǎn)品。在選擇產(chǎn)品時主要考慮以下幾方面因素：首先，造型簡潔明快、操作方式明確、結(jié)構(gòu)清晰、體積適中、便于拆解；其次，產(chǎn)品類別以學生常見的家電產(chǎn)品為主；最后，盡可能多地涉及常見成型和表面處理方法。這既有助于教師把握教學流程、合理安排時間，也便于建立材料與工藝課程和其他課程的聯(lián)系。如金屬類產(chǎn)品有面包機、電烤箱、保溫杯和微波爐等，塑料類產(chǎn)品有電熨斗、咖啡機、榨汁機、耳溫槍、吹風機和臺燈等。

2.實驗流程。實驗以分組的方式完成，每組3—4人，一個班按約30人計，共8組，4組完成金屬類產(chǎn)品拆解，4組完成塑料類產(chǎn)品拆解。具體要求如下：第一步，仔細觀察產(chǎn)品、完成對產(chǎn)品操作方式的詳細分析，在使用過程中梳理使用者與產(chǎn)品的交互方式。第二步，完成對產(chǎn)品的拆解、測繪、三維建模、虛擬裝配和渲染等，以便對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)有清晰的認識。在課程安排上，以上兩步驟一般在前期的《人機工程學》和《計算機輔助工業(yè)設計》課程中完成。第三步，將與產(chǎn)品外觀相關的零部件制成實物爆炸模型，并為各零部件編號。第四步，標注零部件材料種類，復習該材料的常見加工工藝；觀察實物、查閱資料，確認零部件具體的加工工藝，復習該加工工藝的相關知識點。第五步，分析各零部件的表面處理方式，復習相關知識點。第六步，結(jié)合《機械設計基礎》課程所學知識，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零部件進行分類，強化材料特性與造型可能性之間的關聯(lián)。第八步，完成產(chǎn)品拆解實驗報告書。

3.經(jīng)驗總結(jié)。首先，以上實踐教學環(huán)節(jié)的改革有效地解決了當前材料與工藝課程中存在的問題，使學生在書本知識和視頻資料外，對產(chǎn)品材料與工藝知識有了更真實的體驗。盡管這種教學方式更多還是以知識點的形式完成的，難以形成體系，但基本可以覆蓋常見產(chǎn)品涉及的材料與工藝，為以后的設計實踐提供了經(jīng)驗。其次，如上所述，在多數(shù)學校難以開展相關實踐教學的情況下，讓學生逆向整理產(chǎn)品實物的材料與工藝知識，可以有效彌補課程實驗環(huán)節(jié)不足的問題。最后，借助實驗環(huán)節(jié)，將《計算機輔助工業(yè)設計》《人機工程學》和《機械設計基礎》等課程有機地結(jié)合起來，建立低年級設計理論課之間的聯(lián)系。此外，待有一定積累后，可將課程實驗整理為虛擬仿真教學資源，利用現(xiàn)代技術(shù)，有效地提升學生的學習興趣，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識的能力，為后續(xù)課程達成工程實踐能力的培養(yǎng)提供基礎[4]。

四、總結(jié)

隨著設計實踐領域?qū)MF的強調(diào)，工業(yè)設計材料與工藝課程的重要性再次凸顯。經(jīng)過不斷地探索，中國農(nóng)業(yè)大學工學院工業(yè)設計專業(yè)形成了基于實物拆解的材料與工藝課程實踐教學方法，有助于學生把知識轉(zhuǎn)化為經(jīng)驗，彌補實踐環(huán)節(jié)的不足，并有效地將工業(yè)設計專業(yè)低年級理論課聯(lián)系起來，為培養(yǎng)學生的工程實踐能力提供基礎。

參考文獻：

[1]左恒峰,嚴揚.論CMF的主觀體驗:材質(zhì)[J].裝飾,2017,(8):118-121.

[2]李歆依,劉宗明.面向職業(yè)能力培養(yǎng)的產(chǎn)品造型材料課程教學改革與實踐[J].工業(yè)設計,2017,(8):137-139.

[3]艾青.體驗式教學在藝術(shù)類材料與工藝課程的探索[J].工業(yè)設計,2015,(12):79-83.

[4]王燕,王馨.基于計算機輔助工業(yè)設計的產(chǎn)品CMF課程實踐與研究[J].設計,2017,(5):118-119.

作者：陳雨 凌剛 周敏 單位：中國農(nóng)業(yè)大學機械與農(nóng)業(yè)工程實驗教學中心